Metabolic Pathway Flux Analysis

Der Bode Gain Margin ist ein wichtiger Parameter in der Regelungstechnik, der die Stabilität eines Systems beschreibt. Er gibt an, wie viel Gewinn (Gain) ein System zusätzlich haben kann, bevor es instabil wird. Der Gain Margin wird in der Bode-Diagramm-Analyse ermittelt, wo die Frequenzantwort eines Systems grafisch dargestellt wird. Er wird definiert als der Unterschied zwischen dem aktuellen Verstärkungswert und dem Verstärkungswert, bei dem die Phase des Systems 180 Grad erreicht. Mathematisch kann der Gain Margin als folgt dargestellt werden:

wobei $K$ der Verstärkungswert ist, bei dem die Phase -180 Grad erreicht. Ein positiver Gain Margin zeigt an, dass das System stabil ist, während ein negativer Gain Margin auf eine instabile Rückkopplung hinweist.

Thermische Ausdehnung beschreibt das Phänomen, bei dem sich Stoffe bei Erwärmung ausdehnen und bei Abkühlung zusammenziehen. Diese Veränderung im Volumen oder in den Abmessungen eines Materials ist auf die erhöhte kinetische Energie der Teilchen zurückzuführen, die bei höheren Temperaturen stärker schwingen. Es gibt verschiedene Formen der thermischen Ausdehnung, darunter:

• Längenausdehnung: Bei festen Stoffen führt eine Temperaturerhöhung zu einer Verlängerung der Längenmaße.
• Flächenexpansion: Diese bezieht sich auf die Änderung der Oberfläche eines Materials.
• Volumenausdehnung: Diese tritt in Flüssigkeiten und Gasen auf und beschreibt die Veränderung des gesamten Volumens.

Die mathematische Beziehung, die die Längenausdehnung beschreibt, wird durch die Formel $\Delta L = \alpha \cdot L_0 \cdot \Delta T$ gegeben, wobei $\Delta L$ die Änderung der Länge, $\alpha$ der lineare Ausdehnungskoeffizient, $L_0$ die ursprüngliche Länge und $\Delta T$ die Temperaturänderung ist. Dieses Konzept ist in vielen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, beispielsweise beim Bau von Brücken und Schienen, um sicherzustellen, dass die Materialien sich bei Temperaturänderungen entsprechend verhalten.

Die Wannier-Funktion ist ein Konzept aus der Festkörperphysik, das verwendet wird, um die Elektronenwellenfunktionen in einem Kristallgitter zu beschreiben. Sie stellt eine lokalisierte Darstellung der Elektronenzustände dar und ist besonders nützlich für die Analyse von Bandstrukturen und topologischen Eigenschaften von Materialien. Mathematisch wird eine Wannier-Funktion $W_n(\mathbf{r})$ aus den Bloch-Funktionen $\psi_{n,\mathbf{k}}(\mathbf{r})$ abgeleitet, indem eine Fourier-Transformation über den gesamten Brillouin-Zone-Bereich durchgeführt wird:

wobei $N$ die Anzahl der k-punkte ist. Die Wannier-Funktionen sind orthonormiert und können verwendet werden, um die elektronischen Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, insbesondere in Bezug auf Korrelationsphänomene und wenig-kopplungs Modelle. Ihre Lokalisierung ermöglicht es, die Wechselwirkungen zwischen Elektronen in einem Kristall effektiv zu simulieren und zu verstehen.

Turing Completeness ist ein Konzept aus der Informatik, das beschreibt, ob ein Berechnungssystem in der Lage ist, jede berechenbare Funktion auszuführen, die ein Turing-Maschine ausführen kann. Ein System ist Turing-vollständig, wenn es einige grundlegende Voraussetzungen erfüllt, wie z.B. die Fähigkeit, bedingte Anweisungen (if-else), Schleifen (for, while) und die Manipulation von Datenstrukturen zu verwenden. Das bedeutet, dass jede Sprache oder jedes System, das Turing-vollständig ist, theoretisch jede beliebige Berechnung durchführen kann, solange genügend Zeit und Speicherplatz zur Verfügung stehen. Beispiele für Turing-vollständige Systeme sind Programmiersprachen wie Python, Java und C++. Im Gegensatz dazu gibt es auch nicht Turing-vollständige Systeme, die bestimmte Einschränkungen aufweisen, wie z.B. reguläre Ausdrücke, die nicht alle Berechnungen durchführen können.

Der Shapley Value ist ein Konzept aus der kooperativen Spieltheorie, das zur Verteilung von Gewinnen oder Verlusten unter den Mitgliedern einer Koalition verwendet wird. Er wurde von Lloyd Shapley entwickelt und basiert auf der Idee, dass jeder Spieler einen bestimmten Beitrag zum Gesamtergebnis leistet. Der Shapley Value berücksichtigt nicht nur den individuellen Beitrag eines Spielers, sondern auch, wie dieser Beitrag in verschiedenen Koalitionen zum Tragen kommt.

Mathematisch wird der Shapley Value für einen Spieler $i$ in einer Koalition durch die Formel

definiert, wobei $N$ die Menge aller Spieler ist und $v(S)$ den Wert der Koalition $S$ darstellt. Der Shapley Value hat zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie z.B. der Wirtschaft, der Politik und der Verteilung von Ressourcen, da er faire und rationale Entscheidungsfindungen fördert.

Der Bid-Ask Spread ist der Unterschied zwischen dem Preis, den Käufer bereit sind zu zahlen (Bid-Preis), und dem Preis, zu dem Verkäufer bereit sind zu verkaufen (Ask-Preis). Dieser Spread ist ein zentrales Konzept in der Markt-Mikrostruktur und reflektiert die Liquidität und Effizienz eines Marktes. Ein enger Spread deutet auf einen liquiden Markt hin, wo Käufer und Verkäufer schnell zusammenfinden können, während ein breiter Spread oft auf weniger Liquidität und höhere Transaktionskosten hinweist. Der Bid-Ask Spread kann auch von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden, wie z.B. der Handelsvolumen, Marktvolatilität und der Anzahl der Marktteilnehmer. Mathematisch lässt sich der Bid-Ask Spread als folgt darstellen:

In der Praxis müssen Händler diesen Spread berücksichtigen, da er die tatsächlichen Kosten ihrer Handelsentscheidungen beeinflussen kann.