基于模拟退火的RNA二级结构预测算法研究

发布时间：2021-06-20 07:07

　　RNA分子在生物细胞中起着关键作用,分子中的碱基在氢键的作用下相互绑定形成不同的二级结构。虽然动态规划算法可以高效求解不含假结的二级结构,但RNA分子的假结对细胞功能具有重要影响,这种结构破坏了相互嵌套碱基对规则,使得传统的动态规划算法无法成功求解该问题。随着分子序列长度的增加,RNA分子的碱基配对组合呈指数量级增长,含假结的RNA二级结构预测问题已被证明为NP完全问题。目前,国内外许多研究者提出了许多不同的含假结的RNA二级结构预测算法,但是这些算法都存在着一些不足之处。其中,序列比较分析类的算法预测精度高,但是该算法依赖于大量已知的同源序列信息;动态规划类的算法收敛速度慢且在预测长链RNA序列时预测精度不高。因此,不论采用目前哪种算法进行预测仍存在一些问题,构建一个有效的算法来提高预测含假结的RNA分子二级结构的精确度就显得尤为重要。本文将预测问题转换成等价的组合优化问题后,提出了一种基于模拟退火的含假结的RNA二级结构预测算法。首先根据最小茎区长度和最小环区长度两个约束条件,设计了一种高效的碱基互补配对方式并为发生冲突的碱基提供了详细的冲突解决方案。然后将RNA序列的茎区数量和碱... 

【文章来源】：武汉科技大学湖北省

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 含假结的RNA二级结构预测研究进展
        1.2.1 基于序列比较分析预测算法
        1.2.2 基于动态规划思想预测算法
        1.2.3 基于启发式思想预测算法
    1.3 论文组织结构
第2章 模拟退火算法和多目标进化算法
    2.1 模拟退火算法
        2.1.1 模拟退火算法简介
        2.1.2 模拟退火算法的特点
        2.1.3 模拟退火算法的应用
    2.2 多目标进化算法
        2.2.1 多目标进化算法简介
        2.2.2 多目标优化问题描述及相关定义
        2.2.3 多目标进化算法的特点
        2.2.4 多目标进化算法的应用
    2.3 本章小结
第3章 基于模拟退火的RNA二级结构预测算法
    3.1 概述
    3.2 RNA二级结构相关知识
        3.2.1 RNA的基础知识
        3.2.2 RNA二级结构定义
        3.2.3 RNA二级结构的构成
        3.2.4 RNA二级结构的图解表示
        3.2.5 最小自由能
    3.3 RNA二级结构预测问题描述
    3.4 PRSA算法模型
        3.4.1 计算K连续碱基对集合的算法实现
        3.4.2 适应度函数
        3.4.3 近邻状态和冲突处理
        3.4.4 含假结的RNA二级结构预测算法实现
    3.5 实验结果与分析
        3.5.1 评价标准
        3.5.2 数据集
        3.5.3 对比方法
        3.5.4 结果分析
    3.6 本章小结
第4章 基于多目标模拟退火的RNA二级结构预测算法
    4.1 概述
    4.2 基于多目标的RNA二级结构预测问题描述
    4.3 PRMOSA算法模型
        4.3.1 PRMOSA算法的总体设计
        4.3.2 PRMOSA算法的收敛性
        4.3.3 RNA二级结构的非支配排序
        4.3.4 RNA二级结构的多样性
    4.4 实验结果比较与分析
    4.5 本章小结
第5章 结论与展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3238730