单基因扰动实验的自适应灰关联聚类算法

为克服单基因扰动实验必须遍历所有实验基因所导致的周期长和成本高的缺点,提出了一个自适应参数的灰关联聚类算法,每次基因扰动实验后通过自适应参数灰关联聚类算法选择下一个实验基因,从而省略不必要的基因扰动实验,得到满意的基因扰动顺序并建立基因调控网络.实验结果表明,该算法能有效地甄别对构建基因调控网络基本没有影响的基因,算法结果令人满意.     

基于传输互表达的基因表达数据聚类分析

针对基因表达数据基于表达相似的聚类分析并不能完全揭示基因之间的功能相似问题,结合基因的传输互表达关系,提出基于传输互表达的聚类分析方法。首先用基因的表达相关来构建基因相关图,然后通过最短路分析来获得基因之间传输互表达关系并作为基因的相似测度,再用k-均值聚类算法进行聚类分析。对Yeast基因表达数据进行聚类实验,并与基于表达相似的聚类结果对比。实验结果表明,基于传输互表达的聚类方法能获得更好的聚类性能和较高的聚类正确率,验证基于传输互表达的基因聚类更能揭示基因相似的本质。     

胃癌模糊基因调控网络的构建

基因调控网络的研究是以系统的观点为出发点,从基因之间相互作用的角度揭示复杂的生命现象.生命体通过调节差异基因表达来控制其生长、遗传和变异行为.差异表达基因之间的相互作用是构建基因调控网络的纽带,网络中差异表达的基因可以揭示与癌症相关基因的信息.基因网络模型为深入理解生命本质提供了有益的参考,本文提出了一种新颖的方法来预测基因调控网络,即将模糊理论引入基因网络的构建中,阐述了模糊理论基因调控网络建模的机理并初步建立了胃癌模糊基因调控网络,对研究胃癌的发生和发展机理有重要的理论意义和应用价值.     

利用连通分支对基因表示数据的聚类算法

在生命科学中,需要对物种及基因进行分类,以获得对种群固有结构的认识。利用数据聚类方法,有效地辨别／识别基因表示数据的模式,对它们进行分类。将特征相似性大的归为一类,特征相异性大的归为不同类。这对于研究基因的结构、功能、以及不同种类基因之间的关系都具有重要意义。利用图论的方法对分子生物学中基因表示数据进行初始聚类,然后再结合别的算法,如K－近邻自学习聚类算法或基于中心点的自学习聚类算法,对其进一步求精。对于某种聚类判别准则,能够产生全局最优簇。最后对算法进行了分析和讨论,并用模拟数据进行了实验验证。     

构建时延基因调控网络的多数据源融合算法

为了进一步提高基因调控网络构建的精确度,提出一种基于多数据源融合的时延基因调控网络构建算法.该算法基于递归模糊神经网络模型,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.在网络结构学习阶段,使用离散多目标粒子群优化(discrete multi-objective particle swarm optimization,dMOPSO)算法实现从时序基因表达数据和CHIP-chip数据共同构建基因调控网络.人工模拟数据和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出潜在的调控基因,从而更加精确地构建基因调控网络.     

基于布尔网络模型的乳腺癌基因调控网络的研究

目的:采用布尔网络技术构建和分析乳腺癌基因调控网络。方法:收集已知乳腺癌相关的基因及其调控关系并可视化,通过拓扑结构分析分解网络,根据基因之间的调控关系制定布尔规则。网络的初始态用布尔规则的方法进行演化,得到的主要吸引子对应健康状态。对网络中输出影响大的关键基因分别进行敲除,模拟基因突变,分析新网络的吸引子变化。结果:关键基因被敲除后,网络的吸引子均有不同程度地向癌变方向发展。结论:布尔网络模型能够有效模拟乳腺癌的动态基因调控过程。     

最小生成树用于基因表示数据的聚类算法

在生物学研究中，需要对植物和动物分类，对基因进行分类，以获得对种群固有结构的认识．使用聚类分析方法，有效地鉴别基因表示数据的模式，将它们分组成为由类似对象组成的多个类，对研究基因的结构、功能以及不同种类基因之间的关系都具有重要意义．将图论的最小生成树理论引入分子生物学中基因表示数据的聚类分析方法，设计了生成树的表示和基于最小生成树的聚类算法，证明了该方法对于一些准则函数能够产生全局最优簇，并根据实验结果对算法进行了讨论和评价．     

模糊基因网络的构建*

提出了一种新颖的方法来预测基因调控网络,即将模糊理论引入基因网络的构建。详细阐述了利用模糊理论为基因调控网络建模的机理,并初步建立了模糊基因网络,对进一步理解肿瘤与癌症的发生和发展机理有重要的借鉴意义。     

