Awọn anfani:
- Agbara lati dinku nọmba awọn idanwo nipasẹ yiyipada awọn paramita papọ ati yiya awọn ibaraenisepo pẹlu apẹrẹ awọn adanwo (DoE)
- Agbara lati ṣe agbekalẹ iyipo ti wiwa aaye ti o dara julọ ni aaye paramita nla pẹlu awọn idanwo diẹ nipasẹ ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ ati iṣapeye Bayesian
- Agbara lati ṣe iwọntunwọnsi iṣiro mathematiki ti o dara julọ pẹlu otitọ ti ara ati ailewu nipa fifun ẹkọ nipa ẹkọ ẹkọ ẹkọ ẹkọ-ẹkọ ati awọn opin ailewu bi awọn idiwọ si awoṣe
Idanwo ni bioengineering jẹ gbowolori: aṣa sẹẹli kan gba awọn ọsẹ, reagent n san ẹgbẹẹgbẹrun awọn poun, fermentor kan gba awọn ọjọ. Nitorina " adanwo wo ni MO yẹ ki n ṣe?" Ibeere naa ni o kere ju "kini abajade?" jẹ pataki bi ibeere naa. Apẹrẹ ti Awọn adanwo (DoE — ọna eto igbero eyiti awọn akojọpọ awọn paramita yoo mu alaye ti o pọ julọ pẹlu awọn adanwo ti o kere julọ) di idanwo-ati-aṣiṣe afọju sinu wiwa eleto kan. AI accelerates yi igbogun ati "eyi ti ṣàdánwò tókàn" ipinnu ni kọọkan tetele igbese; ṣugbọn iwọ ni ẹniti o mọ otitọ ti ara ati ailewu ti idanwo naa.
Ninu ẹyọ yii, iwọ yoo rii ọgbọn ipilẹ ti DoE, ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ (igbesẹ-igbesẹ-igbesẹ iṣapeye nipasẹ didaba idanwo lati eyiti awoṣe yoo kọ ẹkọ pupọ julọ) ati iṣapeye Bayesian (ọna iṣeeṣe ti o rii eto ti o dara julọ ti ilana kan pẹlu nọmba kekere ti awọn adanwo) awọn isunmọ, ati bii o ṣe le lo AI lailewu ninu eto yii.
Kilode ti oniyipada kan ko to?
Ọna Ayebaye jẹ OFAT — ifosiwewe kan ni akoko kan: yi iwọn otutu pada, lẹhinna yi pH pada… Aṣiṣe aibikita ti ọna yii ni pe o padanu awọn ibaraenisepo (ibaraẹnisọrọ — awọn paramita meji ṣe ihuwasi yatọ si papọ ju nigbati wọn wa nikan). Boya iwọn otutu giga dara nikan ni pH kekere. DoE gba awọn ibaraenisepo ati dinku nọmba awọn idanwo nipasẹ lilo awọn apẹrẹ ipin ti o yatọ awọn aye papọ ati iwọntunwọnsi.
Imọran: Nigbati o ba sọ fun AI “Mo fẹ lati mu awọn aye 5 dara si,” ni akọkọ beere lọwọ rẹ lati daba ipin ipin kan (apẹrẹ ti o yan ipin ti alaye julọ ti awọn aye) tabi apẹrẹ dada esi (apẹrẹ ti o ṣe maapu agbegbe ti o dara julọ) dipo ipin-ipin kikun. Eyi le dinku nọmba awọn idanwo lati 243 si 20-30.
