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《国防科学技术大学》 2004年
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蛋白质二级结构预测的模型与方法研究

王勇献  
【摘要】:蛋白质组研究是后基因组时代生命科学中最重大的研究课题之一,蛋白质结构预测是蛋白质组研究中一个发展已久但仍富有挑战性的问题,它的研究不仅对于理解蛋白质空间折叠机制与蛋白质功能具有理论价值,更对生物制药、农业生物科技等应用领域具有直接的指导作用。针对这种需求,本文应用生物信息学的方法对蛋白质结构预测的相关问题进行了深入研究,取得的主要成果与创新工作概括如下: (1) 由于传统的神经网络方法具有“黑箱”的特点,其预测或分类能力蕴含在它的各种连接参数之中,在用于结构预测时很难从模型中获取领域相关的知识与信息;而模糊推理系统则使用与人的思维方式接近的逻辑推理机制,具有易于理解的优点,但系统难以训练与学习限制了其适用范围。我们将模糊推理系统与神经网络相结合建立了自适应模糊神经网络混合模型,并首次应用于蛋白质结构预测。结果表明,模型导出的规则具有较好的可理解性,便于从中挖掘出可重用的领域相关知识。 (2) 在自适应模糊神经网络模型中,输入变量维数过高和模糊规则数目太多是关系到建模可行与否的两个关键性难题。我们针对蛋白质结构预测问题的特点,使用模糊聚类和主成分分析方法,对输入变量进行了有效的降维处理;使用启发式方法与遗传算法,成功解决了模糊推理规则的精简问题。这些方法的运用,有效地降低了模型的复杂性,使模型得以应用于蛋白质结构预测,并大大提高了最终生成的规则的可理解性。 (3) 相邻两侧残基的局部影响作用是决定蛋白质二级结构类型的主要因素,应用标准隐Markov模型进行蛋白质二级结构预测时,模型固有的时序特性不能充分利用双侧局部作用信息,从而限制了结构预测算法的性能。针对这种缺陷,我们提出了适用于蛋白质二级结构预测的一种双向隐Markov新模型,同时结合反馈型神经网络,有效减少了自由参数数量。实验数据表明,应用双向HMM与神经网络系统进行蛋白质结构预测,可以将预测准确率提高至78.1%,较目前的结构预测算法提高2~3个百分点。 (4) 蛋白质结构预测建模时经常需要对具有分类属性的数据对象进行聚类分析,对海量数据聚类的内存需求和时间开销均对传统串行聚类方法提出新的挑战。研究相应的并行聚类算法是解决问题的办法之一,但关于分类属性数据对象的并行聚类问题目前尚无很好的解决方案。我们在分析串行聚类方法的数据依赖关系与通信特点的基础上,提出并实现了分布式存储环境下分类属性数据的并行聚类方法,理论分析与数值实验表明,该并行方法具有较好的加速特性和可扩展性。 (5) 目前的蛋白质二级结构预测面临着准确率难以提高的难题,我们在对蛋白质结构数据库的冗余数据进行分析研究后发现,在大约25%左右的序列位点上,蛋白质会形成几 国防科学技术大学研究生院学位论文 种不同的二级结构,这表明传统的二级结构预测算法所隐含的基本假设“一级结构决 定二级结构”并不完全成立。对传统二级结构预测方法分析比较的结果,证实了蛋白 质二级结构的这种可变性是制约结构预测准确率提高的重要原因。 (6)蛋白质结构预测算法的评价标准直接影响到模型的选择与构建,针对目前结构预测中 算法评价标准不一的现状,深入剖析了各种常见性能评估指标的适用范围及相互联 系,比较了它们的优缺点;同时结合神经网络建模的实例,讨论了性能评估指标对结构 预测建模的指导作用,最后给出了各种评估准则的适用范围与使用原则。 关键词:蛋白质结构预测生物信息学自适应模糊神经网络双向隐Markov模型 J性能评估 第H页
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:Q51

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王建;;禁忌搜索算法在蛋白质结构预测中应用[J];电脑知识与技术;2008年27期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 罗亮;蛋白质结构预测模型研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 金毅;基于案例-任务驱动教学法的高性能计算课程研究[D];新疆师范大学;2010年
2 刘佳;基于离散增量结合二次判别法预测蛋白质相互作用及DNA甲基化位点[D];内蒙古科技大学;2010年
3 朱笑花;马铃薯生物信息研究平台的开发[D];昆明理工大学;2006年
4 梁刚锋;蛋白质二级结构的建模与预测[D];国防科学技术大学;2005年
5 沈虹;Spiking神经网络及其应用研究[D];南京工业大学;2006年
6 王秀鹤;基于序列和相互作用的蛋白质功能预测[D];国防科学技术大学;2006年
7 蔡亮;基于HMM和ANN的基因识别方法[D];成都理工大学;2008年