融合粒子群优化和遗传算法的基因调控网络构建

MicroRNA（miRNA）是一类大小为21~25 nt的内源性非编码小核糖核酸（RNA）,通过与mRNA的3’-UTR互补结合,导致mRNA降解或翻译抑制来调控编码基因的表达。为了提高构建基因调控网络的准确度,提出一种基于粗糙集、融合粒子群（PSO）和遗传算法（GA）的基因调控网络构建方法（PSO-GA-RS）。该方法首先通过对序列信息进行特征提取;然后采用粗糙集的依赖度作为适应度函数,融合粒子群和遗传算法选出较优的特征子集;最后使用支持向量机（SVM）建立模型,预测未知的调控关系。在拟南芥数据集上进行实验,相比基于粗糙集和粒子群优化的特征选择方法和Rosetta算法,所提方法的预测准确率、F值和受试者工作特征（ROC）曲线面积最多能提高5%,在水稻数据集上最多能提高8%。实验结果表明所提方法能够比较准确地预测miRNA和靶基因之间的调控关系。     

动态基因调控网演化分析

动态基因调控网是展现生物体内基因与基因之间相互关系随时间变化而变化的动力学行为的复杂网络.这种相互作用关系可以分为两类：激励和抑制.对动态基因调控网网络演化的研究,可以预测未来时刻生物体内的基因调控关系,从而在疾病预测和诊断、药物开发、生物学实验等领域起到重要的指导和辅助作用.现实世界中,动态基因调控网的网络演化是一个复杂而巨大的系统,当前,对于其演化机制的研究存在只关注静态网络而忽略动态网络和只关注相互作用关系而忽略相互作用类型的缺陷.针对上述问题,提出了一种动态基因调控网演化分析方法（dynamic gene regulatory network evolution analyzing method,简称DGNE）,将研究扩展到了动态带符号网络领域.通过该方法包含的基于模体转换概率的连边预测算法（link prediction algorithm based on motif transfer probability,简称MT）和基于隐空间特征的符号判别算法,能够动态地捕捉基因调控网的演化机制,并准确地预测未来时刻基因调控网的连边情况.实验结果表明,DGNE方法在仿真数据集和真实数据集上均有良好的表现.     

折棍变分贝叶斯图像分割算法

为提高图像分割的抗噪鲁棒性并解决分割数目的自适应确定问题,通过在聚类标签先验概率的折棍构造过程中建立Markov随机场,将空间相关性约束引入Dirichlet过程混合模型的概率建模,使聚类的空间平滑性得以增强,并采用变分推断方法获得聚类标签的收敛解析解,提出一种基于折棍变分贝叶斯推断的图像分割算法,实现了对像素聚类标签和分割数目的同步自适应学习,避免了传统方法中因引入空间相关性约束而出现的计算复杂问题.基于Berkeley BSD500图像测试数据集的数值实验结果表明,该算法具有比现有的混合模型聚类图像分割算法更高的PRI值,且在低于0.1的噪声方差条件下表现出了更优的抗噪鲁棒性.     

基于改进K-means++聚类的多扩展目标跟踪算法

针对多扩展目标跟踪过程中量测集划分准确度低和计算量大的问题,提出一种基于改进K-means++聚类划分的高斯混合假设密度强度多扩展目标跟踪算法。首先,根据下一时刻目标可能变化的情况缩小K值的遍历范围;其次,利用目标预测状态选择初始聚类中心点,为正确划分量测集提供依据,从而提高聚类算法的精度;最后,将所提改进K-means++聚类划分方法应用到高斯混合概率假设滤波器中,联合估计多目标的个数和状态。仿真实验结果表明：与基于距离划分和基于K-means++的多扩展目标跟踪算法相比,该算法在平均跟踪时间上分别减小了59.16%和53.25%,同时其最优子模式指派度量（OSPA）远小于以上两种算法。综上,该算法能在大幅度降低计算复杂度的同时取得比现有量测集划分方法更为优异的跟踪性能。     

基于因果影响独立模型的贝叶斯网络参数学习

基于因果影响独立模型及其中形成的特定上下文独立关系,提出一种适于样本学习的贝叶斯网络参数学习算法。该算法在对局部概率模型降维分解的基础上,通过单父节点条件下的子节点概率分布来合成局部结构的条件概率分布,参数定义复杂度较低且能较好地处理稀疏结构样本集。实验结果表明,该算法与标准最大似然估计算法相比,能充分利用样本信息,具有较好的学习精度。     

一种基于CDC的适用于高维数据的因果推断算法

一对观测变量之间的因果关系的推断是科学中的基本问题,基于观测数据分析提出因果关系的方法对于产生假设和加速科学发现具有实用价值。利用传统的因果推断算法从高维数据中学习因果网络结构和提高学习准确率是目前研究的难点。在引入耦合相关系数(copula dependence coefficient,CDC)的基础上,提出了一种适用于高维数据的两步骤因果推断算法。首先该算法利用优于最大信息系数的CDC对变量间的关联度进行检测,寻找目标节点的父子节点集;然后使用非线性最小二乘独立回归算法,为图中的目标节点与其父子节点之间标注因果方向;最后迭代所有的节点完成完整的因果网络结构。实验结果表明,该算法提高了高维数据下因果网络结构学习的准确率。同时在大样本数据集中,该算法的时间复杂度优于传统算法,对异常值具有鲁棒性。     

