大规模生物数据计算的优化建模与高效算法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61872281
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0213.生物信息计算与数字健康
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

With the implementation of the Human Genome Project and the development of modern genome sequencing technologies, it is imperative to compute large-scale biological data efficiently. There are two unavoidable problems in biological data computing -- the large-scale biological data clustering and the multiple longest common subsequence searching of large-scale biological sequences. These two important problems can provide new methods and technologies for sequence fragment detection, splicing, gene expression analysis, RNA and protein structure function prediction, biological co-evolution origin exploration, disease surveillance, new drug development, and so on. However, the currently available models for the multiple longest common subsequence problem of the biological sequences are too complex, and the time complexity and space complexity of the existing algorithms are extremely large. Hence, they cannot be applicable to the multiple longest common subsequence problem of the large-scale biological sequences, even cannot be applicable to the problems with more than 1000 sequences. Meanwhile, when the existing clustering models and algorithms are applied on biological data, they usually only consider global information without considering local (fragment) information. However, some local (fragment) information may be really important, thus leading to a large error of clustering models and an inaccurate result of clustering algorithms. Therefore, it is necessary to study new models and efficient algorithms of these two important problems. This project studies new optimization models and efficient algorithms of the large-scale biological data clustering and the multiple longest common subsequence of the large-scale biological sequences. We aim to overcome the shortcomings of currently available models and algorithms, putting forward some simple, reasonable and easy execution models and fast algorithms.
随着人类基因组计划的实施以及现代基因组测序技术的发展,需要对大规模生物数据进行计算。而大规模生物数据的聚类和大规模生物序列最长公共子序列的寻找是生物数据计算的两个重要问题。可为序列片段测定、拼接、基因表达分析、RNA和蛋白质结构功能预测、生物共同进化起源的探索、疾病监测、新药研制等提供新的方法和技术。但目前生物序列最长公共子序列的模型复杂,算法时空消耗太大,难以适用于大规模问题(对1000个以上序列的问题都无法解决);目前的聚类模型和算法在用于生物数据时往往只考虑全局信息,没有考虑生物数据的局部(片段)信息,有些片段信息却十分重要,导致聚类模型偏差大,聚类算法结果不准确。因此,研究这两个重要问题的新模型和高效算法十分必要。本项目针对大规模生物数据的聚类和最长公共子序列问题研究新的优化建模方法和相关模型的高效算法,克服已有模型和算法的缺陷,提出一些简单合理并易于计算的模型和快速高效的算法。

结项摘要

随着人类基因组计划的实施以及现代基因组测序技术的发展,需要对大规模生物数据进行计算。而大规模生物数据的聚类和大规模生物序列最长公共子序列的寻找是生物数据计算的两个重要问题。可为序列片段测定、拼接、基因表达分析、RNA和蛋白质结构功能预测、生物共同进化起源的探索、疾病监测、新药研制等提供新的方法和技术。但目前生物序列最长公共子序列的模型复杂,算法时空消耗太大,难以适用于大规模问题(对1000个以上序列的问题都无法解决);目前的聚类模型和算法在用于生物数据时往往只考虑全局信息,没有考虑生物数据的局部(片段)信息,有些片段信息却十分重要,导致聚类算法结果不准确,泛化能力弱。因此,研究这两个重要问题的新模型和高效算法十分必要。本项目针对大规模生物数据的聚类和最长公共子序列问题,研究新的优化建模方法和相关模型的高效算法,克服已有模型和算法的缺陷,提出了一些可处理大规模公共公共子序列的模型,构造了一些可自动确定类数和类中心的聚类算法,并针对最长公共子序列模型和聚类模型涉及的大规模优化和多目标优化问题,提出了一些快速高效的算法。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
A centerline symmetry and double-line transformation based algorithm for large-scale multi-objective optimization
基于中心线对称和双线变换的大规模多目标优化算法
  • DOI:
    10.1080/09540091.2022.2075828
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Connection science
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Xiangjuan Wu;Yuping Wang;Ziqing Wang
  • 通讯作者:
    Ziqing Wang
A Reference Point Selection and Direction Guidance-Based Algorithm for Large-Scale Multi-Objective Optimization
一种基于参考点选择和方向引导的大规模多目标优化算法
  • DOI:
    10.1142/s0218001421590588
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Xiangjuan Wu;Yuping Wang;Shuai Tian;Ziqing Wang
  • 通讯作者:
    Ziqing Wang
A Cα-dominance-based solution estimation evolutionary algorithm for many-objective optimization
一种基于 Cα 优势的多目标优化解估计进化算法
  • DOI:
    10.1016/j.knosys.2022.108738
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Knowledge-Based Systems
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Junhua Liu;Yuping Wang;Yiu-ming Cheung
  • 通讯作者:
    Yiu-ming Cheung
Equalization ensemble for large scale highly imbalanced data classification
用于大规模高度不平衡数据分类的均衡集成
  • DOI:
    10.1016/j.knosys.2022.108295
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    Knowledge-Based Systems
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Jinjun Ren;Yuping Wang;Mingqian Mao;Yiu-ming Cheung
  • 通讯作者:
    Yiu-ming Cheung
Grouping-based Oversampling in Kernel Space for Imbalanced Data Classification
针对不平衡数据分类的内核空间中基于分组的过采样
  • DOI:
    10.1016/j.patcog.2022.108992
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Pattern Recognition
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Jinjun Ren;Yuping Wang;Yiu-ming Cheung;Xiao-Zhi Gao;Xiaofang Guo
  • 通讯作者:
    Xiaofang Guo

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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