基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模及其結(jié)構(gòu)分解方法研究.pdf

1、生物信息學是在從信息處理與分析的角度研究生命現(xiàn)象的一門新興學科,基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模研究是近年來研究系統(tǒng)生物學的有效信息化手段之一。基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是在高度聯(lián)通的細胞環(huán)境中,將基因組作為一個整體的組織結(jié)構(gòu)從系統(tǒng)學角度來研究基因的功能與行為。隨著信息技術(shù)和計算科學的進步,在過去幾十年的時間里,基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的研究和迅猛的發(fā)展,在詳細解讀細胞代謝的功能基礎(chǔ)上,對探索生命活動的機理,疾病的起因和治療發(fā)揮了巨大的作用。
　　 本文主要

2、針對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的模型的參數(shù)構(gòu)建和結(jié)構(gòu)分析的問題進行了研究,包括布爾基因網(wǎng)絡(luò)的在隨機狀態(tài)下的拓撲性質(zhì)的證明,基于概率布爾網(wǎng)絡(luò)參數(shù)構(gòu)建基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)分解,模糊布爾基因網(wǎng)絡(luò)的智能計算方法構(gòu)建,從解構(gòu)和建構(gòu)兩個角度對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)進行研究。此外,提出一種適合時序基因表達數(shù)據(jù)的混合聚類算法。具體來說,本論文的創(chuàng)造性工作主要分述如下:
　　 1結(jié)合小世界網(wǎng)絡(luò)理論,采取一種布爾網(wǎng)絡(luò)隨機化的方法,結(jié)合復雜網(wǎng)絡(luò)的理論,對經(jīng)典隨機布爾網(wǎng)絡(luò)進行隨機采樣

3、和仿真,證明作為基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型的布爾網(wǎng)絡(luò)在隨機化選擇下具有小世界拓撲結(jié)構(gòu)的有序性,生物學意義可解釋為細胞生命周期對細胞核中基因在干擾狀態(tài)下的穩(wěn)定性,并介紹一種構(gòu)建布爾網(wǎng)絡(luò)的簡單方法。
　　 2以概率布爾型基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)為例,提出一種大型基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分解的方法。其基本思想是結(jié)合對布爾基因網(wǎng)絡(luò)的拓撲性質(zhì)的證明,結(jié)合概率布爾網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)建方法,將基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)抽象化,結(jié)合先驗的和數(shù)學的方法制定規(guī)則,尋找網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點,通過關(guān)鍵節(jié)

4、點的中心作用,提出一種最短路徑最大信息流的方法計算節(jié)點之間最短路徑上的信息傳遞,以確定節(jié)點之間的相互調(diào)節(jié)作用,從而達到將基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分割成小規(guī)模的功能性集中的子網(wǎng)絡(luò)。
　　 3構(gòu)建一種模糊化的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型。在布爾型基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與概率布爾型基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)的研究基礎(chǔ)上,引入對基因相互之間調(diào)控作用的模糊層次的劃分,結(jié)合先驗知識建立模糊隸屬度函數(shù)構(gòu)建模糊概率布爾網(wǎng)絡(luò)。并對此網(wǎng)絡(luò)進行模擬和仿真,討論其穩(wěn)定狀態(tài)和在干擾下的魯