AP数据源融合算法构建基因调控网络

针对单一数据集构建基因调控网络算法数据量不足及构建网络结果不精确的问题, 提出一种基于能力与信任(AP)的数据源融合算法. 该算法将基因表达数据、 蛋白质相互作用数据和基序数据集, 分别通过控制与被控制双向数据流传输来分析和构建基因调控网络, 并与ReMoDiscovery,CLR和C3Net三种已开发模型在酵母全基因组网络构建结果的AUC值进行对比. 对比结果表明, 该算法在构建基因调控网络算法方面执行效率更高、 收敛性更强.     

一种基于特征向量中心性的基因调控网络结构推测算法

提出了一种基于特征向量中心性推断基因调控网络结构的算法,通过特征向量中心性挖掘基因在网络中的拓扑信息,结合基因对之间的相关性和拓扑信息构建完整的基因调控网络.算法在n个变量和n个样本的DREAM数据集以及包含9个变量和9个样本的大肠杆菌数据集上进行仿真测试,并与现有的基于距离相关性和网络拓扑中性的3种最先进的网络推理算法进行了比较,算法结果显示该方法能够提高基因调控网络结构的预测精度.     

共有基因模块构建大规模基因调控网络

目的 提出一种利用共有基因模块构建大规模基因调控网络算法(Common Gene Mod-ules Network,CGMN),有效降低传统基因调控网络构建基因节点规模较大的基因调控网络(包含几百个,甚至几千个基因节点)时时间复杂度过大的缺陷.方法 CGMN算法从基因表达数据出发,采用6种常用聚类算法把基因表达模式相似的基因聚类成功能模块,找出6种聚类方法的共有模块,并将其作为功能模块基因节点,采用局部贝叶斯网络(Local Bayesian Network,LBN)算法构建功能模块基因-基因调控网络.结果 与结论 大规模细胞周期基因表达数据集上仿真实验结果表明,搜索共有模块压缩基因节点数目策略,能够有效降低大规模基因调控网络重构时间复杂度,且验证了CGMN算法构建大规模基因调控网络的有效性.     

基于时序互信息构建基因调控网络

为构建基因调控网络,提出了一个基于时序互信息学习动态贝叶斯网络结构的学习算法.在计算基因间的时序互信息时,该算法考虑了时间序列微阵列数据的时间特性,并利用协方差矩阵计算互信息,没有将基因表达数据离散化,与基因表达数据的连续性相符合.在酵母菌周期细胞的实验数据上测试该算法,灵敏度为66.7%;该算法构建的基因调控网络与KEGG数据库中的网络相比较,发现了Cdc28与Cdc20、Chk1与Rad9的调控关系,这些调控关系在相应的生物学实验中得到验证.     

基于改进MS-EM算法的贝叶斯网络学习法构建基因调控网络

基因调控网络的重构是功能基因组中最具挑战性的课题之一.实验证明构建基因调控网络的最有前途的方法是贝叶斯网络.EM算法是一种有效的利用数据来学习贝叶斯网络的方法,能较好地处理构建基因调控网络中的数据缺失情况,但存在学习精度低、对初始参数值依赖的缺点.本文应用贝叶斯网络实现啤酒酵母细胞基因调控网络的构建,用改进的MS-EM算法进行学习,并实现实验结果的可视化.与现有文献比较,结果表明改进后的算法进一步降低了时间性能,提高了构建调控网络的精度.     

采用结构与参数训练相结合的RNN模型构建基因调控网络

提出一种采用递归神经网络模型构建基因调控网络,将结构训练与参数训练相结合的方法进行网络的权值训练.采用模拟退火算法训练网络结构,找出调控关系权值,再引入基于免疫思想的粒子群算法对权值进行参数优化,得到基因调控网络图.并分别用人工数据和大肠杆茵DNA修复系统基因数据进行实验.实验结果表明,该方法能有效地从基因时序数据中揭示基因间的调控关系.     

基于递归模糊神经网络的多时延基因调控网络构建方法

为了处理连续的时序基因表达数据,提出了一个基于递归模糊神经网络的多时延基因调控网络构建算法.该算法能直接用于分析连续的时序基因表达数据,避免离散化数据造成的信息损失.使用时序互信息估计基因间的转录时延,并限制每个基因的潜在调控基因,从而有效提高建网的效率和精确度.酵母菌细胞周期表达数据的实验结果表明该算法能正确选择潜在的调控基因,更加精确地构建基因调控网络.     

