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.     

基于改进贝叶斯方法的基因调控网络构建

为了研究基因之间的复杂调控关系,使用贝叶斯网络模型来构建基因调控网络,针对以往单一贝叶斯网络模型结构学习算法精度低的问题,提出一种结合信息论构建初始网络并在该网络上进行评分搜索的基因调控网络学习方法,使用最大信息系数筛选有较高关联性的节点构建初始网络以提高解的质量,在评分搜索中使用禁忌搜索和BDe评分训练生成最终网络。之后在一组单细胞的蛋白质因果表达网络数据和大肠杆菌表达网络数据上进行构建基因调控网络实验,并在不同数据量,不同性能指标上与其他网络构建算法进行对比。实验结果表明,构建方法在不同规模的数据集上的有效性和准确率优于用于对比的其他算法。     

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.     

边排序贝叶斯网络结构学习算法应用于基因调控网络构建

提出一种基于多数据源融合思想的贝叶斯网络结构学习算法.该方法在现有贝叶斯网络结构学习算法的基础上,进行网络结构再学习,能有效处理不同数据源无法简单合并的问题.实验结果表明:在现有基因芯片数据节点数过多但数据量过少的前提下,该算法能有效提高建网精度;基于酿酒酵母细胞周期对不同实验条件下的表达数据进行融合,可以将正确率提高约12%.     

基于动态贝叶斯网络的多时延基因调控网络构建

分子生物学的主要挑战是如何更好地理解基因间的调控机理。重构调控网络有助于探索生命系统的本质问题。目前,已提出的方法大多数都不考虑基因表达之间的时延,或者假定其时延是一个常量。这为深入理解基因调控的时-空机制带来了困难。现提出一个用连续DBNs构建具有多时延基因调控网络的方法,它可以系统地分析基因之间的调控关系。将其应用于酵母菌的转录调控网络中,结果显示,该方法能更好地估计转录时延,进一步提高了调控网络构建的精度。     

基因转录调控网络模型

摘要：基因转录调控网络是细胞内基因之间的相互作用关系的整体表示,是生命功能在基因表达层面的展现. 最近多种生物信息学（计算分子生物学）工具和高通量实验技术的发展,使得重建复杂的基因调控网络成为可能. 基因调控网络模型试图从DNA微阵列等海量数据中推断基因之间的调控关系,从而揭示复杂的生命现象, 虽远未完成,但从现有实验数据中重建基因调控网络的工作可以促进在分子和遗传水平上系统地剖析细胞的功能,是功能基因组学中的重要研究内容,也是当前生物信息学和系统生物学研究的最具挑战性的前沿课题之一. 简要评述了几类典型数学模型的最新研究进展.     

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.     

基于动态Bayesian网络的基因调控网络建模

为了精确建模与推断基因调控网络,提出一种基于动态Bayesian网络的多数据融合方法(SP-DBN).该方法利用结构期望最大算法进行未知结构学习,基于粒子滤波方法完成参数学习,可有效处理数据缺失与噪声问题,更好地捕捉数据中固有的动态特性,并通过其先验结构,在基因表达数据的基础上,自然地融合转录因子绑定位点等多数据源信息.基于酿酒酵母的真实数据,实验结果表明: 对于仅采用基因表达数据的情况, SP-DBN的敏感度与特异度分别提高到19%和95%;融入绑定位点数据后, SP-DBN的敏感度可从19%进一步提升至20%, 而特异度则仍保持在95%的水平.     

基因调控网络研究进展

基因调控网络是一种连续而复杂多变的动态网络系统,是细胞内各种信号因子之间相互作用关系的整体表现.近些年来,很多物种全基因组测序的完成、高通量实验技术的发展以及高性能分子生物学工具的应用,使得构建一个复杂和相对完整的基因调控网络成为可能,从而使绘制整个活细胞内各种基因表达的调控网络成为当前研究的热点.作为系统生物学的核心领域,构建和分析基因调控网络将有利于我们更系统地剖析细胞的功能,更深刻地洞见生命的本质.综述关于基因调控网络研究的基本原理和方法,为今后进行更深入的研究和探讨打下良好的基础.     