Ti nṣiṣe lọwọ eko: nigbamii ti o dara ju ṣàdánwò
Fun diẹ ninu awọn iṣoro, o ko le gbero ohun gbogbo ni ilosiwaju; Abajade ti idanwo kọọkan n yipada idanwo ti o dara julọ ti atẹle. Eyi ni ibi ti ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ wa sinu ere: awoṣe n wo data ti o wa, daba idanwo pẹlu aidaniloju ti o ga julọ tabi ere ti o nireti ti o tobi julọ, o ṣe, awọn imudojuiwọn awoṣe. Lupu yii ngbanilaaye wiwa aaye didùn ni aaye paramita nla kan (ẹgbẹẹgbẹrun awọn ipo ti o ṣeeṣe fun enzymu kan, fun apẹẹrẹ) pẹlu idanwo kekere pupọ. AI ṣe iṣiro ipinnu “kini atẹle” ọmọ yii; ṣugbọn o jẹrisi pe aba naa ṣee ṣe ni ti ara ati ailewu.
Išọra: Awoṣe iṣapeye le daba ipo ti o lewu tabi ti ko ṣee ṣe ninu ile-iyẹwu (fun apẹẹrẹ, iwọn otutu ti yoo pa aṣa, ipin epo ohun ibẹjadi). Awọn awoṣe ko mọ awọn ti ẹkọ iwulo ẹya-ara ati ailewu; Idinwo kọọkan aba si ara rẹ yàrá imo (fi fun awọn awoṣe bi a inira).
mẹta mini igba
Ọran 1 - DoE dinku nọmba awọn idanwo. Ẹgbẹ iṣelọpọ enzymu kan yoo mu awọn ayewọn 5 pọ si (iwọn otutu, pH, dapọ, oṣuwọn ifunni, inducer). Full factorial túmọ 243 adanwo. Apẹrẹ ipin ipin ti o dabaa nipasẹ YZ dinku nọmba naa si awọn adanwo 32; dada esi esi ti o rii pe o dara julọ ati ṣiṣe pọ si nipasẹ 27%. Ẹgbẹ naa ti fọwọsi gbogbo awọn ipo fun aabo.
Ọran 2 - Ti nṣiṣe lọwọ eko onikiakia. Diẹ sii ju awọn akopọ 4,000 ṣee ṣe ni iṣapeye alabọde aṣa sẹẹli kan. Yiyi ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ de ibi ti o dara julọ nibiti ibojuwo kilasika yoo ṣiṣe fun awọn ọsẹ ni awọn iyipo idanwo 18 (awọn aṣa 90 lapapọ). Ṣugbọn awọn ipo meji ti a daba nipasẹ awoṣe jẹ eyiti ko ṣee ṣe nipa ti ẹkọ iṣe-ara ati pe a yọkuro nipasẹ ọwọ.
Ọran 3 - Aala aabo ti mu ṣiṣẹ. Ninu iṣapeye bioprocess, awoṣe daba titẹ eewu kan lati mu atẹgun ti tuka. Ẹlẹrọ naa ṣafikun opin titẹ ti riakito si awoṣe bi idiwọ; awọn iṣeduro atẹle wa laarin aaye ailewu. Awọn ti ara iye to trumped mathematiki ti aipe.
Mẹrin daakọ awọn awoṣe
1) Iṣeduro apẹrẹ DoE:
Rẹ ipa: esiperimenta oniru iwé. Mo fẹ lati mu awọn paramita [N] dara si: [awọn paramita ati awọn sakani wọn]. Ibi-afẹde mi ni [ikore/iṣẹ-ṣiṣe]. Daba mi apẹrẹ DoE ti o yẹ (kikun/ida ifosiwewe tabi dada esi), tabulate nọmba awọn idanwo ti o nilo ati ipo kọọkan. Samisi physiologically soro awọn akojọpọ.
2) Eto eto ẹkọ ti nṣiṣe lọwọ:
Rẹ ipa: ti o dara ju ajùmọsọrọ. Mo fẹ lati ṣeto soke a Bayesian ti o dara ju lupu. Ṣe alaye fun mi awọn igbesẹ: murasilẹ ni ibẹrẹ, iṣẹ iṣọ (ohun-ini), imudojuiwọn, awọn ibeere iduro. Sọ fun mi iye awọn adanwo ti iwọ yoo daba ni iyipo kọọkan ati bii o ṣe le ṣafikun awọn idiwọ aabo. Daba Python ìkàwé.
