Large Language Models Meet Virtual Cell: A Survey

该文章是首篇系统综述大型语言模型(LLMs)在虚拟细胞研究中应用的文献,核心在于构建统一分类框架并梳理核心任务与挑战,为AI驱动的虚拟细胞发展提供清晰路线图。

在这里插入图片描述

一、文章主要内容总结

文章围绕“LLMs如何推动虚拟细胞发展”展开,整体结构分为核心定义、方法分类、任务拆解、挑战与展望四部分,具体如下:

  1. 核心背景与定义
    • 虚拟细胞:指在计算机中模拟细胞结构、功能与动态变化的计算系统,可加速药物研发、实现个性化医疗,但传统建模受限于知识不全与数据稀疏。
    • LLMs的价值:凭借大规模数据处理能力,可直接学习核苷酸、转录组等生物数据特征,解决传统虚拟细胞建模的瓶颈,成为当前研究核心驱动力。
  2. LLMs应用的两大核心范式
    • LLMs作为“预言机(Oracle)”:直接建模细胞内部状态与动态,无需依赖外部工具。包括6类应用方向,具体如下表:
      | 应用方向 | 核心任务 | 代表模型 |
      |----------------|------------------------------------------|-----------------------------------------------|
      | 核苷酸建模 | 预测染色质状态
《KnowledgeNavigator: Leveraging Large Language Models for Enhanced Reasoning over Knowledge Graph》聚焦于利用大型语言模型增强知识图谱推理。大型语言模型(LLM)在复杂推理和问答(QA)任务中的知识限制方面存在局限性,而KnowledgeNavigator框架利用知识图谱中的外部知识来增强LLM推理[^4]。 该框架主要包括三个阶段:问题分析、知识检索和推理。在问题分析阶段,预测推理跳数,生成相似的问题,以增强推理逻辑挖掘;知识检索阶段,根据给定的问题和大语言模型指导,从知识图谱中迭代检索和过滤相关知识;推理阶段,将检索到的知识转化为对LLM有效的提示,以此增强其推理能力。并且该框架在KGQA基准测试中优于以前的知识图谱增强LLM方法[^4]。 ```python # 以下为简单示意框架各阶段伪代码 # 问题分析 def question_analysis(question): # 预测推理跳数 hop_count = predict_hop_count(question) # 生成相似问题 similar_questions = generate_similar_questions(question) return hop_count, similar_questions # 知识检索 def knowledge_retrieval(question, llm_guide, knowledge_graph): relevant_knowledge = [] # 迭代检索和过滤相关知识 for step in range(max_steps): new_knowledge = retrieve_and_filter(question, llm_guide, knowledge_graph) relevant_knowledge.extend(new_knowledge) return relevant_knowledge # 推理 def reasoning(relevant_knowledge, llm): prompt = convert_to_prompt(relevant_knowledge) result = llm.generate(prompt) return result ```
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