Motivation: A Chemical Reaction Network (CRN) is a set of chemical reactions, which can be very complex and difficult to analyze. Indeed, dynamical properties of CRNs can be described by a set of non-linear differential equations that rarely can be solved in closed-form, but that can instead be used to reason on the system dynamics. In this context, one of the possible approaches is to perform numerical simulations, which may require a high computational effort. In particular, in order to investigate some dynamical properties, such as robustness or global sensitivity, many simulations have to be performed by varying the initial concentration of chemical species. Results: In order to reduce the computational effort required when many simulations are needed to assess a property, we exploit a new notion of monotonicity of the output of the system (the concentration of a target chemical species at the steady-state) with respect to the input (the initial concentration of another chemical species). To assess such monotonicity behavior, we propose a new graphical approach that allows us to state sufficient conditions for ensuring that the monotonicity property holds. Our sufficient conditions allow us to efficiently verify the monotonicity property by exploring a graph constructed on the basis of the reactions involved in the network. Once established, our monotonicity property allows us to drastically reduce the number of simulations required to assess some dynamical properties of the CRN.


翻译:化学反应网络(CRN)是一组化学反应,可能非常复杂,难以分析。事实上,CRN的动态特性可以用一套非线性差异方程式来描述,这些非线性差异方程式很少能够以封闭形式解决,但可以用来解释系统的动态。在这方面,一种可能的方法是进行数字模拟,这可能需要大量的计算努力。特别是,为了调查一些动态特性,例如稳健性或全球敏感性,许多模拟必须用不同的化学物种初始浓度来进行。结果:为了减少在需要许多模拟来评估属性时所需的计算工作,我们利用了系统输出的单一性新概念(目标化学物种在稳定状态上的集中)与输入(另一个化学物种的初始集中程度)有关。为了评估这种单一性行为,我们提议一种新的图形方法,使我们能够说明确保单一性属性维持的充足条件。结果:为了减少在需要进行许多模拟时所需的计算,我们有足够的条件来减少在评估某个属性时所需的计算性能,我们能够有效地核查在构建的磁性模型上所需的某种特性。

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