3) Itumọ ihamọ aabo:
Awọn imọran iṣapeye mi ko yẹ ki o lọ ni ita awọn opin wọnyi: iwọn otutu [ibiti o], pH [ibiti], titẹ [max], oṣuwọn epo [max]. Maṣe daba eyikeyi awọn idanwo ti o kọja awọn opin wọnyi. Ti aba kan ba sunmọ opin, kilo fun mi ki o ṣalaye idi.
4) Itupalẹ abajade ati igbesẹ atẹle:
Emi yoo fun ọ ni awọn abajade ti iyipo akọkọ ti DoE (awọn ipo + idahun ti o niwọn). Sọ fun mi: (1) iru awọn paramita wo ni o munadoko julọ, (2) boya ibaraenisepo wa, (3) daba awọn idanwo 4 atẹle lati sunmọ to dara julọ. Da gbogbo aba pẹlu data; maṣe ṣe awọn ipinnu ti ko si ninu data naa.
Ailagbara kiakia / Alagbara kiakia
Ibere ailagbara:
Je ki bakteria mi dara.
Ko si awọn paramita, ko si awọn sakani, ko si awọn ihamọ; AI funni ni gbogbogbo ati awọn iṣeduro aiṣedeede.
Ibere ti o lagbara:
Rẹ ipa: bioprocess ṣàdánwò onise. Mo fẹ lati je ki recombinantprotein gbóògì pẹlu E. coli. Awọn paramita ati awọn sakani: iwọn otutu 25-37°C, IPTG 0.1-1.0 mM, induction OD0.4-0.8, oṣuwọn ifunni [ibiti o wa]. Ibi-afẹde: ikore amuaradagba tiotuka. Fun mi ni tabili apẹrẹ ipin ipin fun ko ju awọn idanwo 20 lọ. Samisi awọn ipo ti yoo pa sẹẹli naa. Iwọn aabo: iwọn otutu ju 40°C EEwọ.
Iyatọ: awọn paramita mimọ, awọn sakani, ibi-afẹde, isuna idanwo ati ihamọ ailewu.
DoE ati awọn ọna iṣapeye
Ọna
nigbawo
Anfani
ààlà
OFAT
Rọrun, ifosiwewe kan
rorun ọrọìwòye
Npadanu ibaraenisepo
full factorial
diẹ sile
Gbogbo ibaraenisepo
bugbamu igbeyewo
Ipin ipin
Olona-paramita imukuro
kekere ṣàdánwò
Diẹ ninu ibaraenisepo ti wa ni pamọ
dada idahun
Iṣaworan agbaye to dara julọ
itanran yiyi
aiṣedeede
ti nṣiṣe lọwọ eko
Aye nla, adanwo gbowolori
o kere ṣàdánwò
Da lori didara awoṣe
Iwontunwonsi ti aaye iwakiri ati ilokulo
Wahala kan wa ni ọkan ti iṣapeye: iwọntunwọnsi laarin iṣawakiri ati ilokulo — iwọntunwọnsi laarin wiwa awọn aye tuntun nipa igbiyanju agbegbe aimọ ati ṣiṣe mimu pọnti nipasẹ iwakusa agbegbe ti o dara ti a mọ. Ti o ba gbiyanju nikan “ni ayika aaye ti o mọ julọ” iwọ kii yoo rii iṣẹ ti o dara julọ siwaju sii (didi ni agbegbe ti o dara julọ). Ti o ba ṣawari nikan laileto, iwọ kii yoo ni anfani lati fun pọ agbegbe ti o dara ti o ni ati pe yoo lo isuna idanwo rẹ. Iṣẹ sentinel ti Bayesian ti o dara ju (iṣẹ imudani - ofin ti o yan ibiti o ti le ṣiṣe idanwo ti o tẹle nipa wiwọn ere mejeeji ti a nireti ati aidaniloju) ṣakoso iwọntunwọnsi laifọwọyi. AI le fi idi ẹrọ yii mulẹ, ṣugbọn o pinnu “awọn iyipo iwakiri melo, awọn iyipo ilokulo melo” ati opin ti isuna idanwo rẹ.
