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摘 要:系統(tǒng)進化分析是生物信息學中的重要研究領(lǐng)域,主要是從一組同源的DNA或蛋白質(zhì)序列出發(fā),分析有機體之間的親緣關(guān)系,進而構(gòu)建反映物種進化關(guān)系的進化樹.尋找同源關(guān)系一直是生物信息領(lǐng)域的重要組成部分,針對小數(shù)據(jù)量的有機體,距離法、似然法和簡約法是構(gòu)建進化樹的主要方法;但是隨著分子數(shù)據(jù)的不斷累積,傳統(tǒng)的算法越來越不適應(yīng)分子進化關(guān)系的挖掘和分析.伴隨著人類基因組計劃的逐步深入,大量未標志的序列涌現(xiàn),急需找到有效的方法來計算序列之間的“進化距離”,判別蛋白質(zhì)序列間的遠近關(guān)系,從而找到同源蛋白質(zhì),分析和預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能,最終為人類了解生命現(xiàn)象提供理論支持. 本文應(yīng)用粒計算理論來約簡不斷增長的分子數(shù)據(jù),并且保留有機體的主要屬性.粒計算利用粒子,即類或者集群,對模糊、不確定、部分真和大數(shù)據(jù)的信息處理有著不可替代的作用,其在數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和智能數(shù)據(jù)處理等方面的有著廣泛的應(yīng)用. 在第二章中,介紹了粒計算的發(fā)展和應(yīng)用和其主要研究方向:粒度、粒和層和分析粒子之間的關(guān)系.深入研究了商空間理論方法,并且提出了基于模糊鄰近關(guān)系的系統(tǒng)進化樹構(gòu)建方法. 在第三章中,針對病毒蛋白的同源分析,利用統(tǒng)計方法,給出了一種新的方法來表示蛋白質(zhì)序列.將長序列轉(zhuǎn)換到40D向量,保留了氨基酸及其特性,并且結(jié)合了二肽的信息,同時給出了兩蛋白間模糊鄰近關(guān)系的度量計算,提出了用完全圖聚類的方法對數(shù)據(jù)對象的處理方法,挑選出蛋白代表,進行進化樹的構(gòu)建.本章對2萬多條H1N1病毒的HA蛋白序列,進行粗?;男畔⑻崛〉玫搅?3種病毒,基于模糊鄰近關(guān)系對這些病毒進行聚類生成系統(tǒng)進化樹.通過對進化樹的分析得出H1N1病毒的變異與爆發(fā)時間、地域等因素有一定關(guān)系. 在第四章中,針對不同的病毒蛋白,基于距離度量的標準進行模糊粒度聚類.根據(jù)商空間理論,將不同粒度合成聚類結(jié)果.本章提出了基于Gaussian型函數(shù)定義了商空間的距離函數(shù)的模糊聚類算法,針對(16個H亞型和10個N亞型)近6萬條病毒蛋白序列,進行基于距離度量的模糊聚類,挑選出39條代表蛋白,構(gòu)建主干進化樹.為未標志的蛋白序列提供比對標本,分析發(fā)現(xiàn),基于商空間的距離度量聚類法適用于處理大數(shù)據(jù)量的樣本. 關(guān)鍵詞:進化樹;同源;大數(shù)據(jù);粒計算
目 錄 摘 要 ABSTRACT 第1章 緒論-1 1.1 研究背景及意義-1 1.2 系統(tǒng)發(fā)生樹-2 1.3 粒計算-3 1.4 本文研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)-4 第2章 粒計算的發(fā)展和應(yīng)用-5 2.1 粒計算理論的研究-5 2.2 商空間理論基礎(chǔ)-5 2.3基于歸一化距離的系統(tǒng)進化樹構(gòu)建-7 第3 章 病毒蛋白進化樹的構(gòu)建和分析-9 3.1 數(shù)據(jù)來源與方法-10 3.1.1 數(shù)據(jù)來源-10 3.1.2 序列提取特征向量-10 3.1.3 基于內(nèi)積的模糊鄰近關(guān)系計算-11 3.1.4 基于距離的完全圖聚類方法-11 3.1.5 挑選病毒序列代表-12 3.2 數(shù)據(jù)處理步驟-12 3.3 結(jié)果與分析-12 3.4 討論與結(jié)論-15 第4章 模糊商空間聚類分析-17 4.1 Gaussian型距離函數(shù)-17 4.2 數(shù)據(jù)處理步驟-18 4.3 結(jié)果與分析-18 4.4 討論和結(jié)論-21 第5章 結(jié)論與展望-23 5.1結(jié)論-23 5.2不足之處及未來展望-23 參考文獻-25 致 謝-27 |