مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

مجله مدل‌سازی پیشرفته ریاضی

مقایسه روش‌های تجزیه مود دینامیکی دقیق و بهینه‌سازی تفکیک مؤلفه‌های خطی و غیرخطی در مدل سازی داده محور رشد تومور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
تهران دانشگاه تربیت مدرس دانشکده علوم ریاضی گروه ریاضی کاریردی
چکیده
در این مقاله، عملکرد دو روش تحلیل دینامیکی داده‌محور exDMD و LANDO , با استفاده از داده های به دست آمده از یک سیستم دینامیکی که مدلی از رشد تومور هست, مقایسه شده‌اند. این داده‌های حاصل از مدل رشد تومور شامل 33 ویژگی می‌باشند. در این مجموعه‌داده، ویژگی‌ها بیانگر چگالی مقیاس‌شده سلول‌های تکثیرشونده در مکان‌های مختلف درون تومور و نمونه‌ها نمایانگر تغییرات زمانی چگالی سلولی در بازه‌های زمانی متفاوت می‌باشند. روش exDMD با رویکردی خطی، در تحلیل سیستم‌های تقریباً خطی عملکرد مناسبی دارد، اما در مواجهه با رفتارهای غیرخطی محدود است. در مقابل، LANDO با بهره‌گیری از کرنل و دیکشنری‌های تنک، امکان شناسایی مؤثر اجزای خطی و غیرخطی سیستم را فراهم می‌کند. در این مطالعه، پس از تشریح مفهومی و ریاضی هر دو روش، نتایج حاصل از پیاده‌سازی آن‌ها بر روی داده‌های حاصل از مدل ریاضی رشد تومور در محیط متلب و با اعمال سطوح مختلف نویز به داده‌ها بررسی شده‌اند. مقایسه خروجی‌ها نشان می‌دهد که روش LANDO در مدل‌سازی رفتارهای غیرخطی دقت بالاتری دارد.
حتی پیش‌بینی انجام شده با استفاده از عملگر خطی به‌دست‌آمده از طریق روش LANDO نیز دقیق‌تر از exDMD است.
این نتایج می‌توانند به بهبود تحلیل و پیش‌بینی پویایی بیماری‌هایی مانند سرطان کمک کنند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Comparison of exact dynamic mode decomposition and linear and nonlinear disambiguation optimization in data-driven modelling of tumor growth

نویسنده English

Sakine Esmaili
Department of Applied Mathematics, Faculty of Mathematical Sciences, Tarbiat Modares University, P.O. Box 14115-134, Tehran, Iran
چکیده English

In this paper, the performances of two data-driven dynamic analysis methods, namely exDMD and LANDO, are compared for data-driven modeling of a dynamic system related to cancer. The data used in this paper consists of 1000 samples with 33 features. The exDMD method, with a linear approach, performs well in analyzing almost linear systems, but is limited in dealing with nonlinear behaviors. In contrast, LANDO, using kernels and sparse dictionaries, effectively identifies linear and nonlinear components of the system. In this study, after a conceptual and mathematical explanation of both methods, the results of their implementation on data obtained from the mathematical model of cancer and double pendulum in the MATLAB environment, and by applying different levels of noise to the data, are investigated. Comparison of the outputs shows that the LANDO method has higher accuracy in modeling nonlinear behaviors. Even the prediction made using the linear operator obtained through the LANDO method is more accurate than exDMD. These results can help improve the analysis and prediction of the dynamics of diseases such as cancer. In the results section, to show the superiority of the LANDO method over the exDMD method, the performance of the two methods on the double pendulum data is also compared, and the results confirm the better performance of LANDO over exDMD.

کلیدواژه‌ها English

Exact Dynamic Mode Decomposition
Singular Value Decomposition
kernel
Linear and Nonlinear Disambiguation Optimization

مقالات آماده انتشار، اصلاح شده برای چاپ
انتشار آنلاین از 25 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 28 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 23 دی 1404
  • تاریخ پذیرش 19 شهریور 1405