复杂生物网络最短路径计算问题

发布时间：2017-05-05 16:00

  本文关键词：复杂生物网络最短路径计算问题，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生命体的组成、生命体活动都不是孤立的,伴随数据库技术的发展,反应蛋白质、代谢等生命系统组成元件之间相互关系的数据快速增长,这些数据关系由于节点众多且节点连接呈现不规则特性被称为复杂生物网络。生命活动的正常进行在分子层面是依赖于以蛋白质为核心的物理相互作用和生化反应。以美国国立卫生研究院(National Institutes of Health,NIH)和欧洲生物信息研究所(European Bioinformatics Institute,EBI)为核心的科研机构针对蛋白质的物理相互作用和生化反应建立了一系列的生物医学数据库。这些数据库主要包括生化反应的HMDB(Human Metabolome Database)、Reactome等以及物理相互作用的HPRD(Human Protein Reference Database)、IntAct等。蛋白质在这些数据库中形成庞大复杂的相互作用网络。这些以蛋白质为核心的复杂网络为科学研究提供了庞大的背景知识,然而,针对具体的科研问题通常只涉及到小部分的蛋白质,这小部分的蛋白质往往难以构成完整的相互作用网络。为了在分子层面探索这部分蛋白质完整的相互作用,进而需要在背景网络上找到小部分蛋白的“桥接蛋白质”。“桥接蛋白质”的查找,原则上应该以最短路径为目的,最短路径计算的经典算法是Dijkstra。本文将Dijkstra算法应用到HPRD、CORUM和Reactome数据库中,计算任意两个蛋白质间的最短路径,并给出复杂生物网络的网络特征:蛋白质的度分布、平均最短路径。
【关键词】：复杂生物网络 桥接蛋白质 最短路径 Dijkstra
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.13;O157.5
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 研究背景和意义8
• 1.2 复杂生物网络现有研究成果8-9
• 1.2.1 图聚类方法9
• 1.2.2 力导向布局算法9
• 1.3 复杂网络最短路径现有研究成果9-11
• 1.3.1 标号设定算法10
• 1.3.2 标号改正算法10-11
• 1.4 相关实验条件简介11
• 1.5 本文主要研究内容11-13
• 第二章 HMDB代谢网络数据预处理13-24
• 2.1 相关简介13-15
• 2.2 HMDB数据下载15-16
• 2.3 XML形式数据存入SQL Server 2008 R2数据库16-22
• 2.3.1 数据完整性验证16
• 2.3.2 数据结构16-19
• 2.3.3 数据库设计19-20
• 2.3.4 C#程序包含的主要类20-21
• 2.3.5 C#核心代码及运行界面21-22
• 2.4 本章技术路线图22-24
• 第三章 Reactome生物通路网络数据转换24-32
• 3.1 Reactome数据库简介24
• 3.2 My SQL数据库数据导入SQL Server 2008 R2数据库24-29
• 3.2.1 My SQL数据库和SQL Server数据库比较24-25
• 3.2.2 数据转换过程25-29
• 3.3 遇到问题及解决办法29-32
• 3.3.1 问题描述29
• 3.3.2 解决办法29-30
• 3.3.3 ANSI和Unicode编码30-32
• 第四章 基于Dijkstra算法计算复杂生物网络最短路径32-59
• 4.1 相关简介32-33
• 4.2 Dijkstra算法33-37
• 4.2.1 Dijkstra算法简介33-34
• 4.2.2 Dijkstra算法思想34
• 4.2.3 Dijkstra算法实现步骤34-35
• 4.2.4 Dijkstra算法举例35-37
• 4.3 利用Dijkstra算法计算复杂网络最短路径37-48
• 4.3.1 复杂生物网络数据特点及实际应用37
• 4.3.2 基于数据特点和实际应用的算法改进37
• 4.3.3 基于Dijkstra改进算法计算HPRD数据库最短路径37-44
• 4.3.4 基于Dijkstra改进算法计算CORUM数据库最短路径44-47
• 4.3.5 基于Dijkstra改进算法计算Reactome数据库最短路径47-48
• 4.4 复杂生物网络特征分析48-56
• 4.4.1 蛋白质度分布48-52
• 4.4.2 最大子网平均最短路径52-56
• 4.5 本章小结56-59
• 第五章 总结与展望59-60
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-60
• 参考文献60-62
• 在学期间的研究成果62-63
• 致谢63

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