Modern methods for sampling rugged landscapes in state space mainly rely on knowledge of the relative probabilities of microstates, which is given by the Boltzmann factor for equilibrium systems. In principle, trajectory reweighting provides an elegant way to extend these algorithms to non-equilibrium systems, by numerically calculating the relative weights that can be directly substituted for the Boltzmann factor. We show that trajectory reweighting has many commonalities with Rosenbluth sampling for chain macromolecules, including practical problems which stem from the fact that both are iterated importance sampling schemes: for long trajectories the distribution of trajectory weights becomes very broad and trajectories carrying high weights are infrequently sampled, yet long trajectories are unavoidable in rugged landscapes. For probing the probability landscapes of genetic switches and similar systems, these issues preclude the straightforward use of trajectory reweighting. The analogy to Rosenbluth sampling suggests though that path ensemble methods such as PERM (pruned-enriched Rosenbluth method) could provide a way forward.


翻译:国家空间野外取样的现代方法主要依赖对微观国家相对概率的了解,而这种了解是由Boltzmann系数对均衡系统给出的。原则上,轨迹重新加权提供了一种优雅的方法,将这些算法扩展至非平衡系统,从数字上计算出可以直接取代Boltzmann系数的相对重量。我们表明,轨迹重加权与链式大型分子链取样的罗森布尔斯取样有许多共性,包括由二者都是迭代重要性取样方案造成的实际问题:对于长期轨迹而言,轨迹重量的分布变得非常广泛,而高重量的轨迹轨迹则不经常取样,但长轨迹在崎岖的地貌中是不可避免的。为了预测基因开关和类似系统的概率景观,这些问题排除了直接使用轨迹重标的可能性。与罗森布尔特取样的类比表明,路径共通方法,例如PERM(经加工的罗森布尔特方法)可以提供前进的道路。

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