From 94e86a815274733f78bd76197fbf5b24160bc8cf Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Eran Date: Tue, 6 Feb 2024 12:47:08 -0500 Subject: [PATCH] begin parameter scan process. update cobra process. --- biosimulator_processes/__init__.py | 1 + biosimulator_processes/cobra_process.py | 98 +- biosimulator_processes/copasi_process.py | 2 +- .../experiments/__init__.py | 0 .../experiments/parameter_scan.py | 105 + .../tests/model_files/e_coli_core.xml | 9898 +++++++++++++++++ 6 files changed, 10081 insertions(+), 23 deletions(-) create mode 100644 biosimulator_processes/experiments/__init__.py create mode 100644 biosimulator_processes/experiments/parameter_scan.py create mode 100644 biosimulator_processes/tests/model_files/e_coli_core.xml diff --git a/biosimulator_processes/__init__.py b/biosimulator_processes/__init__.py index d5bf30a65..1172947a8 100644 --- a/biosimulator_processes/__init__.py +++ b/biosimulator_processes/__init__.py @@ -1,5 +1,6 @@ from process_bigraph import process_registry + # Attempt to import and register CobraProcess try: from biosimulator_processes.cobra_process import CobraProcess diff --git a/biosimulator_processes/cobra_process.py b/biosimulator_processes/cobra_process.py index cb16ed46f..bf07a864a 100644 --- a/biosimulator_processes/cobra_process.py +++ b/biosimulator_processes/cobra_process.py @@ -1,63 +1,117 @@ """ COBRA FBA Process """ +import cobra.io +from process_bigraph import Process, core +from cobra.io import read_sbml_model -from process_bigraph import Process -from cobra.io import read_sbml_model +def check_sbml(state, schema, core): + # Do something to check that the value is a valid SBML file + valid = cobra.io.sbml.validate_sbml_model(state) # TODO -- this requires XML + # valid = cobra.io.load_json_model(value) + if valid: + return True + else: + return False + + +bounds_type = { + 'lower_bound': {'_type': 'float', '_default': -1000.0}, + 'upper_bound': {'_type': 'float', '_default': 1000.0}, +} +bounds_tree_type = { + '_type': 'tree[bounds]', # TODO -- make this a dict, to make it only one level deep +} +sbml_type = { + '_type': 'string', + '_check': check_sbml, + '_apply': 'set', +} + +# register new types +core.register('bounds', bounds_type) +core.register('sbml', sbml_type) class CobraProcess(Process): config_schema = { - 'model_file': 'string' + 'model_file': 'sbml', } def __init__(self, config=None): super().__init__(config) - self.model = read_sbml_model(self.config['model_file']) self.reactions = self.model.reactions self.metabolites = self.model.metabolites - self.objective = self.model.objective + self.objective = self.model.objective.to_json()['expression']['args'][0]['args'][1]['name'] # TODO -- fix this in cobra self.boundary = self.model.boundary def initial_state(self): solution = self.model.optimize() optimized_fluxes = solution.fluxes - state = {'fluxes': {}, 'reaction_bounds': {}} + state = { + 'inputs': { + 'reaction_bounds': {} + }, + 'outputs': { + 'fluxes': {} + } + } for reaction in self.model.reactions: - state['fluxes'][reaction.id] = optimized_fluxes[reaction.id] - state['reaction_bounds'][reaction.id] = { + state['inputs']['reaction_bounds'][reaction.id] = { 'lower_bound': reaction.lower_bound, - 'upper_bound': reaction.upper_bound} + 'upper_bound': reaction.upper_bound + } + state['outputs']['fluxes'][reaction.id] = optimized_fluxes[reaction.id] return state def schema(self): return { - 'fluxes': { - reaction.id: 'float' for reaction in self.reactions - }, - 'objective_value': 'float', - 'reaction_bounds': { - reaction.id: { - 'upper_bound': 'float', - 'lower_bound': 'float' - } for reaction in self.reactions + 'inputs': { + 'model': 'sbml', + 'reaction_bounds': { + reaction.id: 'bounds' for reaction in self.reactions + }, + 'objective_reaction': { + '_type': 'string', + '_default': self.objective + }, }, + 'outputs': { + 'fluxes': { + reaction.id: 'float' for reaction in self.reactions + }, + 'objective_value': 'float', + 'reaction_dual_values': { + reaction.id: 'float' for reaction in self.reactions + }, + 'metabolite_dual_values': { + metabolite.id: 'float' for metabolite in self.metabolites + }, + 'status': 'string', + } } - def update(self, state, interval): + def update(self, inputs, interval): # set reaction bounds - reaction_bounds = state['reaction_bounds'] + reaction_bounds = inputs['reaction_bounds'] for reaction_id, bounds in reaction_bounds.items(): self.model.reactions.get_by_id(reaction_id).bounds = (bounds['lower_bound'], bounds['upper_bound']) + # set objective + # TODO -- look into optlang for specifying objective and constraints + self.model.objective = self.model.reactions.get_by_id(inputs['objective_reaction']) + # run solver solution = self.model.optimize() return { 'fluxes': solution.fluxes.to_dict(), - 'objective_value': solution.objective_value - } + 'objective_value': solution.objective_value, + 'reaction_dual_values': solution.reduced_costs.to_dict(), + 'metabolite_dual_values': solution.shadow_prices.to_dict(), + 'status': solution.status, + } \ No newline at end of file diff --git a/biosimulator_processes/copasi_process.py b/biosimulator_processes/copasi_process.py index 34ee6f144..7408f38f3 100644 --- a/biosimulator_processes/copasi_process.py +++ b/biosimulator_processes/copasi_process.py @@ -28,9 +28,9 @@ def __init__(self, config=None): # TODO -- make this configurable. self.input_ports = [ 'floating_species', - # 'boundary_species', 'model_parameters' 'time', + # 'boundary_species', # 'compartments', # 'parameters', # 'stoichiometries', diff --git a/biosimulator_processes/experiments/__init__.py b/biosimulator_processes/experiments/__init__.py new file mode 100644 index 000000000..e69de29bb diff --git a/biosimulator_processes/experiments/parameter_scan.py b/biosimulator_processes/experiments/parameter_scan.py new file mode 100644 index 000000000..12ddfaef4 --- /dev/null +++ b/biosimulator_processes/experiments/parameter_scan.py @@ -0,0 +1,105 @@ +from process_bigraph import Composite, Step, pf + + +class ParameterScan(Step): + config_schema = { + 'parameters': 'tree' # this should be from parameter id to range of values + } + + def __init__(self, config=None): + super().__init__(config) + + def inputs(self): + return {} + + def outputs(self): + return {} + + def update(self, inputs): + return {} + + +def test_param_scan_copasi(): + initial_sim_state = { + 'copasi': { + '_type': 'process', + 'address': 'local:copasi', + 'config': { + 'model_file': 'tests/model_files/Caravagna2010.xml' + }, + 'inputs': { + 'floating_species': ['floating_species_store'], + # 'boundary_species': ['boundary_species_store'], + 'model_parameters': ['model_parameters_store'], + 'time': ['time_store'], + # 'compartments': ['compartments_store'], + # 'parameters': ['parameters_store'], + # 'stoichiometries': ['stoichiometries_store'] + }, + 'outputs': { + 'floating_species': ['floating_species_store'], + 'time': ['time_store'], + } + }, + } + + # 2. Make the composite: + workflow = Composite({ + 'state': initial_sim_state + }) + + # 3. Run the composite workflow: + workflow.run(10) + + # 4. Gather and pretty print results + results = workflow.gather_results() + print(f'RESULTS: {pf(results)}') + + +def run_param_scan_cobra(): + instance = { + 'fba': { + '_type': 'process', + 'address': 'local:cobra', + 'config': { + 'model_file': 'tests/model_files/e_coli_core.xml' + }, + 'inputs': { + 'model': ['model_store'], + 'reaction_bounds': ['reaction_bounds_store'], + 'objective_reaction': ['objective_reaction_store'], + }, + 'outputs': { + 'fluxes': ['fluxes_store'], + 'objective_value': ['objective_value_store'], + 'reaction_dual_values': ['reaction_dual_values_store'], + 'metabolite_dual_values': ['metabolite_dual_values_store'], + 'status': ['status_store'], + } + }, + 'emitter': { + '_type': 'step', + 'address': f'local:ram-emitter', + 'config': { + 'inputs_schema': 'tree[any]' + }, + 'inputs': {'data': 'fluxes_store'}, + } + } + + # make the composite + workflow = Composite({ + 'state': instance + }) + + # run + workflow.run(1) + + # gather results + results = workflow.gather_results() + print(f'RESULTS: {pf(results)}') + + +if __name__ == '__main__': + test_param_scan_copasi() + # test_param_scan_cobra() diff --git a/biosimulator_processes/tests/model_files/e_coli_core.xml b/biosimulator_processes/tests/model_files/e_coli_core.xml new file mode 100644 index 000000000..b1ee5c624 --- /dev/null +++ b/biosimulator_processes/tests/model_files/e_coli_core.xml @@ -0,0 +1,9898 @@ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 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