We study the application of a quasi-Monte Carlo (QMC) method to a class of semi-linear parabolic reaction-diffusion partial differential equations used to model tumor growth. Mathematical models of tumor growth are largely phenomenological in nature, capturing infiltration of the tumor into surrounding healthy tissue, proliferation of the existing tumor, and patient response to therapies, such as chemotherapy and radiotherapy. Considerable inter-patient variability, inherent heterogeneity of the disease, sparse and noisy data collection, and model inadequacy all contribute to significant uncertainty in the model parameters. It is crucial that these uncertainties can be efficiently propagated through the model to compute quantities of interest (QoIs), which in turn may be used to inform clinical decisions. We show that QMC methods can be successful in computing expectations of meaningful QoIs. Well-posedness results are developed for the model and used to show a theoretical error bound for the case of uniform random fields. The theoretical linear error rate, which is superior to that of standard Monte Carlo, is verified numerically. Encouraging computational results are also provided for lognormal random fields, prompting further theoretical development.


翻译:本研究探讨拟蒙特卡洛(QMC)方法在一类用于模拟肿瘤生长的半线性抛物反应-扩散偏微分方程中的应用。肿瘤生长的数学模型本质上是现象学模型,主要描述肿瘤向周围健康组织的浸润过程、现有肿瘤的增殖行为以及患者对化疗和放疗等治疗方式的反应。显著的个体间差异、疾病固有的异质性、稀疏且含噪声的数据采集以及模型本身的局限性,共同导致模型参数存在显著的不确定性。将这些不确定性高效地通过模型传递以计算目标量(QoIs)至关重要,这些计算结果可为临床决策提供依据。我们证明QMC方法能有效计算具有实际意义的目标量的期望值。研究建立了模型的适定性理论,并以此推导了均匀随机场情形下的理论误差界。数值实验验证了理论上的线性误差收敛速率,该速率优于标准蒙特卡洛方法。针对对数正态随机场的计算结果亦展现出良好前景,为后续理论发展提供了动力。

0
下载
关闭预览

相关内容

扩散模型量化综述
专知会员服务
18+阅读 · 2025年5月11日
南大《优化方法 (Optimization Methods》课程,推荐!
专知会员服务
80+阅读 · 2022年4月3日
【牛津大学】多级蒙特卡洛方法,70页pdf
专知会员服务
61+阅读 · 2022年2月3日
【学界】虚拟对抗训练:一种新颖的半监督学习正则化方法
GAN生成式对抗网络
10+阅读 · 2019年6月9日
不用数学讲清马尔可夫链蒙特卡洛方法?
算法与数学之美
16+阅读 · 2018年8月8日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
超越网格:作战环境对炮兵的影响
专知会员服务
2+阅读 · 5月31日
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
5+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
18+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
相关VIP内容
扩散模型量化综述
专知会员服务
18+阅读 · 2025年5月11日
南大《优化方法 (Optimization Methods》课程,推荐!
专知会员服务
80+阅读 · 2022年4月3日
【牛津大学】多级蒙特卡洛方法,70页pdf
专知会员服务
61+阅读 · 2022年2月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
9+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员