基于SAF的電影院售票及管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_20868.pdf

1、測(cè)定生物大分子空間結(jié)構(gòu)是揭示蛋白質(zhì)分子功能、闡明其相互作用規(guī)律的重要基礎(chǔ)。近年來,在更易描述分子形態(tài)的球坐標(biāo)系下,使用抑制噪聲功能更強(qiáng)的ISAF基函數(shù)進(jìn)行單顆粒三維重構(gòu),與其它三維重構(gòu)技術(shù)相比,能夠獲得分辨率更高的分子結(jié)構(gòu)。但是,該算法剛剛提出,相關(guān)研究很少,在精度、速度上都存在不完善的地方,亟待改進(jìn)。
　　 本文通過分析ISAF算法的重構(gòu)過程,發(fā)現(xiàn)并解決其精度和速度上存在的問題。精度上的問題主要是:頻域采樣時(shí)采用的雙線性插值方

2、法不能表現(xiàn)傅里葉信號(hào)強(qiáng)跳變性和不連續(xù)性,CTF校正時(shí)不恰當(dāng)?shù)腃TF曲線會(huì)導(dǎo)致校正結(jié)果不穩(wěn)定,CTF曲線采樣時(shí)采用的單線性方法不符合CTF曲線的特征要求。速度上的問題主要是:生成ISAF基函數(shù)極其耗時(shí),需要映射到三維空間的頻譜圖采樣點(diǎn)數(shù)量極其龐大,每個(gè)采樣點(diǎn)都要執(zhí)行的60對(duì)稱操作使“二維—>三維”映射操作計(jì)算量增加了60倍,需要計(jì)算密度函數(shù)值的直角網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)量極其龐大,計(jì)算每點(diǎn)密度函數(shù)值都需要二重求和、積分、計(jì)算jl(2πRr)和Sl,u(

3、θ,φ)等復(fù)雜操作。我們采用合適的方法解決上述兩方面存在的問題,在一定程度上提高了ISAF算法的性能;最后,我們將這些改進(jìn)綜合起來,開發(fā)了基于ISAF的單顆粒三維重構(gòu)軟件包ICTISAF,并且采用RHDV電鏡數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)實(shí)驗(yàn),證明這些改進(jìn)的效果。本文主要貢獻(xiàn)包括:
　　 (1)針對(duì)ISAF基函數(shù)生成極其耗時(shí)的問題,提出ISAF基函數(shù)快速生成算法。計(jì)算ISAF基函數(shù)是ISAF重構(gòu)算法的基本操作,其速度直接影響ISAF重構(gòu)算法的性能

4、。ISAF基函數(shù)是球諧函數(shù)的線性組合,其生成過程包括計(jì)算組合系數(shù)和球諧函數(shù)兩部分,按照傳統(tǒng)方法直接計(jì)算這兩部分極其耗時(shí)。本文綜合自然對(duì)數(shù)法、二級(jí)索引、動(dòng)態(tài)規(guī)劃等方法,提出了ISAF基函數(shù)快速生成算法,可以滿足大多數(shù)問題的實(shí)時(shí)性需要。
　　 (2)針對(duì)頻域信號(hào)采樣精度低及CTF校正效果不佳的問題,設(shè)計(jì)高保真頻域信號(hào)抽取及CTF校正方法。在ISAF算法執(zhí)行過程中,需要對(duì)原始電鏡圖像的傅里葉信號(hào)進(jìn)行抽取、CTF校正等措施,從而得到滿足

5、要求的高精度傅里葉信號(hào)。抽取頻域信號(hào)時(shí)采用的雙線性插值方法不能表現(xiàn)傅里葉信號(hào)特征,降低了其抽取精度;傳統(tǒng)CTF校正方法精度不高、穩(wěn)定性差。本文采用符合傅里葉信號(hào)特性的滑動(dòng)窗口全局插值法抽取傅里葉信號(hào),精度高、靈活性強(qiáng);此外,又提出了基于正弦高斯調(diào)制和樣條插值的CTF校正方法,既改善了CTF曲線的形態(tài),又提高了CTF值的獲取精度,在一定程度上提高了CTF校正效果。
　　 (3)針對(duì)需要執(zhí)行“二維→三維”映射操作采樣點(diǎn)數(shù)量極其龐大的

6、問題,提出基于過采樣和徑向采樣點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度不變性的快速采樣策略。ISAF重構(gòu)算法需要將頻譜圖上的采樣點(diǎn)映射到三維空間,構(gòu)建擬合系數(shù)方程組。但是,需要執(zhí)行映射操作的采樣點(diǎn)數(shù)量極其龐大,嚴(yán)重影響重構(gòu)速度。本文借助過采樣原理和徑向采樣點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度不變性,提出新的等角度采樣策略,這種策略只需將一個(gè)同心圓上的采樣點(diǎn)映射到三維空間,其它同心圓上采樣點(diǎn)在三維空間的映射位置可以直接推導(dǎo)出來。在映射階段,這種策略帶來的理論加速比為(Rm+1)/2,其中Rm為

7、最大傅里葉半徑。
　　 (4)針對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)都要執(zhí)行的60對(duì)稱操作的問題,提出基于20面體60對(duì)稱特性的三維空間快速映射策略。在映射過程中,為了獲得更多的圖像信息以提高信噪比,需要將每幅電鏡圖像翻轉(zhuǎn)60次,然后映射到非對(duì)稱單元。相對(duì)柱坐標(biāo)系下的重構(gòu)算法而言,球坐標(biāo)系下的映射操作極其耗時(shí)。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),由于球坐標(biāo)系下非對(duì)稱單元的特殊性,該操作是可以省略的冗余操作。刪除該操作后,理論上可以提高60倍的映射速度。
　　 (5)

8、針對(duì)密度函數(shù)計(jì)算極其耗時(shí)的問題,設(shè)計(jì)密度函數(shù)快速計(jì)算方法。密度函數(shù)計(jì)算可以直接生成分子密度圖,是.ISAF重構(gòu)算法的重要操作。但是,該階段的計(jì)算復(fù)雜度是O[(LM)8],嚴(yán)重影響整體性能。本文設(shè)計(jì)一種密度函數(shù)快速計(jì)算方法,將密度函數(shù)計(jì)算過程劃分為三個(gè)階段,以球坐標(biāo)系為中間橋梁,將其時(shí)間復(fù)雜度降低為O[(LM)7]。
　　 (6)針對(duì)基于ISAF重構(gòu)算法軟件包極其匱乏的問題,開發(fā)基于ISAF的單顆粒三維重構(gòu)軟件包ICTLSAF。將