Aufgabe 6, Gruppe 1: Beschleunigung der Berechnung der elementaren Flussmoden

Deadline: Mittwoch, 15.04.2015

Schreibe ein Programm, dass:

• ein metabolisches Netzwerk einliest: Einen struct in einem .mat file, welches "network" heißt, mit:
  • S: die stöichiometrische Matrix
  • rev: der Reversibilitäts-Vektor (rev(i) = 0: Reaktion i ist nicht reversibel, rev(i) = 1: Reaktion i ist reversibel)
  • rxns: Namen der Reaktionen
  • lb: untere Schranken
  • ub: obere Schranken
  • description: Name des Netzwerks
• ein zweites Argument einliest, welches die Anzahl der zu berechnenden EFMs ist
• ein drittes Argument einliest, welches die Zielreaktion beinhaltet. Sollte dieses Feld leer sein, werden EFMs ohne vorgegebene Reaktion berechnet (siehe Aufgabe 5, Gruppe 2).
• Das Programm soll folgendes berechnen:
  • Basierend auf dem Algorithmus von Luis De Figuereido et. al sollen iterativ die kürzesten EFMs berechnet werden.
  • Hierzu sollen zuerst die blockierten Reaktionen aus dem Netzwerk entfernt werden (s. Aufgabe 1) mithilfe der schnelleren Methode
  • Mit dem reduzierten Netzwerk soll dann weitergearbeitet werden
  • Sind weniger als die vorgegebene Anzahl an EFMs in dem Netzwerk vorhanden, soll die maximale Anzahl berechnet werden und eine Hinweis gegeben werden, dass es die gewünschte Anzahl an EFMs nicht gibt.
  • Die blockierten Reaktionen sollen am Schluss wieder hinzugefügt werden (an die vorherige Position). Alle haben natürlich eine Reaktionsrate von 0.
  • Desweiteren sollen die Informationen, die aus der FCA gewonnen werden können, zur Beschleunigung genutzt werden (siehe Vorlesung)
  • Hierzu soll die FCA im Programm mit aufgerufen werden
• Ausgabe-Format:
  • Insgesamt sollen 2 mat-Files gespeichert werden:
    • In dem ersten mat-File werden die EFMs als Flussvektoren gespeichert: Für jede EFM einen Vektor der so viele Einträge hat, wie es Reaktionen gibt. Die Einträge entsprechen den Reaktionsraten. Insgesamt soll eine Matrix gespeichert werden. Die Anzahl der Zeilen entspricht der Anzahl der Reaktionen (auch die blockierten) und die Anzahl der Spalten entspricht der Anzahl der berechneten EFMs.
    • In dem zweiten mat-File werden nur die Raktionen gespeichert die Fluss tragen und in welche Richtung sie dies tun: Für jede EFM gibt es einen Vektor der so viele Einträge hat, wie es aktive Reaktionen in dieser EFM gibt. Die Einträge sind die Indizes der jeweiligen Reaktionen. Hat die Reaktion eine negative Reaktionsrate, so ist der Index mit einem Minuszeichen versehen. Insgesamt soll ein cell-array gespeichert werden. Der i-te Eintrag dieses arrays ist die i-te EFM.
      

Schreibe insgesamt 2 Programme: Eines, welches nur die Repräsentanten zur Veringerung des Lösungsraumes benutzt und eines, welches mithilfe der gerichteten Reaktionen das Programm beschleunigt.