Sector 1.1

Sector of Computer Logic in Information Processes

Head of the Sector – Dr.Sc. (Mathematics), Prof. Vassily Lyubetsky

Tel.: (095) 299-83-54, (095) 413-46-43; E-mail: lyubetsk@iitp.ru

The leading researchers of the laboratory include:

Dr.Sc. (Math.)

A. Chagrov

Dr.

K. Gorbunov

Dr.Sc. ((Biol).)

M. Gelfand

Dr.

V. V'yugin

Dr.Sc. (Math.)

P. Golubtsov

 

S. Shelaev

Dr.Sc. (Math)

N. Vereshchagin

   

 

DIRECTIONS OF ACTIVITY:

MAIN RESULTS

An algorithm of approximately quadratic complexity, which accepts as input a set of regulatory fragments believed to be bound by some common transcription factor and outputs aligned binding sites for this factor. Thus the algorithm solves one of the classical problems of computational molecular biology that gained additional importance with the accumulation of expression data obtained using DNA chip technology and, independently, publication of complete bacterial genomes. The algorithm was implemented and successfully tested on simulated and natural sequences, in particular, upstream regions of Escherichia coli genes.

An algorithm of approximately linear complexity for finding pairs of potential hairpins capable of forming of alternative RNA secondary structures. The algorithm was implemented and tested on histidine, tryptophan, treonin and isoleucine attenuators of Escherichia coli.

An algorithm of approximately linear complexity for construction of a reconciled tree ("species tree") given a set of trees constructed for individual protein families ("gene trees"). The problem of construction of a taxonomic tree given molecular data is traditional in the evolution studies. The algorithm was implemented and applied to analysis of several data sets, including mitochondrial proteins and data from the COG database.

It was proposed an algorithm, which lifts unreliable nodes in a phylogenetic gene tree and obtains as a result the nonbinary tree, for which in each position it is determined those nucleotides from the original genetic sequences that are not essential or

emerged as a result of an error in the source data. The algorithm is implemented on a computer and applied to natural samples.

In collaboration with the groups from the State Scientific Center "GosNIIGenetika" and the Moscow State University several regulatory systems were analyzed, namely, the multidrug resistance systems of enterobacteria, metabolism of aromatic amino acids and utilization of sugar acids of gamma-proteobacteria, heat shock (CIRCE-regulon), SOS-response, and arginine metabolism in diverse taxonomic groups.

The development of the concept of effective description of objects has been continued. In these area the following results are obtained.

A non-robust property of the Birkhoff individual ergodic theorem is proved: this theorem can be failed for individual sequence if the deficiency of randomness of its initial fragments is not bounded. An analogous result holds also for the Shannon--McMillan-Breiman theorem.

The hypothesis is formulated that in any realizator of the set of circulant nxn matrixes (i.e., of matrixes with the same elements on any diagonal parallel of the main diagonal; and the elements are equal for any such two diagonals which are located on the distance n from each other) there exists a set of cardinality less or equal than exp(qn) for some q<1/2. The partial estimate exp(n^q) for each q<1/2 is proved.

Conditions on "self-definability" of the structure of real algebraic numbers are obtained, i.e., conditions for existence of a fixed formula F(∙) (where the argument (.) is an additional many-placed predicate variable P) such that F(P) is true in the structure if and only if the predicate P is definable in it.

It was shown that the complexity of the task ((a implies с) and (b implies d)) is not expressed trough the complexities of the elementary tasks a, b, c, d, their pairs, triples, the quadruple <a,b,c,d> and their conditional complexities with respect to each other.

A new proof of decidability of the derivability problem for rules in the minimal normal modal logic K is obtained. The proof is an effective embedding of the rules of normal modal logic to the propositional dynamic logic, which is decidable as well-known.

The replacement theorem of equivalent strict implicative formulas in famous modal logic S3 is proved. (The full replacement theorem of equivalent formulas is not true.) For S3 29 strict implicative formulas with a one fixed variable which are not equivalent in pairs are found.