8 史杰;利用抑制晶体生长活性再鉴定牛乳骨桥蛋白及其二级结构的研究[D];东北农业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 王仁华,江辉;正反向隐马尔可夫模型及其在连续语音识别中的应用[J];电子学报;1996年10期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郑浩,王全凤;L-M算法在高层结构体系选型中的应用[J];四川建筑科学研究;2003年03期
2 田晓艳;;计算智能主要算法研究[J];安防科技;2009年12期
3 李兴旺,满广生;工程结构优化的神经网络模型与数值计算[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2002年02期
4 郇正军;赵国富;;基于土地利用的空间数据挖掘系统的设计与实现[J];安徽农业科学;2011年07期
5 刘全金,孙承珣,任广永;基于遗传算法的BP网络在梅雨量预测中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2004年01期
6 冯学军,赵琴;径向基神经网络在股市预测中的应用[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2005年01期
7 唐志丹;房丽娜;;基于神经网络的本科教学工作评估的专家评价[J];鞍山科技大学学报;2006年05期
8 鲍智娟;;人类基因组计划的内容与研究方法[J];白城师范学院学报;2006年04期
9 邹建成;杨玲;李国富;;一种新的纹理生成方法[J];北方工业大学学报;2008年01期
10 李辉;赵立英;刘钦圣;王兵团;;应用遗传算法进行三次设计初探[J];北京交通大学学报;2006年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 鲁松;;英文介词短语归并歧义的RMBL分类器消解[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年
2 段书凯;刘光远;;网络参数对混沌联想记忆特性的影响[A];第十一届全国信号处理学术年会(CCSP-2003)论文集[C];2003年
3 杨晓霞;朱庆;李海峰;;知识导航的遥感信息处理服务分类选择方法[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
4 魏建荣;王砚;张立毅;;遗传算法在多用户检测中的应用[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集(上)[C];2006年
5 刘忠菁;霍小江;黄训诚;陈学广;;节能电力调度中分布式仿生优化策略发生器的研究[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年
6 张启义;唐小平;李振东;;基于改进遗传算法的战区联勤军事物流运输保障研究[A];中国运筹学会第九届学术交流会论文集[C];2008年
7 陈佳彬;张翔;;全局优化算法研究[A];福建省科协第五届学术年会数字化制造及其它先进制造技术专题学术年会论文集[C];2005年
8 支成秀;梁正友;;融合粒子群优化算法与蚁群算法的随机搜索算法[A];广西计算机学会2006年年会论文集[C];2006年
9 李勤丰;;最大独立集在高校排课表系统中的应用[A];广西计算机学会2006年年会论文集[C];2006年
10 王向;;遗传算法综述[A];2007年河北省电子学会、河北省计算机学会、河北省自动化学会、河北省人工智能学会、河北省计算机辅助设计研究会、河北省软件行业协会联合学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张泽宝;空间数据库的索引技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
7 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
8 孔令启;基于内外圈协同优化策略的间歇化工过程不确定性调度研究[D];华南理工大学;2010年
9 陈霄;DNA遗传算法及应用研究[D];浙江大学;2010年
10 渠瑜;基于SVM的高不平衡分类技术研究及其在电信业的应用[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
2 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
3 罗婷婷;飞机钣金叠板数控套裁下料软件系统的研究[D];南昌航空大学;2010年
4 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
5 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
6 程慧;基于神经网络的两类问题研究[D];广西师范学院;2010年
