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论文研究-基于角度离散化的基因调控网络定性分析 .pdf 评分

基于角度离散化的基因调控网络定性分析,刘庆峰,,基因调控网络的分析有一个假设,即时间序列表达值变化趋势相似的两个基因可能存在调控关系。因此,对基因表达数据进行角度离散化
取国科技论文在线 表离散状态与基因表达值变化关系 变化程度 中等 中等 强 变化趋势 分析方法 通过式离散化后得到的类离散状态,反映了相邻三个基因表达值的变化趋势和 程度。对任意两个基因、,将角度离散化得到的数据作差,然后利用相关频率方法进 行定性分析。 去除矩阵 中含有未知元素的列,令 ,则中可能的元素为 共类。在这类元素中,整数表示 两个基因的变化趋势相似,记行向量有个元素,整数值的个数为,去除±的整数值个 数为。±反应的调控关系程度比较弱,当 时,基因、存在调控关系。采用 无法判断出是否存在调控关系时,当 也视基因 存在调控关系。否则,基因 无调控关系 实验数据及仿真分析 实验数据集 实验数据集选择斯坦福大学 等提供的酵丹细胞基因芯片数据,从中提取 个基因数据如表所示 表所选基因及其在酵母数据集中的条日 基因 数据集因 数据集基因 数据集 从 中获得的个基因调控结构图如图所小 Far Cc 2s Cd d 4 28 Cd 20 个基因构成的调控网终结构 取国科技论文在线 当细胞准备开始分裂时进入期,和 联合激活和等基因。经 过一系列的相互作用最终激活基因,从而使细胞进入期,促进的合成。 的信号途径激活基因,经过、等基因从而激活基因,构成了整个调控 网络。 数据仿真处理 在个基因构成的调控网络数据集中存在缺失值,采用三次样条插值法弥补缺失值, 记处理后的数据集为矩阵。 首先,采用本文提出的角度离散化方法对进行仿真分析。分析流程为 将矩阵角度化,得到角度化矩阵 确定两个门限值,然后对矩阵进行离散化,得到能反映时间序列基因表达值变 化趋势和程度的离散化矩阵。 采用作差和相关频率方法对矩阵进行分析,得岀基因调控网终的定性分析结果 角度离散化的方法需要先桷定参数λ值,λ通过对第·个门限值的影响,从而影响到 整体的离散化结果。λ越大,则第一个门限值越小,导致不能很好地区分变化程度“强”和 中等”的状态;λ过小会导致无法得到值为的离散状态。因此,实验中将元的值设为 。得到角度离散化的矩阵后,依次分析基因和基因;基因和基因 之间 的调控关系,得出结果。 其次,本文用非线性秩相关系数对矩阵做仿真,最后与文献中采用的贝叶斯网络 布尔网络方法做对比。 采用非线性 秩相关系数法对进行分析, 秩相关系数表示为 其中,表示:任意两个基因和,时问序列表达值内同一时刻对应元素秩的差值。 为总时间点数 ∈[],|越大,则和的相关程度越高 仿真结果及分析 个棊因构成的调控网络中,一共有对基因存在凋控关系。仿真结果如表所示 表不同方法的仿真结果 方法 正确对错误对遗漏对 秋相关系数 贝叶斯网 布尔网 角度离散化 采用 秩相关系数进行仿真分析时,理论上,相关系数的绝对值大」,才 能确定两个基因间存在强的相关性。试验中,如果基因和满足 ≥目可认为两 基因间存在调控关系。在降低了条件的情况下,秩相关系数法仍然无法对个基因组成的 调控网络进行定性分析。 利用贝叶斯网络和布尔网络方法对基因调控网络进行分析时,事先知道了调控网终的框 取国科技论文在线 架,该框架有对基因存在调控关系。因此,贝叶斯网终和布尔网络在进行仿真前,已纾正 确获得了对存在调控关系的基因。在这科情况下,两科方法正确辨別出存在调控关系的基 因对数目分别为和 本文提出的角度离散化方法确辨别存在调控关系的基因对数日为,多于贝叶斯网 终和布尔网络方法的分析结果。然而,角度离散化方法错误辨别存在调控关系的基因对数目 比其他三种方法多。从总伓来看,木文提出的角度离散化方法,在定性分析基因调控网络时 优于秩相关系数法和贝叶斯网络方法。虽然角度离散化方法错误辨别存在调控关系的基因对 数目比布尔网络的多,但布尔网络事先正确获得了对存在调控关系的基因,因此角度离散 化方法不比布尔网络在定性分析基因调控网络方面差。 无论是用秩相关系数法、贝叶斯网终、布尔网终,还是用角度离散化的方法对基因调控 网络进行定性分析,都得不到十分理想的结果。主要原因有以点 基因表达谱数据存在数据缺失,刈这部分数据的处玛影响了调控网终的分析。 基因调控网络分析的前提假设并不是适合所有的调搾网络,前提假设没有很明确的 生物学意义。 基因表达谱数据存在时间延迟 4结论 对基因调控网终的定性分析,从前提假设着手,将基因表达数据进行角度离散化。离散 化后的类状态不仅反映了基因表达值的变化趋势,还反映了变化程度。通过作差和相关频 率法,辨别出存在调控关系的基因。角度离散化定性分析方法获得了比其他几种方法更好的 效果,但结果仍然不是十分理想。如何充分结合生物学意义,建立基因调控网络模型成为了 个研究方冋。在今后的研究中,利用能史好的反映基因调控闷络特性的微分方程枃建定量 分析模型,通过优化方法获得模型参数,进而更好的分析基因调控网终。 参考文献 张妤邓志东孙欣等基于动态 网终的基因调控网络建模清华大学学报自然科学版 张国伟邵世煌张颎等布尔基因网络及其硏究东华人学学报白然科学版 应文豪下土同使用稳态系统和粒群优化算法进行基因调控网络推断计算机应用与欤件 蒋炜彭新一周育人基于改进的基因调控网络重构方法计算机工程 取国科技论文在线 刘天飞唐国庆唐强等运用布尔网终模型和贝叶斯网络模型推测基因调控网络的比较研究四川 农业大学学报

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