具体描述
系统生物学是综合了生物、物理和数学等学科在内的交叉学科。本书是系统生物学的入门教材，结合作者近年的研究工作和国外一些新的研究进展，介绍系统生物学这门新兴学科的研究对象和方法，尽量去繁就简，重点介绍对复杂的生物过程建立数学模型的方法，并介绍相关的分析和模拟方法，涉及基因表达、基因调控、生物振荡、状态切换、形态发生素梯度浓度、造血系统和霍奇金-赫胥黎方程(Hodgkin-Huxley equation)等生物学知识和随机过程、常微分方程、偏微分方程、时滞微分方程、随机微分方程、分岔分析等数学内容。
适用于生物、医学、数学、物理、化学、生物信息学、生物物理学等方向的学生、教师和相关研究人员。
作者简介
清华教授
目录信息
§1.1 生化反应系统
§1.2 化学主方程
1.2.1 方程的建立
1.2.2 方程的性质
1.2.3 吉菜斯皮算法
§1.3 化学速率方程
1.3.1 方程的建立
1.3.2 涨落耗散定理
§1.4 化学朗之万方程
1.4.1 方程的建立
1.4.2 随机积分的简单讨论
1.4.3 τ跳跃算法
§1.5 福克尔-普朗克方程
§1.6 反应速率随时间变化的生化反应系统
1.6.1 外部噪声干扰下的反应速率
1.6.2 推广的化学朗之万方程
1.6.3 伊藤积分与斯特拉托诺维奇积分
1.6.4 有色噪声
§1.7 小结
习题
第2章 基因表达的数学描述
§2.1 遗传信息的传递与基因表达
§2.2 基因表达的内蕴随机性
2.2.1 模型的建立
2.2.2 平衡态
2.2.3 静态涨落
2.2.4 内蕴随机效应
§2.3 基因表达中的外部噪声
2.3.1 模型的建立
2.3.2 平衡态
2.3.3 静态涨落
2.3.4 外部噪声对基因表达的影响
§2.4 小结
习题
第3章 基因调控的数学模型
§3.1 数学基础
3.1.1 尺度分析
3.1.2 米氏函数和希尔函数
3.1.3 洛姆周期图
§3.2 正反馈调控与双稳态
3.2.1 乳糖操纵子
3.2.2 数学模型
3.2.3 平衡态分析
§3.3 噪声与细胞状态的切换
3.3.1 乳糖操纵子基因的状态切换
3.3.2 入噬菌体阻抑物基因的表达调控
3.3.3 内部噪声诱导的状态切换
§3.4 负反馈调控和生物振荡
3.4.1 阿特金森振子
3.4.2 随机激励振子
3.4.3 带时滞的负反馈调控
3.4.4 节律振荡
§3.5 小结
习题
第4章 信号分子浓度梯度形成的数学模型
§4.1 反应扩散方程的建立和模拟
4.1.1 一维守恒率方程
4.1.2 流的不同形式
4.1.3 初边值条件
4.1.4 高维守恒率方程
4.1.5 反应扩散方程的数值解
§4.2 形态发生素与胚胎的发育
4.2.1 形态发生素
4.2.2 Decapentaplegic与果蝇翅膀的发育
§4.3 形态发生素的扩散与数学模型的建立
4.3.1 模型A：自由扩散和与受体的结合
4.3.2 模型B：自由扩散，与受体结合，信号分子的降解
4.3.3 模型C：配体与受体的结合和离解，通过复合体的扩散
§4.4 小结
习题
第5章 造血系统的数学模型
§5.1 一些数据
§5.2 造血干细胞数量变化的数学模型
5.2.1 细胞周期与休眠期
5.2.2 数学模型的建立
5.2.3 反馈调控函数
5.2.4 参数估计
§5.3 干细胞模型的动力学分析
5.3.1 无量纲化方程
5.3.2 平衡态分析
§5.4 周期性白细胞减少症的动力学模型
5.4.1 模型介绍
5.4.2 参数估计
5.4.3 平衡点的存在性
5.4.4 平衡点稳定性与分岔分析
5.4.5 粒细胞集落刺激因子治疗
§5.5 小结
习题
第6章 霍奇金-赫胥黎方程
§6.1 离子通道与能斯特方程
§6.2 细胞膜模型
§6.3 离子通道的门控机制
6.3.1 门控机制的数学描述
6.3.2 莫里斯-莱卡尔模型
§6.4 霍奇金-赫胥黎方程
6.4.1 实验结果
6.4.2 离子通道的门控假设
6.4.3 方程的建立
§6.5 电缆方程和神经网络动力学方程
6.5.1 电缆方程
6.5.2 神经网络动力学方程
§6.6 小结
习题
附录A 常微分方程
§1.1 常微分方程模型
§1.2 二阶微分方程
§1.3 二阶常微分方程边值问题的数学基础
附录B 随机微分方程
§2.1 随机微分方程与随机积分
§2.2 伊藤公式
§2.3 福克尔一普朗克方程
§2.4 随机微分方程数值方法
2.4.1 1.0阶差分格式
2.4.2 玛尔萨利亚随机数发生器
附录C XPPAUT软件使用介绍
