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《天津大学》 2004年
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并行遗传算法在生物序列比对中的应用研究

魏静  
【摘要】:序列比对是生物信息研究的基础和前提,它为蛋白质结构和功能预测、系统发育树的建立、新药物设计等许多生物研究提供了有用的信息。但此问题至今仍是计算分子生物学中尚未解决的一个难题,已经证明多序列比对问题是一个NP-Complete问题。这是一个极富有挑战性的工作。 国内外现有的算法大致可以分为三大类:同步法、步进法和迭代法。它们都存在一些问题,例如:同步法只能比对8条之内的序列,步进法有时会陷入局部最优解,迭代法运算速度很慢等等。 Needleman-Wunsch算法是同步法中计算两条序列间最佳比对的经典算法,在迭代法中遗传算法能很好地搜索全局最优解。本文将Needleman-Wunsch算法和遗传算法有机结合应用于多序列比对,来提高多序列比对的运算精度和计算速度。新算法采用新的编码方法,使其能适应各种长度各种大小的序列比对;随机产生初始种群以确保在整个解空间内搜索求解;在交叉算子中选择父代中适应值高的子片段组成子代,保证产生更优的子代;在变异算子中引进了Needleman-Wunsch算法,加速局部搜索,提高遗传算法的收敛速度,并根据比对序列的长度,动态地进行多点交叉和多点变异,从而缩短了进化过程,提高了运算速度。并行化时采用异步通信,减少了进程之间的等待时间,克服了传统的同步通信造成主进程的瓶颈问题,从而进一步提高了运算速度,确保能更好更快地找到最优比对。 最后,本文进行了一系列数据测试,实验结果证明本算法在多序列比对求解速度上明显优于现有的迭代法;除个别序列外,精度上明显优于步进法。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TP399

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 徐小俊;群智能优化算法在多序列比对中的应用[D];陕西师范大学;2011年
2 郭俊恩;蚁群遗传算法在序列比对中的应用[D];江南大学;2008年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 尚彤,张丹,卢铭;生物信息学概述[J];北京大学学报(医学版);2001年01期
2 吴浩扬,常炳国,朱长纯,刘君华;基于模拟退火机制的多种群并行遗传算法[J];软件学报;2000年03期
3 侯广坤,骆江鹏;一种理想并行遗传算法模型[J];软件学报;1999年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李凯;田双亮;耿丽君;;基于BP神经网络的入侵检测系统的特征选择[J];长春大学学报;2009年06期
3 董跃武 ,黄凯东,勾学荣;遗传算法与试题库自动组卷[J];中国远程教育;2002年08期
4 路飞,田国会;用多种群并行自适应遗传算法求解多机多阶段Flowshop提前/拖期调度问题[J];电工技术学报;2005年04期
5 路飞,田国会,贾磊;用多种群并行自适应遗传算法解混合Flowshop调度问题[J];电机与控制学报;2002年01期
6 李雄;马修军;王晨星;迪丽娜尔·牙生;柴彦威;;城市居民时空行为序列模式挖掘方法[J];地理与地理信息科学;2009年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 张裕君;赵纯森;;生物信息学及其在植物病理学上的应用[A];湖北省植物病理学会2002年学术年会论文集[C];2002年
3 路飞;田国会;;用自适应遗传算法解混合Flowshop提前/拖期调度问题[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
4 陈宁涛;王能超;施保昌;;生物多序列比对的并行算法[A];2005年全国开放式分布与并行计算学术会议论文集[C];2005年
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6 张勇;刘君华;吴浩扬;陈志平;;基于遗传神经网络的电子鼻在大气环境气体模式识别中的应用[A];中国仪器仪表学会第三届青年学术会议论文集(上)[C];2001年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 龙海侠;进化算法及其在生物信息中的应用[D];江南大学;2010年
2 杨凡;生物序列分析中若干问题的研究[D];电子科技大学;2011年
3 赵斌;生物数学的起源与形成[D];西北大学;2011年
4 李杰;邻域可视性相关的路径规划问题研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 郭华;我国几个典型地区的少足动物调查与系统分类研究[D];南京师范大学;2011年
6 刘红;版纳病毒全基因组序列特征及其分子进化研究[D];中国疾病预防控制中心;2011年
