【摘要】：隨著科學技術的不斷發(fā)展,生物分析儀器也在不斷得到改良,微生物檢測也從常規(guī)檢測一步步過渡到分子生物學的檢測其中大部分為DNA進行檢測,納米孔測序技術是新一代DNA檢測技術,因此使用納米孔檢測微生物也成為了當今的前沿科技。本文主要利用納米孔測序技術,使用FPGA等硬件作為儀器的搭建主體,使用智能算法對其進行分類,鑒定DNA種類,主要研究內容如下:首先,針對無法獲取DNA原始電流的現(xiàn)象,從歐洲核苷酸檔案館中獲取MinION設備的數(shù)據(jù),并將事件信息重建成原始信號數(shù)據(jù),利用MATLAB制成mif文件。分析了三種數(shù)字電路頻率合成技術的優(yōu)缺點,并從中選擇了直接數(shù)字頻率合成技術(DDS),用其設計了一套多通道的模擬數(shù)據(jù)生成設備,并將其作為本論文的實驗數(shù)據(jù)來源。其次,使用ADC9226芯片設計了一套高速模數(shù)轉換電路,并利用了FPGA編程將數(shù)據(jù)源產生的數(shù)據(jù)進行高頻率采集,同時使用千兆以太網模塊編寫了一個不使用MAC IP核的UDP通訊模塊,將采集到的數(shù)據(jù)轉發(fā)至上位機,實驗證明其工作速率的確可以達到千兆,可以滿足對數(shù)據(jù)的實時采集。再次,對生物納米孔測序原理進行了分析,并分析出其產生誤差的兩個根本原因。介紹了傳統(tǒng)的堿基識別算法與特征提取方式。在此基礎上,將腦電波處理領域中的Hjorth參數(shù)作為DNA原始信號數(shù)據(jù)的特征提取手段,并構建了全新的DNA種類識別分類器設計,利用這個分類器可以大幅度的減少計算復雜度和判斷時間。最后,對多種人工智能分類器進行了闡述,并從中選取支持向量機分類器以及隨機森林分類器對180組大腸桿菌和熒光假單胞菌測序數(shù)據(jù)進行了分類驗證。同時使用了網格搜索、遺傳算法、樹形Parzen評估器算法(TPE)分別對兩種分類器進行了超參數(shù)優(yōu)化,將最終優(yōu)化后的隨機森林分類器繪制ROC曲線比較其性能,最終發(fā)現(xiàn)使用遺傳算法和TPE算法優(yōu)化的隨機森林算法對這二者分類效果很好。同時利用多種軟件完成儀器的最終驗證。
【圖文】：

圖 1.1 “蛟龍?zhí)枴睗撏?圖 1.2“和平號”空間站圖 1.2 為“和平號”空間站，其長期在 100kPa 的總壓力，21kPa 的氧分壓下，，在 23℃左右，同時濕度又適中在 30%~70%左右，極易滋生細菌和真菌，又與，生成自己的微生物系統(tǒng)。在服役的 15 年內，飽受細菌和真菌的危害。通過到的樣本帶回地球分析之后發(fā)現(xiàn)，竟然有 234 種微生物，其中還包含大量的致]。然而微生物運回地球的時候就會發(fā)生一系列的不可測變化，從而導致采樣時時刻微生物狀態(tài)并不完全相同，而派遣一個專業(yè)的生物學家進入太空站的成本

圖 1.1 “蛟龍?zhí)枴睗撏?圖 1.2“和平號”空間站圖 1.2 為“和平號”空間站，其長期在 100kPa 的總壓力，21kPa 的氧分壓下，在 23℃左右，同時濕度又適中在 30%~70%左右，極易滋生細菌和真菌，又與，生成自己的微生物系統(tǒng)。在服役的 15 年內，飽受細菌和真菌的危害。通過到的樣本帶回地球分析之后發(fā)現(xiàn)，竟然有 234 種微生物，其中還包含大量的致]。然而微生物運回地球的時候就會發(fā)生一系列的不可測變化，從而導致采樣時時刻微生物狀態(tài)并不完全相同，而派遣一個專業(yè)的生物學家進入太空站的成本
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN791;Q-337

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本文編號：2671963