Quantifying Life: A Symbiosis of Computation, Mathematics, and Biology

از زمان اسحاق نیوتن، فیزیکدانان از ریاضیات برای توصیف رفتار ماده در هر اندازه، از ذرات زیر اتمی گرفته تا کهکشان ها استفاده کرده اند. در سه دهه گذشته، همانطور که پیشرفت‌ها در زیست‌شناسی مولکولی مجموعه‌ای از داده‌ها را تولید کرده است، تکنیک‌های محاسباتی و ریاضی نیز به ابزارهای ضروری در زرادخانه زیست‌شناسان تبدیل شده‌اند. اما در حالی که رویکردهای کمی در حال حاضر بینش های اساسی را در مورد سیستم های بیولوژیکی ارائه می دهند، برنامه درسی دانشگاه برای زیست شناسان فراگیر نشده است، و اکثر رشته های زیست شناسی هرگز در معرض رویکردهای ریاضی محاسباتی و احتمالاتی که در تحقیقات بیولوژیکی غالب هستند، قرار نمی گیرند.

با دیمیتری آ. کوندراشوف، کمیت کردن زندگی، مقدمه ای در دسترس برای وسعت مدل سازی ریاضی که امروزه در زیست شناسی استفاده می شود، ارائه می دهد. با فرض اینکه فقط پایه ای در ریاضیات دبیرستان داشته باشد، کمیت سازی زندگی یک رویکرد محاسباتی نوآورانه برای توسعه مهارت های ریاضی و شهود اتخاذ می کند. دانش‌آموزان از طریق درس‌هایی که با مثال‌های فراوان، تمرین‌های ریاضی و برنامه‌نویسی، سؤالات بحث ادبیات و پروژه‌های محاسباتی با درجه‌های دشواری مختلف نشان داده شده‌اند، مدل‌هایی را بر اساس مقالات تحقیقاتی فعلی می‌سازند و آنالیز می‌کنند و پیاده‌سازی آنها را در زبان برنامه‌نویسی R می‌آموزند. این تأثیر متقابل ایده‌های ریاضی، مهارت‌های برنامه‌نویسی توسعه‌یافته سیستماتیک، و گزینش وسیعی از موضوعات تحقیقاتی زیست‌شناختی، کم‌سازی زندگی را به راهنمای ارزشمندی برای دانشمندان با تجربه و نسل بعدی زیست‌شناسان تبدیل می‌کند.

Since the time of Isaac Newton, physicists have used mathematics to describe the behavior of matter of all sizes, from subatomic particles to galaxies. In the past three decades, as advances in molecular biology have produced an avalanche of data, computational and mathematical techniques have also become necessary tools in the arsenal of biologists. But while quantitative approaches are now providing fundamental insights into biological systems, the college curriculum for biologists has not caught up, and most biology majors are never exposed to the computational and probabilistic mathematical approaches that dominate in biological research.

With Quantifying Life, Dmitry A. Kondrashov offers an accessible introduction to the breadth of mathematical modeling used in biology today. Assuming only a foundation in high school mathematics, Quantifying Life takes an innovative computational approach to developing mathematical skills and intuition. Through lessons illustrated with copious examples, mathematical and programming exercises, literature discussion questions, and computational projects of various degrees of difficulty, students build and analyze models based on current research papers and learn to implement them in the R programming language. This interplay of mathematical ideas, systematically developed programming skills, and a broad selection of biological research topics makes Quantifying Life an invaluable guide for seasoned life scientists and the next generation of biologists alike.