Imọran: Fojusi lori iṣawari (nla, awọn adanwo ti a tuka) ni awọn iyipo ibẹrẹ ti iṣapeye; Ṣe maapu aaye paramita naa. Bi o ṣe n sunmọ ohun ti o dara julọ, tẹsiwaju si ilokulo (dín, awọn adanwo-tuntun daradara). Ṣe iyipada yii diėdiė, n wo awọn abajade, kii ṣe ni iyipo kan.
Awọn aṣiṣe ti o wọpọ
- Didi lori OFAT ati sonu awọn ibaraẹnisọrọ. Awọn paramita gbọdọ yipada papọ.
- Ko fifun ni ihamọ aabo si awoṣe. Awoṣe le daba awọn ipo ti o lewu tabi ti ko ṣeeṣe.
- Rekọja atunwi ati randomization. Ti beere fun agbara iṣiro ati iṣakoso ipele.
- Ipari iṣapeye ni iyipo kan. Ti nṣiṣe lọwọ eko ni aṣetunṣe; imudojuiwọn ètò gbogbo tour.
- Ni afọju lilo iṣeduro awoṣe. O ṣeeṣe ti ara ati iye owo gbọdọ jẹ ayẹwo pẹlu ọwọ.
Ni soki
Apẹrẹ adanwo ti oye dinku awọn adanwo bioengineering gbowolori si nọmba kekere ti awọn wiwọn alaye. DoE gba awọn ibaraẹnisọrọ ati dinku nọmba awọn idanwo; Ikẹkọ ti nṣiṣe lọwọ ati iṣapeye Bayesian wa aaye ti o dara julọ ni igbesẹ nipasẹ igbese ni awọn aye nla. AI ṣe iṣiro igbero yii ati mu ipinnu “kini atẹle” mu yara, ṣugbọn o fun awọn opin ti ẹkọ iṣe-ara, ailewu, ati iṣeeṣe bi awọn idiwọ si awoṣe. Iṣiro ti o dara julọ ko le ṣe ipè otito ti ara ati ailewu.
Ohun elo iṣẹ-ṣiṣe
Yan iṣoro iṣapeye kan pẹlu awọn aye 3-5 lati aaye iwulo rẹ (fun apẹẹrẹ aṣa alabọde tabi esi enzymu kan). Ṣẹda tabili apẹrẹ ipin ipin pẹlu awoṣe “itọsọna to lagbara” fun AI. Lẹhinna ṣayẹwo ipo kọọkan ninu tabili fun ailewu ati iṣeeṣe: ṣe idapọ ti ko ṣeeṣe tabi eewu wa? Ṣafikun ihamọ ailewu, jẹ ki a tun ṣe apẹrẹ, ki o ṣe akiyesi iyatọ.
akojọ ayẹwo
- [] Mo ti lo a DoE oniru (kii ṣe OFAT) ti o yi awọn paramita jọ.
- [] Mo fun ni awọn opin ti ẹkọ iṣe-ara ati ailewu si awoṣe bi awọn idiwọ.
- [] Mo ti ṣafikun atunwi ati aileto sinu apẹrẹ.
- [] Mo gbero iṣapeye ni itara, Emi ko pari ni yika kan.
- [] Mo ṣayẹwo awọn imọran awoṣe fun iṣeeṣe ati idiyele.
- [] Mo sọ itumọ abajade kọọkan si data gidi, Emi ko gba awọn abajade iro.