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《哈尔滨工程大学》 2010年
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基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究

孙鹏飞  
【摘要】:生物信息学是在生物科学的研究过程中,以计算机为工具对海量生物数据进行存储、检索与解析的科学,通过对生物学实验数据的存储利用及信息挖掘,达到揭示这些数据背后所蕴含的生物学知识的目的。蛋白质的生物学功能与其空间结构有着密切的关系,因此掌握蛋白质的空间结构信息对于研究蛋白质的功能及其作用机理具有重要意义。然而由于目前用于测定蛋白质结构的生物学试验方法存在代价高、速度慢等缺点,因此开发理论层面上的蛋白质结构预测方法势在必行。本文以现代计算智能技术为基础,对蛋白质空间结构预测方法进行了较为深入的研究,本文主要从以下几个方面进行了研究与探讨: 针对离散型蛋白质HP格点模型,本文提出了一种融合改进量子遗传算法及局部搜索策略的蛋白质HP格点模型预测方法。该方法在传统的量子遗传算法基础上引入动态调整量子门旋转角步长机制用来提高算法的优化性能,并且按照一定规则对量子遗传算法的优化结果进行局部结构变换,这种结构变换只需通过移动较少的节点就可以实现,实验表明该方法能够有效改善算法的优化结果。 针对连续型蛋白质HP非格点模型,本文提出了一种融合改进模拟退火算法与序列二次规划法的预测策略。将序列二次规划法加入具有回火功能的模拟退火算法中,利用其局部最优化的能力对由模拟退火算法求得的优化结果进行二次优化,进而求得全局最优化结果,并且针对不同的优化过程分别设计了不同的扰动方式。实验结果表明,该方法能够有效提高蛋白质HP非格点模型的优化结果。 针对蛋白质填充结构,本文提出了一种基于样本选择的蛋白质填充结构预测方法,该方法首先根据蛋白质填充结构定义从立体结构已知的蛋白质中抽取用于分类学习的样本集并对其进行编码,然后基于信息粒度理论运用聚类分析的方法将编码后的训练样本划分为若干类别,进而使用最近邻算法从分类后的初始训练样本集中选择最具有代表性的样本作为分类器的训练样本,构建蛋白质填充结构预测模型。实验结果表明,该方法能够有效提高蛋白质填充结构的预测精度。 针对蛋白质二硫键结构,本文提出了一种基于分类器融合技术的蛋白质二硫键结构预测方法。该方法基于FDOD函数、蛋白质氨基酸序列以及蛋白质生物化学属性,采用不同的编码方式分别设计了三种不同的蛋白质二硫键结构分类器,然后依据多分类器融合理论,对它们进行分类器融合,获得最终的蛋白质二硫键结构预测结果。实验结果表明,该方法能够有效的提高蛋白质二硫键结构的预测精度。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:Q51;TP18

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张睿;黄晋英;张永梅;;计算智能方法及应用研究[J];电脑开发与应用;2012年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 许静茹;基于计算智能算法的蛋白质温热性识别研究[D];济南大学;2012年
2 杨辉;GPU加速的并行模拟退火算法及其在蛋白质结构预测中的应用[D];福建农林大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 钟义信;;人工智能理论:从分立到统一的奥秘[J];北京邮电大学学报;2006年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 靳利霞;蛋白质结构预测方法研究[D];大连理工大学;2002年
2 杨燕;基于计算智能的聚类组合算法研究[D];西南交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 曲娟;同源寡聚蛋白质的信息熵分类方法[D];大连理工大学;2006年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 邓建斌;叶洪江;;基于混沌遗传算法的配电网无功补偿优化[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2006年03期
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9 梁瑞鑫,郑德玲;基于区间套混沌搜索的混合优化方法[J];北京科技大学学报;2002年03期
10 郭兴众;马健;;一类二层多目标规划的混沌遗传优化算法及其应用[J];北京科技大学学报;2006年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑婷婷;毛军军;吴涛;宋杰;;多重分形和商空间理论在蛋白质结构类分析中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 刘羿彤;付梦印;高宏斌;;一种改进的PSO算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 白凤双;杨尚宝;涂序彦;白龙飞;;机制主义下控制系统的拟人特性[A];2006年首届ICT大会信息、知识、智能及其转换理论第一次高峰论坛会议论文集[C];2006年