7 王茂奎;基于城乡统筹发展的客运一体化研究[D];西南交通大学;2010年
8 周红;基于de Bruijin图的DNA多序列比对并行算法研究[D];天津大学;2010年
9 郭兰磊;聚合物驱提高原油采收率的动态规划方法研究[D];中国石油大学;2010年
10 李军华;基于知识和多种群进化的遗传算法研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁硕;改进混合遗传算法在免疫入侵检测模型中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
2 孙颖;油桐LFY同源基因的克隆及花芽分化生理基础研究[D];中南林业科技大学;2008年
3 刘巧;油茶蛋白磷酸酶基因的全长cDNA克隆与序列分析[D];中南林业科技大学;2010年
4 苗素超;基于锚点的多基因组序列比对算法[D];西安电子科技大学;2010年
5 李方洁;基于智能算法的DNA序列比对研究[D];山东师范大学;2011年
6 张凤麒;基于轮廓特征定位算法的异形件排样研究[D];吉林大学;2011年
7 王栋慧;基于遗传算法的求解服装供应链协同定价系统的设计与实现[D];华东师范大学;2011年
8 梁佼;七鳃鳗中含LRR基序分子的生物信息学分析及VLR分子进化起源分析[D];辽宁师范大学;2011年
9 刘中华;基于JSP的高校党建管理系统的设计与实现[D];南京信息工程大学;2011年
10 郭强;基于GA的分类规则挖掘技术的研究与应用[D];上海师范大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 尚彤,张丹,卢铭;生物信息学概述[J];北京大学学报(医学版);2001年01期
2 刘雁兵;刘付显;;基于遗传算法的TSP问题求解与仿真[J];电光与控制;2007年04期
3 张宏杰;宗军;励庆孚;;遗传-蚁群混合算法在高温超导匀场磁体优化设计中的应用[J];低温物理学报;2006年03期
4 杜建华;郑世珏;;基于并行遗传蚁群算法的组播路由调度算法[J];电子测量技术;2007年04期
5 林敏;;蛋白质序列比对算法的研究[J];福建电脑;2010年01期
6 陈晓梅;;蚁群算法的原理及其改进[J];广东技术师范学院学报;2006年04期
7 唐穗欣;;标准遗传算法的原理及算例[J];软件导刊;2007年01期
8 叶志伟;;一种基于蚁群算法和C-Means算法的图像分割方法[J];软件导刊;2007年13期
9 霍红卫;肖智伟;;基于最大权值路径算法的DNA多序列比对方法[J];软件学报;2007年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁栋;蚁群算法在生物序列比对中的应用[D];西安电子科技大学;2004年
2 张鹏帅;多序列比对优化方法研究[D];西安电子科技大学;2005年
3 林秋利;基于进化算法和量子计算的多序列比对方法研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 宋晓亮;基于量子遗传算法和改进的免疫遗传算法的多序列比对算法研究[D];吉林大学;2007年
5 蒲永华;生物多序列比对算法Kalign's的研究分析[D];电子科技大学;2008年
6 向昌盛;模拟退火遗传算法在生物多序列比对中的应用研究[D];湖南农业大学;2008年
7 陈维洋;蚁群算法和编码理论在序列分析中的应用[D];湖南大学;2009年
8 张忆;基于遗传退火的生物信息学多序列比对算法研究[D];电子科技大学;2009年
9 郭振亚;基于LZ算法的多序列比对方法研究[D];厦门大学;2009年
10 纪文娟;生物同源序列比对算法研究及其实现[D];江南大学;2009年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 符宇波;一种自动SQL注入攻击检测与利用系统的研究实现[D];北京交通大学;2011年
2 王洪海;录井数据访问层中SQL注入检测技术的研究[D];大连海事大学;2011年
3 周琰;SQL注入检测方法的研究与实现[D];西北大学;2011年
4 粱兴开;基于脚本安全的防御技术研究[D];杭州电子科技大学;2012年
5 王永生;基于Web应用的SQL注入攻击入侵检测研究[D];郑州大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 周远晖,陆玉昌,石纯一;基于克服过早收敛的自适应并行遗传算法[J];清华大学学报(自然科学版);1998年03期
2 吴志远,邵惠鹤,吴新余;遗传退火进化算法[J];上海交通大学学报;1997年12期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王芳芳;马志强;王素华;;基于遗传算法的序列比对方法[J];吉林大学学报(信息科学版);2006年04期
2 廖俊,朱世强,林建亚,任德祥;遗传算法在T-S模糊模型辨识中的应用[J];信息与控制;1997年02期
3 刘健庄,谢维信,高新波;一种图象中基元检测的新方法[J];电子与信息学报;1997年02期
