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将区域增长纳入反应扩散系统的混合方法中。

Incorporating domain growth into hybrid methods for reaction-diffusion systems.

作者信息

Smith Cameron A, Yates Christian A

机构信息

Centre for Mathematical Biology, Department of Mathematical Sciences, University of Bath, Claverton Down, Bath BA2 7AY, UK.

出版信息

J R Soc Interface. 2021 Apr;18(177):20201047. doi: 10.1098/rsif.2020.1047. Epub 2021 Apr 14.

DOI:10.1098/rsif.2020.1047
PMID:33849339
原文链接:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8086939/
Abstract

Reaction-diffusion mechanisms are a robust paradigm that can be used to represent many biological and physical phenomena over multiple spatial scales. Applications include intracellular dynamics, the migration of cells and the patterns formed by vegetation in semi-arid landscapes. Moreover, domain growth is an important process for embryonic growth and wound healing. There are many numerical modelling frameworks capable of simulating such systems on growing domains; however, each of these may be well suited to different spatial scales and particle numbers. Recently, spatially extended hybrid methods on static domains have been produced to bridge the gap between these different modelling paradigms in order to represent multi-scale phenomena. However, such methods have not been developed with domain growth in mind. In this paper, we develop three hybrid methods on growing domains, extending three of the prominent static-domain hybrid methods. We also provide detailed algorithms to allow others to employ them. We demonstrate that the methods are able to accurately model three representative reaction-diffusion systems accurately and without bias.

摘要

反应扩散机制是一种强大的范式,可用于在多个空间尺度上表示许多生物和物理现象。其应用包括细胞内动力学、细胞迁移以及半干旱景观中植被形成的图案。此外,域生长是胚胎发育和伤口愈合的重要过程。有许多数值建模框架能够在不断增长的域上模拟此类系统;然而,其中每一个可能都非常适合不同的空间尺度和粒子数量。最近,已经产生了基于静态域的空间扩展混合方法,以弥合这些不同建模范式之间的差距,从而表示多尺度现象。然而,此类方法在开发时并未考虑域生长的情况。在本文中,我们在不断增长的域上开发了三种混合方法,扩展了三种著名的基于静态域的混合方法。我们还提供了详细的算法,以便其他人能够使用它们。我们证明这些方法能够准确且无偏差地对三个具有代表性的反应扩散系统进行精确建模。

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