un marco de modelado de cultivo declarativo

Los marcos de modelado de plantas agilizan los flujos de trabajo de modelado desde la ejecución de simulaciones hasta la visualización de resultados y la evaluación de modelos al proporcionar herramientas prácticas que respaldan el desarrollo, el intercambio y la reutilización de componentes de modelos de plantas. Los modeladores pueden usar marcos de trabajo de bajo costo para comprender la programación subyacente en detalle, o necesitan acceder y modificar la plataforma.

Los marcos permiten a los modeladores de plantas:

• Defina modelos fácilmente
• Probar hipótesis alternativas en el mismo modelo
• Intercambio de componentes del modelo entre diferentes plataformas.
• Organice simulaciones complejas bajo diferentes escenarios
• Comparar la salida y el rendimiento del modelo

El becario postdoctoral Kyungdahm Yun y el profesor Soo-Hyung Kim, ambos de la Universidad de Washington, presentan Cropbox, un marco de modelado de cultivos declarativo, en un nuevo artículo publicado en en silico Planta.

Si bien se han creado muchos frameworks de cultivos, más recientemente Crop2ML, CPlantBox e yggdrasil, Cropbox es único en el sentido de que ofrece un lenguaje específico de dominio simple y herramientas útiles para respaldar un ciclo completo de desarrollo de modelos. “El marco fue diseñado para admitir un flujo de trabajo exploratorio con un mínimo esfuerzo de codificación en un entorno de desarrollo interactivo. Esperamos que permita a cualquier persona interesada en el modelaje practicar el "modelado" sin tener que preocuparse por los detalles técnicos".

especificaciones

• Proporciona una sintaxis declarativa similar a las fórmulas matemáticas para definir componentes y variables del modelo (ver figura).
• Las unidades de medida se convierten y validan automáticamente.
• Traduce las especificaciones del modelo al código de Julia. Julia es un nuevo lenguaje de programación diseñado para computación científica, equipado con potentes paquetes que manejan la gestión de datos, conversiones de unidades, estadísticas y visualización 3D.

simulaciones

• Proporciona una interfaz unificada para ejecutar modelos y generar resultados en un formato estándar.
• Admite la construcción programática de configuraciones para establecer valores de parámetros.
• Permite simulaciones a gran escala mediante el uso de procesamiento paralelo automático.

Evaluación

• Proporciona métricas comunes para la evaluación de modelos, como RMSE (error cuadrático medio) y la eficiencia del modelo de Nash-Sutcliffe, también conocida como eficiencia del modelo (EF).
• Admite la calibración automática del modelo con un método de optimización global.

visualización

• Admite varias opciones de trazado listas para usar para entornos REPL basados ​​en texto y Jupyter basados ​​en web.
• Permite la manipulación interactiva de la salida del modelo a través de una interfaz gráfica de usuario.
• Puede admitir una visualización más potente (por ejemplo, representación 3D) a través de paquetes externos de Julia.

Los autores proporcionan tres aplicaciones de muestra donde los modelos previamente escritos en C++ se han vuelto a implementar en Cropbox: un C acoplado₃ y C₄ Modelo de intercambio de gases de hoja, un modelo de cosecha de ajo basado en procesos y un modelo de arquitectura raíz 3D. Estos ejemplos muestran flujos de trabajo optimizados y menos código con Cropbox.

Yun concluye: “Visualizamos que Cropbox se convertirá en una caja de herramientas versátil para que los modeladores de cultivos creen, mejoren y apliquen modelos de cultivos de formas nunca antes vistas. También esperamos que Cropbox se convierta en un agente que desdibuje las líneas entre los usuarios de modelos y los desarrolladores de modelos con menos obstáculos técnicos”.

LEER EL ARTÍCULO:

Kyungdahm Yun, Soo-Hyung Kim, Cropbox: un marco de modelado de cultivos declarativo, in silico Plants, 2022;, diac021, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diac021

El marco de código abierto Cropbox está disponible gratuitamente en https://github.com/cropbox/Cropbox.jl. El lector también encontrará allí más ejemplos de aplicación.

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