Speeding up the core algorithm for the dual calculation of minimal cut sets in large metabolic networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Background The concept of minimal cut sets (MCS) has become an important mathematical framework for analyzing and (re)designing metabolic networks. However, the calculation of MCS in genome-scale metabolic models is a complex computational problem. The development of duality-based algorithms in the last years allowed the enumeration of thousands of MCS in genome-scale networks by solving mixed-integer linear problems (MILP). A recent advancement in this field was the introduction of the MCS 2 approach. In contrast to the Farkas-lemma-based dual system used in earlier studies, the MCS 2 approach employs a more condensed representation of the dual system based on the nullspace of the stoichiometric matrix, which, due to its reduced dimension, holds promise to further enhance MCS computations. Results In this work, we introduce several new variants and modifications of duality-based MCS algorithms and benchmark their effects on the overall performance. As one major result, we generalize the original MCS 2 approach (which was limited to blocking the operation of certain target reactions) to the most general case of MCS computations with arbitrary target and desired regions. Building upon these developments, we introduce a new MILP variant which allows maximal flexibility in the formulation of MCS problems and fully leverages the reduced size of the nullspace-based dual system. With a comprehensive set of benchmarks, we show that the MILP with the nullspace-based dual system outperforms the MILP with the Farkas-lemma-based dual system speeding up MCS computation with an averaged factor of approximately 2.5. We furthermore present several simplifications in the formulation of constraints, mainly related to binary variables, which further enhance the performance of MCS-related MILP. However, the benchmarks also reveal that some highly condensed formulations of constraints, especially on reversible reactions, may lead to worse behavior when compared to variants with a larger number of (more explicit) constraints and involved variables. Conclusions Our results further enhance the algorithmic toolbox for MCS calculations and are of general importance for theoretical developments as well as for practical applications of the MCS framework.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».