Discrete gene regulatory networks (GRNs) play a vital role in the study of robustness and modularity. A common method of evaluating the robustness of GRNs is to measure their ability to regulate a set of perturbed gene activation patterns back to their unperturbed forms. Usually, perturbations are obtained by collecting random samples produced by a predefined distribution of gene activation patterns. This sampling method introduces stochasticity, in turn inducing dynamicity. This dynamicity is imposed on top of an already complex fitness landscape. So where sampling is used, it is important to understand which effects arise from the structure of the fitness landscape, and which arise from the dynamicity imposed on it. Stochasticity of the fitness function also causes difficulties in reproducibility and in post-experimental analyses. We develop a deterministic distributional fitness evaluation by considering the complete distribution of gene activity patterns, so as to avoid stochasticity in fitness assessment. This fitness evaluation facilitates repeatability. Its determinism permits us to ascertain theoretical bounds on the fitness, and thus to identify whether the algorithm has reached a global optimum. It enables us to differentiate the effects of the problem domain from those of the noisy fitness evaluation, and thus to resolve two remaining anomalies in the behaviour of the problem domain of~\citet{espinosa2010specialization}. We also reveal some properties of solution GRNs that lead them to be robust and modular, leading to a deeper understanding of the nature of the problem domain. We conclude by discussing potential directions toward simulating and understanding the emergence of modularity in larger, more complex domains, which is key both to generating more useful modular solutions, and to understanding the ubiquity of modularity in biological systems.


翻译:分解基因监管网络(GRNs)在研究稳健性和模块性方面发挥着关键作用。评估GRNs稳健性的一个共同方法,是衡量其调控一组不稳基因激活模式的能力,使其恢复到不受扰动的形式。通常,通过收集基因激活模式的预定义分布产生的随机样本来获得扰动性。这种取样方法引入了随机性,反过来又带来动态性能。这种动态性能被强加在本已十分复杂的健身环境之上。因此,在使用取样时,必须了解哪些影响来自健身环境的结构,而这种影响来自对其施加的动态性能。 健身功能的不稳定性功能也给再生和后发性分析带来困难。我们通过考虑基因活动模式的完全分布来进行确定性分布性健康评估,从而避免健康评估的偏差性。这种健身性评估有利于重复性。它的确定性能使我们得以确定关于健身性的理论界限,从而确定算算法是否向着一个更深厚的域,从而导致对2010年的域域域域进行更深的理解。因此,我们能够将基因运动性评估的特性理解为一种最深的特性,从而将我们分辨地分析。

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