Matematikforskere finder nye måder at forbedre videnskaben om afvejninger på

QUT-forskere, der arbejder med komplicerede problemer i landbruget, økologi og medicin har udviklet en matematisk model for at muliggøre hurtigere løsninger.

Spørgsmål om intervention, hvor stærkt og hvor længe, er blot nogle af de dømmende krav, som læger og videnskabsmænd møder i deres daglige beslutningstagning.

Fra afgrødeproduktion til kemoterapi, ny forskning offentliggjort i Journal of the Royal Society Interface , forbedrer, hvordan man bestemmer de 'bedste' interventionsstrategier.

Professor Matthew Simpson, Ph.D. forskeren Jesse Sharp (billedet til venstre) og professor Kevin Burrage fra QUT's Center for Data Science og Australian Center of Excellence for Mathematical and Statistical Frontiers (ACEMS) har udviklet den nye matematiske metode til hurtigere at simulere forskellige scenarier for at nå frem til optimale løsninger.

hr. Sharp, som læser sin ph.d. sagde, at metoden involverede optimal kontrolteori, som kunne beskrives som en "videnskab om afvejninger" mellem konkurrerende mål.

"Ved at bruge matematiske optimeringsteknikker hjælper vi os til at gøre klogere, mere effektive beslutninger om ressourceallokering, " han sagde.

"Hvis du giver nogen for meget kemoterapi, du kan dræbe leukæmien og patienten. I det tilfælde, "omkostningerne" er åbenbart alt for høje, " han sagde.

Han sagde, at det er vigtigt at finde den rigtige balance mellem fordelene ved kemoterapien og de skadelige bivirkninger.

"Du gør et gæt, køre det scenarie, bruge matematiske teknikker til at forbedre dit gæt igen og igen for at komme tættere og tættere på den optimale løsning, " han sagde.

"Det, vi gør, er at forbedre de numeriske teknikker, så du behøver kun at løse det problem færre gange."

Metoden kan også anvendes på landbrugspraksis (se venstre), for eksempler på at bestemme muligheder for, hvordan man gøder afgrøder.

Den optimale kontrolstrategi, der opstår for en given situation, afhænger af, hvordan optimalitet karakteriseres, og hvad det 'bedste resultat' betyder i sammenhæng med den konkrete situation.

Sharp sagde, at illustrationen viste 'ingen kontrol' som den enkleste strategi, mens 'bang bang'-kontrol var et indgreb, der skiftede mellem maksimal og ingen gødning, der henviser til, at i 'kontinuerlig kontrol, "gødningen kan påføres i enhver mængde, som kan ændre sig over tid.

"I denne undersøgelse, vi forbedrer effektiviteten af ​​de beregningsteknikker, der i øjeblikket bruges til at løse disse optimeringsproblemer, " han sagde.

"Den forbedrede effektivitet kan give os mulighed for at tackle mere komplekse problemer, som tidligere kan have været for beregningsmæssigt dyre og for langsomme til at løse."

Professor Matthew Simpson sagde, at forskningen kan anvendes på en række problemer.

"Vi kan enten finde en løsning hurtigere, end vi kunne have før, eller vi kan finde en løsning, hvor beregningsmetoderne ikke har kunnet finde som løsning tidligere, " sagde professor Simpson.

"Hver gang du har en form for system, som du vil have et output til, så det kunne være noget som en selvkørende bil eller et eller andet biologisk system, dette er en strategi, der kan fortælle dig de optimale protokoller."