Graph transformation formalisms have proven to be suitable tools for the modelling of chemical reactions. They are well established in theoretical studies and increasingly also in practical applications in chemistry. The latter is made feasible via the development of programming frameworks which makes the formalisms executable. The application of such frameworks to large networks of chemical reactions, however, poses unique computational challenges. One such characteristic is the inherent combinatorial nature of the graphs involved. The graphs consist of many connected components, representing individual molecules. While the existing methods for implementing graph transformations can be applied to such graphs, the combinatorics of constructing graph matches quickly becomes a computational bottleneck as the size of the chemical reaction network grows. In this contribution, we develop a new method of enumerating graph matches during graph transformation rule application. The method is designed to improve performance in such scenarios and is based on constructing graph matches in an iterative, component-wise fashion which allows redundant applications to be detected early and pruned. We further extend the algorithm with an efficient heuristic based on local symmetries of the graphs, which allow us to detect and discard isomorphic applications early. Finally, we conduct chemical network generation experiments on real-life as well as synthetic data and compare against the state-of-the-art algorithm in the field.


翻译:图表变形已证明是模拟化学反应的合适工具。 它们已经在理论研究中非常牢固地确立,并且日益成为化学实际应用的工具。 化学实际应用中, 后者通过开发程序化框架而成为可行, 使形式化可以执行。 但是, 将这种框架应用到大型化学反应网络中, 带来了独特的计算挑战。 其中一个特征是所涉图形的内在组合性质。 图表由许多连接的组件组成, 代表个别分子。 虽然实施图形变形的现有方法可以应用到这些图表中, 但随着化学反应网络规模的扩大, 构造图形匹配的组合法会很快成为计算瓶颈。 在此贡献中, 我们开发了一种新的方法, 在图形变形规则应用中, 将图形相匹配的图表拼图进行计算。 这种方法旨在改进这些情景中的性能, 并且以迭接式的图形匹配方法为基础, 从而能够及早检测和校正模型的本地配对, 从而使我们能够在合成生命的模型生成中进行检测和比较。 最后, 在合成模型生成的实地实验中, 将数据作为早期的实验进行。

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