基于单细胞RNA测序数据的基因调控网络推断算法综述

通过基因表达的变化可以推断基因调控网络.单细胞RNA测序（scRNA-seq）为推断细胞周期或分化等时间依赖性生物过程的基因调控网络提供了新的可能性,基于scRNA-seq数据的基因调控网络推断算法成为一个相对活跃的研究方向.本文首先对26种基因调控网络推断算法进行介绍,包括3种针对批量RNA测序数据的推断算法和23种针对scRNA-seq数据的推断算法（基于布尔网络的算法2种、基于微分方程的算法3种、基于伪时序基因相关性集成策略的算法5种、基于共表达基因的算法4种、基于细胞特异性的算法3种、基于深度学习的算法6种）,详细描述了每类算法的方法原理和算法优缺点,对算法进行综合比较;然后分析了推断算法比较研究的相关成果,并使用scRNA-seq数据简单评估了26种算法的性能;最后探讨当前基因调控网络推断算法面临的机遇与挑战.     

基于标签传播的重叠社区发现算法

重叠社区发现是复杂网络研究的重要课题.提出一种基于标签传播的重叠社区发现算法.首先利用标签传播算法得到初始无重叠社区划分结果,之后通过设计新的重叠节点识别算法确定重叠节点,最后再根据重叠节点的识别结果对社区进行合并从而得到最终的重叠社区划分结果.该算法克服了已有算法重叠节点占比过大的弊端.为验证算法的有效性,在LFR人工数据集、3个标准公开测试集以及真实的大豆基因共表达网络上进行实验,并与已有算法进行对比.实验结果表明,该算法性能明显优于对比算法,极大地改善了重叠节点比重过大问题.     

IE_K2：一种基于贝叶斯网络的高效基因调控网络构建方法

为获得正确的节点次序,提高K2算法的执行效率和精确度,提出一种构建基因调控网络的IE-K2算法.基于两个节点互信息构建无向图,通过引入联合信息熵来获得最佳的节点次序.在Alarm网络中的实验结果表明,其预测的准确率优于爬山算法和随机节点顺序的K2算法;将IE-K2算法用于构建酿酒酵母的基因调控网络,通过现有文献证明了调控关系的正确性,结果显示了该算法的有效性.     

具有状态约束的基因调控网络的集员滤波器研究

针对基因调控网络中切实存在状态约束现象,在考虑一类含时滞、参数不确定、噪声干扰的离散基因调控网络模型基础上设计一种集员滤波器,实现基因调控网络状态的估计.通过假设测量噪声是未知但有界的,采用LMI方法设计集员滤波器,获得滤波器的增益矩阵,运用递归优化算法对集员滤波器进行优化.最后,通过数值仿真证明了所提算法的有效性,实现了基因调控网络中的mRNA和蛋白质浓度的准确估计.     

基于潜在调控因子筛选的高阶动态贝叶斯建模方法

为了解决目前用于构建基因调控网络的方法中所存在的网络构建准确率低、网络构建时间过长等问题，以及减小网络构建的复杂度，提高网络构建效率，提出了一种基于潜在调控因子筛选的高阶动态贝叶斯网络建模方法(high-order dynamic Bayesian network modeling method based on potential regulatory factor screening, PRS-HO-DBN).该方法将关联模型与高阶动态贝叶斯网络模型相结合，首先利用潜在调控因子筛选的方法在不同的时间延迟下删除与目标基因关联程度较低的基因，保留与目标基因关联程度较高的基因并作为目标基因的潜在调控因子集，以减小搜索空间；然后利用高阶动态贝叶斯模型进行结构学习，以提高网络构建的精确率.与其他的网络构建模型方法相比，该方法可以极大地缩短网络构建的时间，提升效率和精确度.     

一种基于广义相似性的共调控基因聚类算法

针对共调控基因的特殊性质和现有共调控基因聚类算法存在的不足,提出了基于广义相似性的聚类模型g-Cluster.正负共调控基因因具有相同的编码而被聚集到同一个共调控基因簇中.进一步提出了一种基于树结构的聚类算法FBTD,采用先宽度优先后深度优先的搜索策略,挖掘所有符合条件的最大g-Cluster,同时应用了高效的削减规则和优化策略.将该算法用于真实数据集.理论分析和实验结果都表明,该算法是实用和有效的.     

表达相关的转录因子相互作用模式

转录因子通过与基因上游特定序列结合,调控着靶基因在特定的时间和空间以一定的强度表达.不同的转录因子之间通过多种方式相互组合,为这一调控过程提供了更多的可能.为了研究与表达相关的转录因子的调控模式,以GM12878细胞系作为研究对象,基于该细胞系的两种RNA-seq数据,得到了高、低表达基因集合,根据83种转录因子结合的ChIP-seq数据,在两个数据集中分别构建了与基因表达紧密相关的转录因子互作网络,并利用软件Cytoscape对网络进行可视化,从而直观地展现了高低表达基因中转录因子的相互作用模式.同时,利用WGCNA(Weighted Correlation Network Analysis)构建了转录因子的共调控网络,发现高表达基因集合的转录因子调控网络中的一些子网模式与WGCNA构建的共调控模块得到对照.最终在高表达基因转录因子相互作用网络中发现占据重要地位的转录因子BCL11A和特异的组合模式(NFYA-NFYB-SP1),另一种组合模式(BATF-IRF4)则同时存在于高低表达基因的网络中.     