5 陈婕;;量子计算机与公钥密码体制[A];中国电子学会第十七届信息论学术年会论文集[C];2010年
6 杨歆;刘晓云;;一种基于单纯形法的混沌优化算法[A];中国自动化学会、中国仪器仪表学会2004年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2004年
7 黄红兵;蒋望东;;二维不规则零件排样问题的研究[A];广西计算机学会2004年学术年会论文集[C];2004年
8 蒋充;王振雷;钱锋;;模糊规则优化方法综述[A];全国先进制造技术高层论坛暨制造业自动化、信息化技术研讨会论文集[C];2005年
9 宋亮;张剑;王先明;温继敏;陈海波;姚端正;蒋昌忠;;人工神经网络预测蛋白质结构的探讨[A];湖北省物理学会、武汉物理学会成立70周年庆典暨2002年学术年会论文集[C];2002年
10 冯春;谢进;李柏林;陈永;;混沌优化算法的研究[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 李桃迎;交通领域中的聚类分析方法研究[D];大连海事大学;2010年
4 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
5 高山;蛋白质点突变效果预测与突变数据库研究[D];南开大学;2010年
6 周红军;芳烃型连续重整集总反应动力学模型研究[D];华东理工大学;2011年
7 高贯斌;关节臂式坐标测量机自标定方法与误差补偿研究[D];浙江大学;2010年
8 韩瑞丽;鸡visfatin和PRDM16基因遗传变异及其效应与表达研究[D];西北农林科技大学;2010年
9 梁朝霞;基于生物网络的下一代网络电信业务平台研究[D];东华大学;2010年
10 沈懿珍;基于协同智能的蛋白质相互作用及其网络研究[D];东华大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓君;硫化钠法相转移催化合成仲丁基二硫醚研究[D];郑州大学;2010年
2 关西贞;小麦抗白粉病近等基因系的差异蛋白质组学研究[D];山东农业大学;2010年
3 刘振广;一种改进的k_means聚类算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王爽;基于混沌优化的PID控制器参数调整[D];大连理工大学;2010年
5 兰任;基于并行混合粒子群算法的蛋白质结构预测[D];大连理工大学;2010年
6 柳凤娟;板坯库入库计划模型与算法研究及应用[D];大连理工大学;2010年
7 王峰;基于遗传算法的认知无线电决策引擎研究[D];大连理工大学;2010年
8 张磊;人类复杂疾病基因编码区碱基突变特征分析[D];辽宁师范大学;2010年
9 赵阳;蒺藜苜蓿全基因组NBS类型抗病基因及其进化分析[D];安徽农业大学;2010年
10 王维维;玉米全基因组中FKBP基因进化及其表达分析[D];安徽农业大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李绍新;张延娇;;改进的遗传算法在蛋白质结构预测中的应用[J];华南师范大学学报(自然科学版);2009年01期
2 张云峰,罗玉明,王新风;嗜热蛋白酶的研究与应用[J];淮阴师范学院学报(自然科学版);2003年03期
3 刘波;蒙培生;;采用基于模拟退火的蚁群算法求解旅行商问题[J];华中科技大学学报(自然科学版);2009年11期
4 张庆科;杨波;王琳;朱福祥;;基于GPU的现代并行优化算法[J];计算机科学;2012年04期
5 陈凤飞;黄文奇;;蛋白质HP模型的改进和PERM算法求解[J];计算机仿真;2007年05期
6 Heitor Silverio Lopes;Reginaldo Bitello;;A Differential Evolution Approach for Protein Folding Using a Lattice Model[J];Journal of Computer Science & Technology;2007年06期
7 胡风新;郭红瑾;孙运芳;;免疫算法理论及应用研究[J];计算机与数字工程;2009年07期
8 韩敏;林丽玉;;基于神经网络集成的蛋白质二级结构预测模型[J];计算机与应用化学;2006年10期
9 丁彦蕊;蔡宇杰;须文波;;氢键与蛋白质耐热性关系的研究[J];计算机与应用化学;2007年05期
10 李成渊;丁颜蕊;须文波;;基于多层量子粒子群优化算法和Toy模型的蛋白质结构预测研究[J];计算机与应用化学;2010年11期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 高山;蛋白质点突变效果预测与突变数据库研究[D];南开大学;2010年