§3.1 建立ODE文件
§3.2 运行和退出程序
§3.3 保存结果
§3.4 相平面分析
§3.5 分岔分析
§3.6 通过脚本语言运行XPPAUT
参考文献
索引
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调搭配着错综复杂的线条图案，初看之下让人感觉像是在凝视一片浩瀚的星空，又似乎能从中窥见生命分子层面的精妙结构。我翻开扉页，首先被吸引的是它引言部分那种近乎诗意的笔触，作者并没有直接抛出晦涩的术语，而是用一种非常引人入胜的方式，勾勒出了生命作为一个复杂系统的宏伟蓝图。我记得其中有一段描述，将细胞比作一座永不停歇的微型城市，不同“部门”各司其职，信息流如同交通网络般繁忙运转，那种画面感极强，瞬间就点燃了我对后续内容的期待。整本书的排版也非常考究，字体大小适中，段落之间的留白处理得当，长时间阅读下来眼睛也不会感到疲劳，这对于一本内容密度如此之高的学术著作来说，无疑是一个巨大的加分项。而且，随处可见的精美插图和图表，都不是那种干巴巴的示意图，它们仿佛被赋予了生命力，用色彩和结构清晰地阐释了复杂的概念，让人在理解抽象理论时，能有一个坚实的视觉锚点。
这本书的章节组织结构，展现了极高的匠心。它没有采用传统的“概念A、概念B、概念C”的线性堆砌模式，而是围绕着几个核心的“问题”来展开讨论，比如“系统如何产生涌现性”、“信息如何在噪音中编码和解码”等。这种以问题驱动的结构，极大地激发了读者的好奇心。每一章的结尾，作者都会设置一个“延伸思考”的小栏目，里面往往会提出一些尚未完全解决的前沿科学难题，并引导读者思考基于本书已有知识，可以如何尝试去构建初步的解释模型。这不仅仅是知识的传授，更是一种思维方式的训练。它成功地将读者从一个被动的知识接收者，转化为一个主动的探索者，让我深刻体会到，学习一个复杂系统领域的真正意义，不在于记住所有的定律，而在于学会如何提出正确的问题。
这本书的内容深度，绝对不是市面上那些浅尝辄止的科普读物可以比拟的。我尤其欣赏作者在构建理论框架时的那种严谨和逻辑的滴水不漏。例如，在介绍网络拓扑结构的那一章，作者深入剖析了不同网络模型的数学特性，并且没有回避那些复杂的概率分布和矩阵运算，但处理手法却异常高明——他总能在介绍完严谨的数学推导后，立刻紧接着用一个极其贴合实际生物学案例来进行印证和解释，这种“理论与实践”的无缝衔接，让那些原本可能让人望而却步的公式，瞬间变得有血有肉、可理解、可应用。我用了好几天的时间来消化其中关于信号通路动态平衡的部分，里面的微分方程组简直让人头皮发麻，但作者通过模拟实验的截图和对稳态、振荡等现象的细致讨论，硬是把冰冷的数学模型，转化成了关于生命决策过程的生动故事。读完这一部分，我感觉自己对“稳态”这个概念的理解，已经超越了高中生物课本上简单的定义，上升到了一个完全不同的层次。
这本书的叙事风格，用一个词来形容就是“沉稳而富有洞察力”。它不是那种追求速度和轰动效应的畅销书，它更像是一位经验丰富、学识渊博的导师，耐心地引导你走过一条布满荆棘但最终通往真理的道路。作者的语气始终保持着一种客观和中立，即使在讨论那些前沿且充满争议的研究方向时，也只是客观呈现各方的证据和观点，很少带有强烈的个人偏向。这使得阅读过程非常舒适，让人能够保持批判性思维，自己去权衡和判断。我尤其喜欢作者在回顾历史发展脉络时所展现出的那种人文关怀，他会花篇幅去介绍那些奠基性的研究是如何一步步被挑战、被修正的，这种对科学探索历程的尊重，让这本书读起来不仅是知识的积累，更像是一次精神上的洗礼，让人体会到科学的曲折美感。
装帧和印刷质量方面，这本书的表现完全对得起它的定价。纸张的质感非常厚实，拿在手里有分量感，这对于一本需要经常翻阅和做笔记的参考书来说至关重要。我注意到书脊的粘合技术非常出色，即便是反复打开到中间部分进行对照学习，书页也没有出现任何松动的迹象，这在很多同类书籍中是很难得的。更值得称赞的是，书中引用的那些复杂的基因调控网络图谱，色彩的还原度极高，墨迹清晰锐利，即便是最细微的连接线和标注，也丝毫没有模糊不清的情况，这对于需要精确识别图中元素的读者来说，简直是福音。我甚至忍不住拿它和几本我珍藏的英文原版经典教材做了对比，就从物理制作的精良程度上来说，这本书完全可以跻身顶级行列，体现了出版方对学术质量的极致追求。
很推荐啊，都是作者自己的心得体会
就是太贵了点。这个老师倒是很好。
就是太贵了点。这个老师倒是很好。
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