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系统发生网络难解问题核心化与参数算法研究

批准号:
61802441
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
石峰
依托单位:
学科分类:
计算机科学的基础理论
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨勇杰、游杰、吴光伟、朱贤斌、刘静怡、孟祥忠

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
在系统发生学中,因为以往常用于表示物种进化过程的系统发生树不能诠释一类统称为网状进化事件的新物种形成事件,所以人们提出了一种更一般化的进化模型,系统发生网络。但是与系统发生网络相关的许多计算问题被证明是NP难解的。人们故引入了近些年发展起来的参数计算理论,利用其中的算法设计技术求解这些难解问题。虽然人们已利用该技术手段就这些问题取得了一些进展,但是相关研究还仍处于起步阶段,有待进一步改进和完善。本项目将对与系统发生网络相关的一系列难解问题展开研究,探讨影响其复杂性的结构参数,建立相应的参数化模型,并分析其参数复杂性;利用全局或局部的核心化设计与分析技术,为其设计新的核心化方法;尝试各种新的算法设计与分析技术,为其设计高效的固定参数算法。本项目还将对所获得的算法在真实生物数据集上的运行效率进行分析,对实验结果进行生物意义上的探讨。本项目的研究将对系统发生学的发展起到重要推动作用。
英文摘要
In Phylogeny, the phylogenetic trees that were widely used to represent the tree-like evolution of a collection of species, are unable to represent a special collection of evolutionary events named reticulation events. Hence, a more general evolutionary model, phylogenetic network, was presented. However, most of the related computational problems in the area of phylogenetic network were proved to be NP-hard. Thus parameterized computing theory that has been developing in recent years was introduced to solve these NP-hard problems. Although some results have been presented under this research direction, the related research is still at an initial stage, and many aspects of it need to be further explored. In the project, we will focus on a series of hard problems. Firstly, we will analyze the structural parameters that affect the complexities of these problems, and study their parameterized complexities under the corresponding parameterized models. Secondly, we will use the global or local kernelization design and analysis techniques, to give new kernelizations for them. Thirdly, we will attempt all kinds of algorithm design and analysis techniques, to present new fixed-parameter algorithms for them. Finally, we will analyze the runtime efficiencies of the algorithms that we present based on the real biological data, and discuss the experimental results from the aspect of biological meaning. Our research will advance the development of Phylogeny.
在本基金的支持下,本课题组针对系统发生网络领域中的若干NP-难解问题以及与系统发生树构造紧密联系的层次聚类问题分别开展了固定参数算法和近似算法的研究,并受系统发生网络背景的启发,学习利用进化算法解决若干图论组合优化问题。主要成果如下:(1)面向系统发生网络领域中的若干NP-难解问题(包含树包含问题、树组装问题、最小树剪切/粘贴距离问题等),基于系统发生网络的结构特征或问题本身性质,提出其合理的参数化模型,并结合各种固定参数算法设计技术和传统算法设计技术,为它们设计了高效的固定参数算法,证明了它们的固定参数可解性;(2)鉴于系统发生树构造与层次聚类问题之间的紧密联系,对若干聚类问题(包含有色k-中值问题、k-聚类问题、惩罚τ-色中值问题、带容量下限的k-中值问题)开展了近似算法研究,灵活利用采样、局部搜索、归约等算法设计技术,为它们设计了近似算法,改进了相关近似结果;(3)受系统发生网络背景的启发,学习利用进化算法解决若干图论组合优化问题(包含加权最小点覆盖问题、动态加权最小点覆盖问题、两跳-(1,2)-最小生成树问题),结合图结构性质和进化计算中经典的漂移分析理论,详细地分析了进化算法在解决这些图论组合优化问题的期望时间复杂度表现。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Improved Fixed-parameter Algorithm for the Tree Containment Problem on Unrooted Phylogenetic Network.
无根系统发育网络上树遏制问题的改进固定参数算法。
DOI: 10.1109/tcbb.2021.3111660
发表时间: --
期刊: IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics
影响因子: --
作者: [Feng Shi, Hangcheng Li, Guozhen Rong, Zhen Zhang, Jianxin Wang]
通讯作者: Jianxin Wang
DOI: 10.1109/access.2021.3060422
发表时间: 2021
期刊: IEEE Access
影响因子: 3.9
作者: [Zhen Zhang, Jinchuan Zhang, Lingzhi Zhu]
通讯作者: Lingzhi Zhu
Runtime Performances of Randomized Search Heuristics for the Dynamic Weighted Vertex Cover Problem
动态加权顶点覆盖问题的随机搜索启发式运行时性能
DOI: 10.1007/s00453-019-00662-w
发表时间: 2020-01
期刊: Algorithmica. DOI:10.1007/s00453-019-00662-w
影响因子: --
作者: [Feng Shi, Frank Neumann, Jianxin Wang]
通讯作者: Jianxin Wang
An Improved FPT Algorithm for The Flip Distance Problem
翻转距离问题的改进FPT算法
DOI: 10.1016/j.ic.2021.104708
发表时间: 2021
期刊: Information and Computation
影响因子: 1
作者: [Qilong Feng, Shaohua Li, Xiangzhong Meng, Jianxin Wang]
通讯作者: Jianxin Wang
共 9 条
    基于参数计算的系统发生网编辑距离计算问题建模及算法研究
    • 批准号:
      2025JJ50395
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2025
    • 负责人:
      石峰
    • 依托单位:
    EB 病毒驱动肿瘤细胞代谢重塑的机制研究
    • 批准号:
      2022JJ20083
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2022
    • 负责人:
      石峰
    • 依托单位:
    生物进化树相关计算难解问题参数化建模与算法研究
    • 批准号:
      2021JJ40791
    • 项目类别:
      省市级项目
    • 资助金额:
      0.0万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      石峰
    • 依托单位:
    EB病毒驱动的精氨酸代谢重编程的分子机制研究
    • 批准号:
      82073030
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      55.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      石峰
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金