结合谱聚类的标记分布学习

标记分布是一种新的学习范式,现有算法大多数直接使用条件概率建立参数模型,未充分考虑样本之间的相关性,导致计算复杂度增大。基于此,引入谱聚类算法,通过样本之间相似性关系将聚类问题转化为图的全局最优划分问题,进而提出一种结合谱聚类的标记分布学习算法（label distribution learning with spectral clustering,SC-LDL）。首先,计算样本相似度矩阵;然后,对矩阵进行拉普拉斯变换,构造特征向量空间;最后,通过K-means算法对数据进行聚类建立参数模型,预测未知样本的标记分布。与现有算法在多个数据集上的实验表明,本算法优于多个对比算法,统计假设检验进一步说明算法的有效性和优越性。     

Feature clustering based support vector machine recursive feature elimination for gene selection

In a DNA microarray dataset, gene expression data often has a huge number of features(which are referred to as genes) versus a small size of samples. With the development of DNA microarray technology, the number of dimensions increases even faster than before, which could lead to the problem of the curse of dimensionality. To get good classification performance, it is necessary to preprocess the gene expression data. Support vector machine recursive feature elimination (SVM-RFE) is a classical method for gene selection. However, SVM-RFE suffers from high computational complexity. To remedy it, this paper enhances SVM-RFE for gene selection by incorporating feature clustering, called feature clustering SVM-RFE (FCSVM-RFE). The proposed method first performs gene selection roughly and then ranks the selected genes. First, a clustering algorithm is used to cluster genes into gene groups, in each which genes have similar expression profile. Then, a representative gene is found to represent a gene group. By doing so, we can obtain a representative gene set. Then, SVM-RFE is applied to rank these representative genes. FCSVM-RFE can reduce the computational complexity and the redundancy among genes. Experiments on seven public gene expression datasets show that FCSVM-RFE can achieve a better classification performance and lower computational complexity when compared with the state-the-art-of methods, such as SVM-RFE.     

用并行计算从基因表达数据构建大规模基因调控网络

为解决大规模基因调控网络构建算法精度不高、计算时间过长的问题,提出一种从基因表达数据分析出发,并行计算和阈值限定相结合的新算法来构建大规模基因调控网络。该算法中基因间交互强度值采用条件互信息值度量,并行计算采用GPU与CPU相结合的CUDA与OpenMP架构。综合数据集的运行结果证明该算法较新的构建算法（如贝叶斯模型算法和微分方程模型算法）相比,在构建大规模基因调控网络时有更高的运算精度和更短的运行时间。     

基于RBF 神经网络的低对比度图像自适应增强算法

针对低对比度图像增强问题,提出了一种将直方图修正与RBF 神经网络相结合的 图像对比度增强算法。首先由原始图像获得与其邻域存在对比度的像素的条件概率直方图,通 过调整两个增强参数可以改变条件概率直方图和均匀分布直方图的权重,生成新的直方图对图 像进行增强。采用RBF 神经网络建立图像特征与两个增强参数之间的非线性映射关系。根据图 像本身的特征快速获得增强参数,从而实现图像的自适应增强。该方法计算量小,实时性强, 应用范围广,有较强的自适应性。     

基于联系度的主题关注网络社区发现方法研究

目前,以兴趣或主题分享等为目的的兴趣型社交网络则引领着社交网络改革的浪潮。融合社交关系和兴趣爱好关系构建一个新型社交网络模型--主题关注模型。在此模型基础上,采用集对联系度刻画顶点间相似性度量指标,该度量方法可以更好地刻画网络结构特征,提高传统局部相似性度量指标对某些顶点间相似性值的计算精度,降低全局相似性度量指标的计算复杂度。综合考虑主题影响和社交关系,将集对联系度与凝聚型聚类算法相结合,提出一种新的主题社区发现方法。在Karate网络和豆瓣数据集上进行主题社区发现,实验结果表明,考虑主题影响的划分具有更好的社区结构。     

基于网络舆情的K-Means算法的改进研究

传统的K-Means聚类算法只能保证收敛到局部最优,从而导致聚类结果对初始代表点的选择非常敏感;凝聚层次聚类虽无需选择初始的聚类中心,但计算复杂度较高,而且凝聚过程不可逆。结合网络舆情的特点,深入剖析了K-Means聚类算法和凝聚层次聚类算法的优缺点,对K-Means聚类算法进行改进。改进后算法的核心思想是,结合两种算法分别在初始点选择和聚类过程两个方面的优势,进行整合优化。通过实验分析及实际应用表明,改进后的文本聚类算法在很大程度上可以提高网络舆情信息聚类结果的准确性、有效性以及算法的效率。