2 刘君;融合计算智能的蛋白质结构预测研究[D];重庆大学;2011年
3 唐滔;面向CPU-GPU异构并行系统的编程模型与编译优化关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年
4 谷俊峰;蛋白质结构预测中几个关键问题的研究[D];大连理工大学;2009年
5 白洪涛;基于GPU的高性能并行算法研究[D];吉林大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 高浩;适应度估算遗传算法及其应用[D];吉林大学;2011年
2 孙兴玉;基于氨基酸序列的蛋白质结构功能预测方法研究[D];南昌大学;2011年
3 周鹏;神经网络集成算法研究及在基因表达数据分析中的应用[D];华中科技大学;2004年
4 吴鹏;基于语法引导遗传编程的神经树的研究与应用[D];济南大学;2007年
5 康凯;基于核函数的集成学习算法研究与应用[D];山东师范大学;2009年
6 贾光峰;基于多表达式编程的神经网络自动优化方法及其应用研究[D];济南大学;2009年
7 张正阳;基于机器学习法的酶耐热性影响因素的研究[D];江南大学;2009年
8 赵永;计算智能及其在无线传感器网络优化中的应用[D];海南大学;2010年
9 蔡娜娜;基于计算智能的蛋白质三级结构预测[D];济南大学;2010年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 谭立云;刘海生;谭龙;;逐步线性回归与神经网络预测的算法对比分析[J];华北科技学院学报;2014年05期
2 傅留虎;张睿;张悦;;Kalman滤波和BP网络在齿轮箱故障诊断中的应用[J];机械工程与自动化;2014年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张睿;基于ICA的工作模态参数识别及故障诊断方法研究[D];中北大学;2014年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张正新;虞红芳;王晟;徐世中;姚锐;;模拟退火算法解决静态受限路由问题的研究[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年01期
2 陈华根,吴健生,王家林;改进的重力模拟退火反演研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2002年03期
3 秦鸿;基于Web的数据挖掘[J];电子科技大学学报;2002年S1期
4 郭伟斌,唐焕文,马占新;神经网络预测系统中的输入输出指标研究[J];大连理工大学学报;1999年04期
5 刁勤华,默哈莫德·夏班,倪以信;运用连续二次规划法计算区域间极限传输容量[J];电力系统自动化;2000年24期
6 潘哲龙,张伯明,孙宏斌,程亮;分布计算的遗传算法在无功优化中的应用[J];电力系统自动化;2001年12期
7 行小帅,焦李成;数据挖掘的聚类方法[J];电路与系统学报;2003年01期
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9 彭喜元,彭宇,戴毓丰;群智能理论及应用[J];电子学报;2003年S1期
10 杨俊安,庄镇泉,史亮;多宇宙并行量子遗传算法[J];电子学报;2004年06期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 靳利霞;唐焕文;;基于能量极小化的蛋白质结构预测[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(上卷)[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 靳利霞;蛋白质结构预测方法研究[D];大连理工大学;2002年
2 王海军;面向大规模定制的产品模块化若干设计方法研究[D];大连理工大学;2005年
3 宋杰;生物信息数据挖掘中的若干方法及其应用研究[D];大连理工大学;2005年
4 张绍武;基于支持向量机的蛋白质分类研究[D];西北工业大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 张昭涛;数据挖掘聚类算法研究[D];西南交通大学;2005年
2 江永全;Web文档聚类系统的设计与实现[D];西南交通大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾志平,王勇献,凌君,刘昆;蛋白质二级结构预测中的HMM及I/O HMM方法研究[J];电脑与信息技术;2002年05期
2 姚志萍,朱德煦,毕汝昌;尿胰蛋白酶抑制剂的空间结构预测[J];科学通报;1996年17期
3 殷志祥,张家秀;神经网络在蛋白质结构预测中的应用[J];中国科技信息;2005年11期