4 金耀初;蒋静坪;;基于遗传算法的模糊控制器分析[J];模式识别与人工智能;1997年01期
5 曹先彬;庄镇泉;;一种基于遗传算法的模糊规则生成方法[J];模式识别与人工智能;1997年02期
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7 龙甫荟,郑南宁,张晓缋;基于多层感知遗传算法的图象分割新方法[J];控制理论与应用;1998年02期
8 刘莹,王宝树,马建峰,杨耆董;模糊聚合及遗传算法在多传感器数据融合中的应用[J];电子科技;1998年01期
9 黄海贇,戚飞虎;一种精确标定摄像机的遗传算法方案(英文)[J];红外与毫米波学报;2000年01期
10 徐小力,许宝杰,殷健;采用遗传算法的旋转机组状态趋势预测之探讨[J];机械科学与技术;2000年05期
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4 刘辙;彭亮;崔广才;吴学礼;;混合遗传算法在车间调度中的应用[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年
5 曹春红;李文辉;张永坚;;遗传蚂蚁算法在几何约束求解中的应用[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
6 姜楠;张春森;;遗传算法在图像模板匹配中的应用[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年
7 朱秀娥;周宝焜;;振动筛设计的遗传算法[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
8 何奉道;梁向阳;;基于遗传算法的机车周转图优化编制方法[A];1999年中国神经网络与信号处理学术会议论文集[C];1999年
9 刘忠凯;薛正辉;任武;李伟明;高本庆;;用遗传算法优化八木天线[A];2005'全国微波毫米波会议论文集(第二册)[C];2006年
10 汝勇;杨树强;;遗传算法在历史性约束组合优化问题中的应用[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集(上册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 曙光信息技术(北京)有限公司高性能事业部总经理 赵勇 华大基因研究中心信息服务部总经理 黄小兵;我国生物信息研究进入分水岭[N];中国企业报;2003年
5 杨文斌;我国首家生物信息研究中心成立[N];科技日报;2000年
6 钟伟;生物信息研究计算水平获突破[N];中国教育报;2003年
7 孙文;从生物信息研究看国产高性能计算[N];中国电子报;2003年
8 本报记者 游雪晴;生物信息数据大爆炸引发的研究[N];科技日报;2000年
9 深圳特区报记者 谭大跃 通讯员 刘旭林 梁淡丽;华大基因年内登上“云”端[N];深圳特区报;2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 廖平;基于遗传算法的形状误差计算研究[D];中南大学;2002年
3 周明;高新技术产业投资环境系统研究[D];西北工业大学;2006年
4 张需溥;小型化微带天线的设计与数值分析[D];上海大学;2004年
5 杨春成;空间数据挖掘中聚类分析算法的研究[D];解放军信息工程大学;2004年
6 方娟;基于移动代理的网格资源监控技术的研究[D];北京工业大学;2005年
7 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年
8 张材;薄带坯铸轧板形智能识别与控制系统研究[D];中南大学;2004年
9 田方;遗传算法的改进研究及其在压缩机性能分析与优化中的应用[D];东北大学;2006年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏静;并行遗传算法在生物序列比对中的应用研究[D];天津大学;2004年
2 王博;退火进化算法在生物序列比对中的应用研究[D];大连理工大学;2006年
3 朱奉梅;遗传算法在高校排课系统中的研究与应用[D];东北大学;2009年
4 王素华;基于遗传模拟退火算法的生物信息学双序列比对方法研究[D];东北师范大学;2006年
5 孙晓丽;基于遗传算法的既有线平面及纵断面整正优化设计[D];中南大学;2010年
6 冯秋霞;解最小生成树问题的新的遗传算法[D];西安电子科技大学;2010年
7 郭佳;基于遗传算法的认知无线网络资源分配技术研究[D];西安电子科技大学;2010年
8 宋品;基于改进遗传算法的波束形成技术研究及其应用[D];西安电子科技大学;2010年
9 梁云静;基于遗传算法的主题爬虫搜索策略研究[D];湖北工业大学;2010年
10 高建兵;基于遗传算法的模糊推理控制系统的参数优化研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
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