计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年5月1日
(v1)
,最后修订 2025年7月27日 (此版本, v3)]
标题: 基于U-Net神经网络架构的细胞-Potts基于代理模型的代理建模作为分割任务
标题: Surrogate modeling of Cellular-Potts Agent-Based Models as a segmentation task using the U-Net neural network architecture
摘要: 细胞-玻尔兹曼模型是一种强大且普遍的框架,用于开发计算模型以模拟复杂的多细胞生物系统。 细胞-玻尔兹曼模型(CPMs)由于对大量个体模型代理和由偏微分方程(PDEs)描述的扩散场进行显式建模,通常计算成本很高。 在本工作中,我们开发了一个使用U-Net架构的卷积神经网络(CNN)代理模型,该模型考虑了周期性边界条件。 我们使用这个模型来加速之前用于研究体外血管生成的机制性CPM的评估。 代理模型被训练为预测100个计算步骤 ahead(蒙特卡洛步骤,MCS),与CPM代码执行相比,将模拟评估加速了590倍。 在多次递归评估中,我们的模型有效地捕捉了原始细胞-玻尔兹曼模型所表现出的涌现行为,如血管芽生、延伸和吻合,以及血管腔的收缩。 这种方法展示了深度学习作为CPM模拟高效代理模型的潜力,使得在更大空间和时间尺度上更快地评估计算成本高的CPM生物过程成为可能。
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