An elementary proof of Kripke lemma on finiteness of any incontractible sequence of words over a finite alphabet is obtained. The proof gives an analogous result for multisets instead of words. On this background the deductive system of S. Yu. Maslov that emerges in the mathematical modelling of the biological evolution was studied.

An optimal strategy for a game in dynamic systems with discrete time is constructed. It incorporates the approaches of the theory of nonantagonistic games and optimal control theory. The strategy is implemented in a computer algorithm.

Within the development of the concept of information transformers the problem of construction of an optimum measurement-computer system for an inexact measurement system is solved. The problem of an optimal calibration of invariant measurement systems is studied. Obtained algorithms were implemented on a computer.

It is also proved that a category of information transformers is a monoidal category of a special type. Sufficient conditions for a Kleisly category to be a monoidal category of information transformers are obtained. The most critical among these conditions is the existence of a natural transformation which assigns an "independent joint distribution" to a pair of "distributions".

PUBLICATIONS IN 2000

  1. Кузнецов Н.А., Любецкий В.А., Чернавский А.В. К вопросу о понятии информационного взаимодействия // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 19-24 июня 2000, с. 8-20.
  2. Вьюгин В.В., Горбунов К.Ю., Любецкий В.А. Алгоритмы выделения регуляторного сигнала и построения эволюционных деревьев // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 19-24 июня 2000, с. 130-137.
  3. Горбунов К.Ю., Любецкий В.А. Об алгоритме выявления регуляторного сигнала в наборе последовательностей // Логические исследования, выпуск 7. М.: Наука, 2000, с. 159-163.
  4. Верещагин Н.К., Любецкий В.А. Алгоритм определения вторичной структуры РНК // Труды научно-исследовательского семинара логического центра ИФ РАН, выпуск 14. М.: Изд-во РАН, 2000, с. 99-109.
  5. Данилова Л.В., Горбунов К.Ю., Гельфанд М.С., Любецкий В.А. Алгоритм выделения регуляторных сигналов в последовательностях ДНК // Молекулярная биология. 2000 (в печати).
  6. Любецкий В.А. Основные понятия школьной математики. М.: Гардарики, 2000, 420 с.
  7. Вьюгин В.В. О неустойчивости индивидуальной эргодической теоремы // Проблемы передачи информации (в печати).
  8. Горбунов К.Ю. Об оценке матричной сложности множества // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 2000, с. 138-140.
  9. Новичков П.С., Гельфанд М.С., Миронов А.А. Предсказание экзон-интронной структуры сравнением геномных последовательностей // Молекулярная биология. 2000. Т. 34. № 2. С. 230-236.
  10. Панина Е.М., Миронов А.А., Гельфанд М.С. Статистический анализ полных бактериальных геномов: палиндромы и системы рестрикции-модификации // Молекулярная биология. 2000. Т. 34. № 2. С. 246-252.
  11. Миронов А.А., Винокурова Н.П., Гельфанд М.С. Программное обеспечение анализа бактериальных геномов // Молекулярная биология. 2000. Т. 34. № 2. С. 253-262.
  12. Gelfand M.S., Koonin E.V., Mironov A.A. Prediction of transcription regulatory sites in Archaea by a comparative-genomic approach // Nucleic Acids Res. 2000. V. 28. No. 3. P. 695-705.
  13. Vitreschak A.G., Gelfand M.S. Comparative approach to analysis of regulation in complete genomes: Attenuators of aromatic amino acid operons of gamma-proteobacteria // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 19-24 июня 2000 г., с. 141-142.
  14. Ramensky V.E., Makeev V.Ju., Gelfand M.S., Roytberg M.A., Tumanyan V.G. Bayesian approach to DNA segmentation into regions with different average nucleotide composition // Journees Ouvertes Biologie Informatique Mathematiques (JOBIM’2000), Montpellier, France, Mai 2000, p. 241-248.