基于炎症反应的阿尔茨海默症功能模块构建

整合阿尔茨海默症患者6个脑区的基因表达数据和蛋白质相互作用数据,较好地避免了基因表达数据高噪声、高变异等不足对构建基因调控网络精度和准确性的影响.考虑到脑部神经炎症是AD发病的重要原因之一,以及钙平衡失调可能是AD几个致病因素联系的纽带,结合蛋白质网络挖掘与AD发病密切相关的基因及炎症和钙离子功能网络,采用最大权重诱导子图(Heinz)算法实现两种高通量数据的结合并提取显著扰动子网,在此基础上利用基于边权的模拟退火算法预测和优化扰动网络,去除网络中较弱的相互作用,添加预测的较强的相互作用,提高网络的精度.实验共提取206个特征基因,并且提取了脑部炎症及钙离子作用机制的功能模块子网.结果证明,使用基于边权的模拟退火算法进一步加强了功能网络的模块性.经生物学分析证明炎症和钙离子机制在AD致病机制中起着很大的作用.这些数据在不同方面为系统地认识基因的复杂调控机制提供了必要的信息.     

基于卷积和Transformer融合的服装分类算法

针对传统基于卷积神经网络的服装分类算法无法满足海量多样服装分类需求的问题,提出一种卷积注意力融合的服装分类网络.该网络采用并行结构,包含一个ResNet分支和一个Transformer分支,充分利用卷积运算提取的局部特征和自注意力机制提取的全局特征,以增强网络的表征学习能力,从而提高服装分类算法的性能和泛化能力.为验证该方法的有效性,在数据集Fashion-MNIST和DeepFashion上进行了对比实验.结果表明：在数据集Fashion-MNIST上,该方法取得了93.58%的准确率;在数据集DeepFashion上,该方法取得了71.1%的准确率;该方法优于其他对比方法的实验结果.     

阿尔茨海默症miRNA靶基因预测研究

为深入了解阿尔茨海默症的发病机制,利用匹配的基因表达数据和miRNA表达数据,对miRNA的靶基因进行预测分析.首先对选择出的差异表达miRNA进行靶基因预测;然后利用HCTarget算法验证预测的靶基因;最后对miRNA及其靶基因构建调控网络.调控网络中包含11个已确定的与AD有关的miRNA及6个AD致病基因.通过分析网络发现miRNA及其靶基因在正常与患病两种情况下的活性变化趋势,生物学分析也证实了它们在AD中的重要作用,为AD发病机制研究提供了依据.     

基于近邻传播的时间序列基因表达谱聚类算法

聚类是识别基因表达数据蕴含的关键基因调控模块的一种有效方法,基因表达谱的相似性度量是聚类的关键问题.然而,一般的相似性度量方法不能刻画时间序列基因表达谱数据所蕴含的时间延迟、反向相关和局部相关等复杂的基因调控关系.针对时间序列基因表达谱数据,提出一种基于近邻传播和动态规划的相似性度量方法和聚类算法.在大鼠再生肝细胞基因表达谱数据集上的聚类结果与基因功能富集分析结果高度一致,证明算法在时间序列基因表达谱数据聚类上的有效性.     

面向用户偏好的动态网页数据交互式查询算法

为提高网页数据查询速度、精度及工作效率,提出一种面向用户偏好的动态网页数据交互式查询算法.首先,构建用户偏好模型,增加偏好组合的演化个体适应性,综合计算适配值;其次,为防止数据冗余和重复,基于兴趣相似性,分离相似度高的查询数据和重复数据,识别出网络数据的性质;最后,利用粒子群优化算法寻找最优的动态网页数据交互式查询方案.实验结果表明：在数据集基数影响下,该算法的查询结果集质量在0.95以上;在查询最大维数影响下,该算法的查询结果集质量在0.96以上,表明其查询使用时间短、结果集精度高、自适应能力强.     

一种动态时间弯曲距离的时延调控基因相似度量聚类方法

针对传统的基于距离/相关系数的相似性度量方法无法有效度量基因间的时延表达特性,为了更加准确地刻画基因间的共调控关系,提出一种基于动态时间弯曲距离(DTW)的相似性度量方法,并结合可指定类数的仿射传播聚类算法进行聚类.将该算法用于人工合成数据和真实的酵母基因数据集,实验结果表明,相对于其它经典聚类算法,本文所提算法能得到更好的聚类结果.