7 肖小城;粒子群算法求解作业车间调度问题的研究[D];郑州大学;2010年
8 李跃;三维运动估计在织物动态仿真中的应用[D];浙江理工大学;2010年
9 潘海涛;小麦EST-SSR标记的开发和苗期养分吸收QTL定位[D];山东农业大学;2009年
10 辛贵州;无人飞行器航迹规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王涛,李伟生;最短路径子图[J];北方交通大学学报;2004年02期
2 应嘉,赵睿颖,尚彤;生物信息学在人类基因组计划中的应用[J];北京大学学报(医学版);2002年04期
3 李晶皎,孙杰,张俐,姚天顺;语音识别中HMM与自组织神经网络结合的混合模型[J];东北大学学报;1999年02期
4 梁刚锋,谢涛;使用HSMMs模型的蛋白质二级结构预测[J];电脑知识与技术;2005年03期
5 何强,毛士艺,张有为;多观察序列连续隐含马尔柯夫模型的无溢出参数重估[J];电子学报;2000年10期
6 李苇营,易克初,胡征;神经网络与HMM构成的混合网络在语音识别中应用的研究[J];电子学报;1994年10期
7 吕士颖;;高性能计算的研究及应用[J];福建电脑;2007年04期
8 宁正元;林世强;;蛋白质结构的预测及其应用[J];福建农业大学学报;2006年03期
9 马慧莲,刘含智,王丽萍,徐淑坤,李惟;量子点的荧光共振能量转移在生物分析中的应用[J];分析化学;2005年09期
10 孙宇;贾凌云;任军;;蛋白质相互作用的研究方法[J];分析化学;2007年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 吕军;人类基因组转录调节模体距离保守性的研究与转录起始位点的预测[D];内蒙古大学;2008年
2 冯永娥;蛋白质二级结构的预测以及二级结构与三级结构之间关联的探讨[D];内蒙古大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 王春玲;隐马氏模型的建立及其应用[D];国防科学技术大学;2002年
2 岳文瑾;草酸钙晶体的生长与抑制[D];安徽大学;2004年
3 赵晶;蛋白质结构与功能研究方法探讨[D];大连理工大学;2004年
4 景楠;基于神经网络方法蛋白质二级结构预测的研究[D];吉林大学;2004年
5 梅启鹏;蛋白质二级结构中的简化编码技术[D];华中科技大学;2004年
6 陈晴;基于条件随机场的自动分词技术的研究[D];东北大学;2005年
7 向晓雯;基于条件随机场的中文命名实体识别[D];厦门大学;2006年
【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 杜秀全;基于智能计算的蛋白质相互作用预测方法研究[D];安徽大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 李慧;蛋白质功能预测的层次化分类方法研究[D];吉林大学;2010年
2 宋琳琳;CNV区域周围的基因预测研究[D];上海交通大学;2010年
3 李希;基于序列特征的蛋白质功能类预测方法研究[D];湖南大学;2010年
4 雷国庆;面向生物信息学结构预测领域的算法加速器设计[D];国防科学技术大学;2010年
5 郑晓平;基于HMM-ANN混合模型的咳嗽音识别研究[D];重庆大学;2011年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王化祥,孙金刚;一种模糊神经网络自适应预测控制方案的研究[J];天津大学学报(自然科学与工程技术版);2000年04期
2 方浩 ,李蓓,石娜,谢能刚;基于模糊神经网络的区域需水预测计算模型[J];西北水资源与水工程;2003年04期
3 杨先野;付强;;模糊神经网络在水文水资源应用中的研究进展[J];黑龙江水专学报;2007年01期
4 白玉清;孙云山;;模糊神经网络的发展[J];科技情报开发与经济;2007年21期
5 范双南;陈记铭;;基于模糊神经网络的复杂系统故障诊断模型[J];电脑知识与技术;2010年34期
6 王耀南;基于遗传算法的模糊神经控制及其应用[J];高技术通讯;1997年03期
7 刘双;基于模糊神经网络的宏观经济预测模型综述[J];天津市工会管理干部学院学报;2004年02期
8 邹毅;;基于粒子群算法和模糊神经网络的车牌图像匹配[J];科技资讯;2006年12期
9 陈炜;;基于模糊神经网络的企业战略风险预警模型研究[J];科技情报开发与经济;2007年35期
10 李艳红;于强;;模糊神经网络中一个组合恒等式的新证法[J];辽东学院学报(自然科学版);2008年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李仁发;乜崇义;;一种用模糊神经网络建立模糊模型的新方法[A];1996年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1996年
