Алгоритм дендритных клеток

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ВолгГТУ)

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Кафедра «Системы автоматизированного проектирования и поискового конструирования»

Семестровая работа

По дисциплине «Методы оптимизации»

Тема: «Алгоритм дендритных клеток»

Волгоград 2021 г.

Оглавление

1.        Алгоритм дендритных клеток        3

1.1.        Основные этапы и характеристики алгоритма        3

1.2.        Описание алгоритма        4

2.        Плюсы и минусы алгоритма        6

2.1.        Плюсы        6

2.2.        Минусы        6

3.        Код (Python)        7

1. Алгоритм дендритных клеток

Искусственные иммунные системы (ИИС) представляют собой разнообразный набор алгоритмов и моделей, которые пытаются уловить или имитировать поведение какой-либо части иммунной системы. В то время как была проведена определенная работа по моделированию иммунной функции исключительно в целях углубления понимания системы в биологических терминах, большая часть работы в ИИС сосредоточена на создании и применении вычислительных алгоритмов.

С его первым официальным предложением в 2005 году алгоритм дендритных клеток (АДК) является относительно новым дополнением к ИИС. С тех пор было разработано несколько версий АДК и изучение алгоритма продолжилось. Большая часть разработки АДК до 2007 года описана в докторской диссертации Гринсмита.

1. Основные этапы и характеристики алгоритма

• Используемые элементы: Две популяции, одна из которых состоит из антител, а другая - из клеток памяти
• Характеристики: Рецептор формы
• Создание: Антитела создаются случайным образом, клетки памяти не создаются, они вводятся на этапе появления
• Оценка: Рецепторы формы сравниваются с целевой областью с использованием метафоры "замок и ключ" (обычно некоторая метрика расстояния, измеряющая разницу между целью и рецептором).
• Тест: По завершении решение представляет собой набор клеток памяти
• Выбор: Популяция антител выбирается путем идентификации лучших участников и применением порогового значения для обеспечения соблюдения минимального стандарта. Все члены совокупности клеток памяти выбираются для использования на следующей итерации
• Порождение: Антитела клонируются, причем количество клонов пропорционально приспособленности/сродству родителя. Клетки памяти клонируются.
• Мутация: Все клоны (антитела и клетки памяти) мутируют на величину, обратно пропорциональную их сродству.

1. Описание алгоритма

АДК принимает четыре потока данных в качестве входных данных, три изменяющихся во времени сигнала и список символов для конкретного приложения. Изменяющиеся во времени сигналы поступают из эвристики, специфичной для конкретного приложения, и называются “PAMP”, “Опасность” (“Danger”) и “Безопасность” (“Safe”).

• Эвристика “PAMP” обеспечивает сигнал, который увеличивается пропорционально наличию данных с сильной корреляцией с положительной или "аномальной" ситуацией. Биологический PAMP - это "молекулярный паттерн, связанный с патогеном", другими словами, признанный признак опасного захватчика.
• Эвристика опасности (“Danger”) обеспечивает сигнал, который увеличивается пропорционально наличию данных с более слабой корреляцией с положительной или "аномальной" ситуацией.
• Безопасная эвристика (“Safe”) обеспечивает сигнал, который увеличивается пропорционально наличию данных с сильной корреляцией с негативной или "нормальной" ситуацией.

Список перечислений, специфичных для конкретного приложения, называемый “антиген”, действует как циклический буфер, хранящий символы, описывающие текущую среду для алгоритма.

Рис. 1. Блок-схема алгоритма дендритных клеток[pic 1]

Искусственная дендритная клетка (ДК) использует эти входные сигналы для получения трех внутренних сигналов, называемых “CSM”, “IL10” и “IL12” в честь их биологических аналогов. ‘CSM’ означает “ко-стимулирующая молекула”, важная часть процесса иммунного ответа. Считается, что это важная часть процесса презентации антигена, когда ДК представляют свой отобранный антиген Т-клеткам. Каждый из этих сигналов является интегралом взвешенной суммы входных сигналов (см. Рис. 1).