【摘要】：基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析是生物信息學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)非常重要的研究方向。基因表達(dá)數(shù)據(jù)不僅包含了非常多基因活躍性的信息,還反映了細(xì)胞目前生理狀態(tài)。尋找基因表達(dá)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以發(fā)掘基因間的共同功能、交互關(guān)系和協(xié)同調(diào)控模式等。目前已有許多雙聚類(lèi)算法被提出并應(yīng)用于挖掘基因表達(dá)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)信息。然而還存在不足的地方。第一,它們中很少有重視負(fù)關(guān)聯(lián)信息的算法。而負(fù)關(guān)聯(lián)信息非常重要,它含有許多隱藏的基因信息。基因表達(dá)數(shù)據(jù)中兩個(gè)正相關(guān)的基因的生物學(xué)意義有,兩個(gè)基因在特定條件下功能相同。而兩個(gè)負(fù)相關(guān)的基因的生物學(xué)意義有,兩個(gè)基因在特定條件下兩者其中一個(gè)起促進(jìn)作用,而另一個(gè)在同一條件下起抑制作用。正關(guān)聯(lián)信息與負(fù)關(guān)聯(lián)信息都對(duì)生物信息的研究富有意義。第二,領(lǐng)域中缺乏可以對(duì)解的質(zhì)量進(jìn)行約束,挖掘滿(mǎn)足具有一定尺寸的,包含負(fù)關(guān)聯(lián)信息的,且具有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性的要求的雙聚類(lèi)解的算法。第三,隨著生物信息大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái),對(duì)雙聚類(lèi)算法的復(fù)雜度要求越來(lái)越高,而現(xiàn)有算法優(yōu)化不足。本文針對(duì)這些不足的地方提出了用于挖掘基因表達(dá)數(shù)據(jù)的基于多目標(biāo)的雙聚類(lèi)算法(Multi-objective-based Bi-clustering Algorithm, MOBA),并且將MOBA進(jìn)行多線程優(yōu)化。主要研究工作如下：(1)本文提出了MOBA,其設(shè)計(jì)思想如下：第一步,為了消除數(shù)據(jù)間的偏差,需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,具體做法是將數(shù)據(jù)進(jìn)行定性處理并劃分為上調(diào)、無(wú)作用和下調(diào)三類(lèi)；第二步,在計(jì)算各個(gè)基因的最近鄰域之后,將各基因及其最近鄰域根據(jù)種子(用種子稱(chēng)呼解)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合并構(gòu)建初始種子,在構(gòu)建種子時(shí)需根據(jù)兩個(gè)基因的條件的吻合數(shù)判定兩個(gè)基因是負(fù)相關(guān)還是正相關(guān),初始種子構(gòu)成初始解集；第三步,計(jì)算各種子的最近鄰域,將其與其最近鄰域合并用以增加雙聚類(lèi)的尺寸(種子擴(kuò)展),迭代循環(huán)第三步直到?jīng)]有種子需要擴(kuò)展為止；第四步,通過(guò)計(jì)算得到的種子的多目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)值篩選最終解。多目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)包含三個(gè)子目標(biāo)：第一個(gè)子目標(biāo)用于最大化雙聚類(lèi)的尺寸；第二個(gè)是基于峰谷差的平均平方殘基,用以增加負(fù)關(guān)聯(lián)信息；第三個(gè)是皮爾森相關(guān)性系數(shù),用以加強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。(2) MOBA算法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最基本的框架為各個(gè)解尺寸的擴(kuò)展,即種子擴(kuò)展。該框架非常適合改造為多線程模式。可以通過(guò)利用該框架的這種特性,將種子分布到各線程獨(dú)立運(yùn)行對(duì)MOBA進(jìn)行多線程化設(shè)計(jì)。這大大降低了時(shí)間復(fù)雜度。通過(guò)對(duì)酵母菌細(xì)胞周期數(shù)據(jù)集的實(shí)驗(yàn)可以證明MOBA運(yùn)行較為穩(wěn)定可靠,條件聚類(lèi)較好。MOBA可以發(fā)現(xiàn)基因表達(dá)數(shù)據(jù)中顯著性較強(qiáng)的基因關(guān)聯(lián)信息,并且同時(shí)包含正、負(fù)關(guān)聯(lián)信息。
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP311.13

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本文編號(hào)：2590078