Diseño e implementación de algoritmos para la simulación mediante computación con membranas en dominios de aplicación biológicos

Abstract

[ES] La computación con membranas es un modelo de computación que se inspira en el funcionamiento de una célula eucariota animal. El modelo de sistemas P de transición propuesto por Gheorghe P ˘aun y los diferentes tipos derivados de este resultan de gran interés tanto teórico como práctico por sus numerosas aplicaciones en el mundo real. Nuestro trabajo se centra en el desarrollo de diferentes algoritmos para los sistemas P estocásticos, un sistema que trata de modelizar las reacciones bioquímicas que ocurren en una célula mediante el cálculo de valores de propensidad de dichas reacciones. Los algoritmos desarrollados se aplican a diferentes escenarios y más concretamente, a un escenario que simula la expansión del virus COVID-19 en un entorno formado por 500 unidades familiares. Los resultados de la simulación permiten extraer conclusiones y observar la evolución del virus en una población en la que se introduce un infectado y se deja evolucionar.

[CA] La computació amb membranes és un model de computació que s’inspira en el funcionament d’una cèl·lula eucariota animal. El model de sistemes P de transició proposat per Gheorghe P ˘aun i els diferents tipus derivats d’aquest resulten de gran interès tant teòric com pràctic per les seves nombroses aplicacions en el món real. El nostre treball es centra en el desenvolupament de diferents algoritmes per als sistemes P estocàstics, un sistema que tracta de modelitzar les reaccions bioquímiques que tenen lloc en una cèl·lula mitjançant el càlcul de valors de propensidad d’aquestes reaccions. Els algoritmes desenvolupats s’apliquen a diferents escenaris i més concretament, a un escenari que simula l’expansió de virus COVID-19 en un entorn format per 500 unitats familiars. Els resultats de la simulació permeten extreure conclusions i observar l’evolució de virus en una població en la qual s’introdueix un infectat i es deixa evolucionar.

[EN] Membrane computing is a model of computation inspired by the functioning of an animal eukaryotic cell. The model of transitional P-systems proposed by Gheorghe P ˘aun and the different types derived from it are of great theoretical and practical interest due to their numerous real-world applications. Our work focuses on the development of different algorithms for stochastic P-systems, a system that tries to model the biochemical reactions occurring in a cell by calculating propensity values of these reactions. The developed algorithms are applied to different scenarios and, more specifically, to a scenario that simulates the spread of the COVID-19 virus in an environment made up of 500 family units. The results of the simulation allow us to draw conclusions and observe the evolution of the virus in a population in which an infected person is introduced and allowed to evolve.