用于基因调节网络建模的概率布尔型基因网络结构分析

基于Iyla Shumlevieh提出的概率布尔型网络(PBN)模型，讨论了概率布尔型网络PBN的结构分析问题．依据PBN网络模型中任意两基因之间量化了的相互影响，对基因调节网络图进行分割，得到各自独立的子网络．同时，依据一定规则找到对网络的稳定性起决定作用的关键基因，通过对关键基因的状态分析，并扩展到整个网络，最终确定PBN的状态．     

一种新的Bayes网络条件概率学习方法

针对大规模Bayes网络的条件概率赋值问题,提出一种学习方法.首先使用类层次结构定义一种新的基于层次的Bayes网络模型,用于表示大规模Bayes网络.然后将训练数据集由单个数据表的形式转化成多表数据库,其中每个数据库表对应一个Bayes网络模块.在此基础上导出条件概率计算公式,从每个数据库表中算出相应的Bayes网络模块的条件概率表,由此实现对整个层次Bayes网络的概率赋值.通过适当增加数据库表的数目来控制每个表中属性的个数,保证计算的可行性.将层次Bayes网络及计算公式用于解决图像中文本的自动检测与定位问题,实验结果表明了它们的有效性.     

基于MMPC-FPSO 贝叶斯网络混合结构学习方法

针对贝叶斯网络结构学习的过程中网络结构规模随节点数增加呈指数增长,导致网络结构搜索空间增大,进而导致网络结构学习算法效率低下的问题,提出一种基于最大最小父子集合约束与萤火虫粒子群搜索算法的贝叶斯网络混合结构学习方法。首先,针对粒子群算法在解决贝叶斯网络结构学习过程中,随机初始化网络结构种群导致算法搜索效率低下,网络结构准确性低的问题提出一种基于改进的最大最小父子集合算法的种群约束方法。其次,针对传统的基于粒子群评分搜索方法速度慢,精度低,易陷入局部最优的问题,提出一种基于萤火虫算子的粒子寻优策略。最后,为了验证所提方法的正确性和优越性,将上述方法用于3种标准网络的结构学习。仿真结果表明:所提算法与传统的基于粒子群的结构学习方法相比,所得的贝叶斯信息准则评分与标准网络评分的差距分别缩小了68.7%、65.5%、34.1%。     

大学课程贝叶斯网络模型研究

提出一种大学课程关系的贝叶斯网络构造方法,以学生课程考试成绩作为数据样本,以基于信息论的结构学习算法构造无向图,最后以课程开设的先后顺序给边定向,得到课程依赖关系的贝叶斯网络,并以数理统计的方法学习其条件概率表。该模型直观的反映了课程间的依赖联系,而条件概率表则量化了联系的紧密程度,对大学课程的设置和编排具有指导作用,对学生成绩具有预测能力。     

基于马尔可夫毯的贝叶斯网络结构学习算法

贝叶斯网络图结构的自动学习是机器学习中的一个挑战,针对传统算法学习效率低、难于去除冗余边及确定结构中边的方向等问题,提出了一种基于马尔可夫毯的贝叶斯网络结构学习算法.该算法改进了经典的马尔可夫毯学习算法,使之减少条件独立检验次数,并在后续确定有向结构方面更适应贝叶斯网络结构学习,同时给出了两种有向边方向确定的一般性解决方案,有效提高了学习算法的学习效率.最后建立了基于贝叶斯网络的互联云QoE评价模型,并进行了仿真实验,结果表明改进后的学习算法在预测准确率、学习效率上均优于传统算法.     

Bayes网络学习及其在文本检测中的应用研究

针对大规模Bayes网络的条件概率赋值问题,提出一种学习方法．首先使用类层次结构定义一种新的层次Bayes网络模型,用于表示大规模Bayes网络．然后将训练数据集由单个数据表的形式转化成多表数据库,其中每个数据库表对应1个Bayes网络模块．在此基础上导出条件概率计算公式,从每个数据库表中算出相应的Bayes网络模块的条件概率表,由此实现对整个层次Bayes网络的概率赋值．可通过适当增加数据库表的数目来控制每个表中属性的个数,保证计算的可行性．最后将本层次Bayes网络及计算公式用于解决图像中文本的自动检测与定位问题,实验结果表明了它们的有效性．