2 邢杰;萧德云;;FALCON模糊神经网络及其在铝电解槽阳极效应预报中的应用[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
3 席东民;胡琳静;;模糊神经网络在单元机组协调控制中的应用[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
4 谭思云;李志明;;基于模糊神经网络的水泥回转窑分解炉温度控制[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
5 孙增圻;;模糊神经网络及其在系统建模与控制中的应用[A];1998年中国智能自动化学术会议论文集(上册)[C];1998年
6 徐洪钟;吴中如;;模糊神经网络模型在大坝安全监测中的应用[A];中国水力发电工程学会大坝安全监测专业委员会年会暨学术交流会论文集[C];2000年
7 刘靖;刘念;王海田;党晓强;;基于模糊神经网络的同步发电机转子匝间短路预测[A];四川省电工技术学会电机、电测专业委员会2002年学术年会论文集[C];2002年
8 陈寿平;蒋旭平;;模糊神经网络技术在运动控制运用中的研究[A];全国第16届计算机科学与技术应用(CACIS)学术会议论文集[C];2004年
9 梁志珊;张化光;;模糊神经网络的构造[A];1998中国控制与决策学术年会论文集[C];1998年
10 刘国光;程青蟾;李燮里;张月兰;;声发射模糊神经网络[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 内蒙古 王昉;走进曲线的世界[N];电脑报;2004年
2 内蒙古 王昉;走进曲线的世界[N];电脑报;2004年
3 内蒙古 王昉;走进曲线的世界[N];电脑报;2004年
4 广州市信息中心应用开发处 秦中广;服务器性能评估的实战技巧[N];计算机世界;2004年
5 本报记者 新城;细分应用 适时而动[N];计算机世界;2003年
6 陈曦李颂;如何部署高品质可持续演进的HSPA网络[N];人民邮电;2008年
7 记者 王玥实习生 周玉伟;房屋节能水平将一目了然[N];南京日报;2007年
8 韩冰;中创信测助力TD-SCDMA走向成熟[N];通信产业报;2006年
9 阿尔卡特朗讯 陈曦李颂;HSPA:制胜3G的利器[N];通信产业报;2008年
10 阿尔卡特朗讯 陈曦李颂;HSPA:制胜3G利器[N];人民邮电;2008年
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1 王勇献;蛋白质二级结构预测的模型与方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
2 何海;混合动力汽车控制系统设计与仿真[D];华中科技大学;2005年
3 吴建发;优选压裂井方法研究[D];西南石油学院;2005年
4 邓胜祥;石灰炉在线仿真技术与炉况诊断及复杂系统智能控制研究[D];中南大学;2004年
5 隗海林;LPG/汽油两用燃料发动机燃料转换过程控制策略研究[D];吉林大学;2007年
6 王瑞敏;基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D];上海交通大学;2008年
7 冯秀芳;无线传感器网络数据融合技术的研究及在机械故障诊断中的应用[D];太原理工大学;2009年
8 任芳;基于多传感器数据融合技术的煤岩界面识别的理论与方法研究[D];太原理工大学;2003年
9 朱燕飞;锌钡白回转窑煅烧过程智能建模研究[D];华南理工大学;2005年
10 艾芳菊;模糊神经网络的结构优化研究[D];中国科学院研究生院(成都计算机应用研究所);2006年
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1 刘瑞平;电控汽油机智能故障诊断系统[D];太原理工大学;2011年
2 孟凡华;模糊神经网络在大滞后非线性系统中的应用[D];河北工业大学;2004年
3 韩锋;基于模糊神经网络的电力系统短期负荷预测[D];河北农业大学;2011年
4 张克良;基于模糊神经网络的锅炉燃烧控制方法的研究[D];天津大学;2004年
5 高明帅;循环流化床锅炉灰循环系统控制优化研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 曾珞亚;模糊神经网络的应用与研究[D];广西师范大学;2000年
7 刘鑫伟;车辆行驶信息检测与主动避撞安全控制策略的研究[D];湖南大学;2010年
8 李兆福;模糊神经网络及其应用[D];南京理工大学;2003年
9 宋子辉;基于模糊神经网络技术的D350高速风机故障诊断系统研究[D];中南大学;2004年
10 付鹏程;模糊神经网络在改进跷板梁式减摇系统中的研究[D];武汉理工大学;2003年
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