4 崔光照,朱永锋,黄布毅,许进;基于联合残基力场的蛋白质能量优化[J];生物信息学;2005年03期
5 王勇献,王正华,张振慧;蛋白质结构预测算法的评估[J];计算机工程与科学;2005年08期
6 王志新;;Levinthal佯谬到蛋白质结构预测[J];黄石理工学院学报;2006年01期
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8 郭雨珍;冯恩民;;蛋白质结构研究现状与展望[J];生物信息学;2007年04期
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10 孙啸;生物信息学——揭示生物分子数据的内涵[J];电子商务;1998年11期
中国重要会议论文全文数据库 前7条
1 吴爱平;田丽青;胡云;曹洋;苗智超;蒋太交;;蛋白质结构预测平台TJ_Jiang及其在CASP8中的表现[A];第十一次中国生物物理学术大会暨第九届全国会员代表大会摘要集[C];2009年
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3 过涛;孙之荣;;膜蛋白跨膜区段序列分析和预测[A];第七届全国生物膜学术讨论会论文摘要汇编[C];1999年
4 靳利霞;唐焕文;;基于能量极小化的蛋白质结构预测[A];中国运筹学会第六届学术交流会论文集(上卷)[C];2000年
5 胡秀珍;黄延昭;肖奕;;密码子上下文关联与蛋白质结构[A];第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集[C];2002年
6 王志新;;自然界中究竟有多少种蛋白质折叠类型[A];生命科学与生物技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
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中国重要报纸全文数据库 前7条
1 中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室 王志珍;蛋白质的折叠:破译“第二遗传密码”[N];科技日报;2001年
2 记者 李大庆;我科学家在全球蛋白结构预测比赛中喜获佳绩[N];科技日报;2010年
3 中科院生物学部 张春霆;对生物信息学的展望[N];北京科技报;2000年
4 陈志楠;挖掘“不为人知的艺术”[N];科技日报;2009年
5 王雪飞 吴黎;中国生物信息学研究快速发展[N];健康报;2002年
6 春晓;国外生物信息学的发展与现状[N];中国医药报;2002年
7 本报记者何世文;他们在解密第二遗传密码[N];科技日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗亮;蛋白质结构预测模型研究[D];华中科技大学;2010年
2 黄旭;从头预测蛋白质结构元启发方法研究[D];苏州大学;2011年
3 孙鹏飞;基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 靳利霞;蛋白质结构预测方法研究[D];大连理工大学;2002年
5 熊正大;链式几何结构的拟人型优化方法[D];华中科技大学;2011年
6 谷俊峰;蛋白质结构预测中几个关键问题的研究[D];大连理工大学;2009年
7 郭雨珍;蛋白质结构预测和比较的优化研究[D];大连理工大学;2007年
8 欧阳霞辉;拟黑多刺蚁和意大利蜜蜂雌激素相关受体基因的克隆与表达研究[D];陕西师范大学;2007年
9 吕志鹏;蛋白质结构预测的现实求解方法[D];华中科技大学;2007年
10 何洁月;面向蛋白质结构预测的计算生物学技术研究[D];东南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏艳宇;蛋白质结构预测中二面角统计势研究[D];华中师范大学;2012年
2 宁静;蛋白质结构预测的多agent模拟退火算法研究[D];福建农林大学;2012年
3 刘宏伟;无序蛋白质结构预测方法研究[D];苏州大学;2013年
4 刘京京;基于智能计算的蛋白质结构预测系统的设计与实现[D];济南大学;2013年
5 侯彩霞;基于改进粒子群的蛋白质结构预测算法研究[D];大连大学;2014年
6 吴进珍;并行蚁群优化在蛋白质结构预测中的应用研究[D];苏州大学;2010年
7 朱均燕;模拟退火算法在蛋白质结构预测中的应用[D];福建农林大学;2011年
8 刘现;蛋白质结构预测的粒子群优化算法研究[D];福建农林大学;2011年
9 范岩;基于监督流形学习算法的固有不规则蛋白质结构预测研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 邓海游;蛋白质结构预测中基于原子对距离分布的统计势研究[D];华中师范大学;2011年
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