[ca] En aquesta tesi presentem una metodologia sistemàtica la qual permet caracteritzar sistemes biològics dinàmics a partir de dades de series temporals. Del treball desenvolupat se'n desprenen tres publicacions. En la primera desenvolupem un mètode d'optimització global determinista basat en l'outer approximation per a la estimació de paràmetres en sistemes biològics dinàmics. El nostre mètode es basa en la reformulació d'un conjunt d'equacions diferencials ordinàries al seu equivalent algebraic mitjançant l'ús de mètodes de col•locació ortogonal, donant lloc a un problema no convex programació no lineal (NLP). Aquest problema no convex NLP es descompon en dos nivells jeràrquics: un problema master de programació entera mixta (MILP) que proporciona una cota inferior rigorosa al solució global, i una NLP esclau d'espai reduït que dóna un límit superior. L'algorisme itera entre aquests dos nivells fins que un criteri de terminació es satisfà. En les publicacions segona i tercera vam desenvolupar un mètode que és capaç d'identificar l'estructura regulatòria amb els corresponents paràmetres cinètics a partir de dades de series temporals. En la segona publicació vam definir un problema d'optimització dinàmica entera mixta (MIDO) on minimitzem el criteri d'informació d'Akaike. En la tercera publicació vam adoptar una perspectiva MIDO multicriteri on minimitzem l'ajust i complexitat simultàniament mitjançant el mètode de l'epsilon constraint on un dels objectius es tracta com la funció objectiu mentre que la resta es converteixen en restriccions auxiliars. En ambdues publicacions els problemes MIDO es reformulen a programació entera mixta no lineal (MINLP) mitjançant la col•locació ortogonal en elements finits on les variables binàries s'utilitzem per modelar l'existència d'interaccions regulatòries.

[en] In this thesis we present a systematic methodology to characterize dynamic biological systems from time series data. From the work we derived three publications. In the first we developed a deterministic global optimization method based on the outer approximation for parameter estimation in dynamic biological systems. Our method is based on reformulating the set of ordinary differential equations into an equivalent set of algebraic equations through the use of orthogonal collocation methods, giving rise to a nonconvex nonlinear programming (NLP) problem. This nonconvex NLP is decomposed into two hierarchical levels: a master mixed-integer linear programming problem (MILP) that provides a rigorous lower bound on the optimal solution, and a reduced-space slave NLP that yields an upper bound. The algorithm iterates between these two levels until a termination criterion is satisfied. In the second and third publications we developed a method that is able to identify the regulatory structure and its corresponding kinetic parameters from time series data. In the second publication we defined a mixed integer dynamic optimization problem (MIDO) which minimize the Akaike information criterion. In the third publication, we adopted a multi-criteria MIDO which minimize complexity and fit simultaneously using the epsilon constraint method in which one objective is treated as the objective function while the rest are converted to auxiliary constraints. In both publications MIDO problems were reformulated to mixed integer nonlinear programming (MINLP) through the use of orthogonal collocation on finite elements where binary variables are used to model the existence of regulatory interactions.