  15. Витрещак А.Г., Гельфанд М.С. Сравнительный подход к анализу регуляции в полных геномах: аттенюаторы ароматических аминокислотных оперонов гамма-протеобактерий // Молекулярная биология. 2000. Т. 34. № 4.
  16. Rodionov D.A., Mironov A.A., Rakhmaninova A.B., Gelfand M.S. Transcriptional regulation of transport and utilization systems for hexuronides, hexuronates and hexonates in gamma purple bacteria // Molecular Microbiology. 2000 (in press).
  17. Gelfand M.S., Novichkov P.S., Novichkova E.S., Mironov A.A. Comparative analysis of regulatory patterns in bacterial genomes // Briefings in Bioinformatics, 2000. V. 1. No. 4.
  18. Mironov A.A., Novichkov P.S., Gelfand M.S. Pro-Frame: similarity-based recognition in eukaryotic DNA sequences with errors // Bioinformatics. 2000, 18 р. (in press).
  19. Верещагин Н.К., Шень А. Математическая логика и теория алгоритмов. Вычислимые функции. М.: Московский центр непрерывного математического образования, 1999, 174 с.
  20. Верещагин Н.К., Шень А. Математическая логика и теория алгоритмов. Языки и исчисления. М.: Московский центр непрерывного математического образования, 2000, 274 с.
  21. Vereshchagin N., Vyugin M. Independent minimum length programs to translate between given strings // Proc. of 15th Annual IEEE Conference on Computational Complexity, Florence, July 2000, р. 138-144.
  22. Romashchenko A., Shen A., Vereshchagin N. Combinatorial interpretation of Kolmogorov complexity // Proc. of 15th Annual IEEE Conference on Computational Complexity, Florence, July 2000, р. 131-137.
  23. Vereshchagin N., Vyugin M. Independent minimum length programs to translate between given strings // Theoretical Computer Sciences, 2000, 11 p. (in press).
  24. Romashchenko A., Shen A., Vereshchagin N. Combinatorial interpretation of Kolmogorov complexity // Theoretical Computer Sciences, 2000, 12 p. (in press).
  25. Shen A., Vereshchagin N. Logical operations and Kolmogorov complexity // Theoretical Computer Sciences, 2000, 5 p. (in press).
  26. Vereshchagin N. Kolmogorov Complexity Conditional to Large Integers // Theoretical Computer Sciences, 2000, 9 p. (in press).
  27. Голубцов П. В., Старикова О.В. Проблема калибровки для инвариантных измерительно-вычислительных систем // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 19-24 июня 2000 г., с. 143-148.
  28. Голубцов П. В., Сизарёв Д. В. Синтез оптимальных систем формирования изображений с непрерывным полем зрения // Труды 2-й международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах", Самара, 19-24 июня 2000 г., с. 149-154.
  29. Голубцов П. В., Старикова О.В. Учет инвариантности в задаче калибровки измерительно-вычислительных систем // Математическое моделирование, 2000, 20 с. (в печати).
  30.  

  31. Чагров А.В. Об интерполяционном свойстве полных по Э. Посту модальных логик // Труды VI Общероссийской научной конференции "Современная логика: проблемы теории, истории и применения в науке", Санкт-Петербург, 22-24 июня 2000 г. Изд-во ЛГУ, 2000, с. 258-259.
  32. Чагров А.В. Два замечания о строго импликативных формулах в модальной логике S3 // Логические исследования, выпуск 7. М.: Наука, 2000, с. 84-89.
  33. Чагров А.В. Об эффективных теоремах дедукции в нормальных модальных логиках // Логические исследования, выпуск 7. М.: Наука, 2000, с. 209-216.
  34. Чагров А.В. Логика, не являющаяся ни конечнозначной, ни бесконечнозначной // Труды научно-исследовательского семинара логического центра ИФ РАН, выпуск 14. М.: Изд-во РАН, 2000, с. 59-67.
  35. Рыбаков М.Н., Чагров А.В. Стандарные переводы неклассических формул и относительная разрешимость логик // Труды научно-исследовательского семинара логического центра ИФ РАН, выпуск 14. М.: Изд-во РАН, 2000, с. 81-98.