RNA二级结构比对动态时间规整算法研究

摘要

RNA研究是生物信息学领域的重要内容之一。RNA结构决定RNA功能。RNA二级结构比对是结构生物、结构化学和生物信息学中的基础性问题。RNA二级结构比对研究对RNA二级结构预测和RNA功能的研究有重要意义。
　　首先，提出了一种新的RNA二级结构表示方法，将RNA二级结构表示成一条时间序列，序列元素为非负整数。这种表示法不受RNA二级结构是否含有假结的影响，能够完整地表示RNA二级结构的结构信息。
　　其次，在这种表示法的基础上，提出一种新的、基于动态时间规整算法的RNA二级结构比对算法，即DTW-RSC算法。算法将RNA二级结构转化成与RNA等长的时间序列，通过动态时间规整算法计算时间序列间规整距离，以此度量RNA二级结构间相似性，规整距离越小代表相似性越高。
　　再次，针对DTW-RSC算法比对效果和计算时间花费两方面，对算法进行优化并提出基于带约束的加权动态时间规整的RNA二级结构比对算法，即CWDTW-RSC算法。算法加入全局约束半径限制，缩小规整路径搜索范围，并在计算过程中运用权重调整机制，提高计算时对结构差异性影响较大的序列点对的计算权重，使得差异性和相似性结果更加显著，提高RNA二级结构数据集比对结果的区分度。
　　最后，通过两组对比实验分别验证DTW-RSC算法和CWDTW-RSC算法的可行性。第一个实验分别在四组不同数据集上运用DTW-RSC算法进行比对实验。第二个实验以算法运行时间和比对结果分布情况为评价标准验证CWDTW-RSC算法的优化效果。实验结果表明，DTW-RSC算法具有可行性，CWDTW-RSC算法比对结果区分度更高。

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第1章 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 RNA二级结构比对研究的国内外现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文的组织结构

第2章 RNA二级结构比对的相关知识

2.1 RNA二级结构的基本概念

2.2 RNA二级结构的表示

2.3 序列相似性研究

2.4 时间序列相似性研究

2.5 本章小结

第3章 基于动态时间规整比对RNA二级结构

3.1 引言

3.2 RNA二级结构的数字特征时间序列表示

3.3 基于DTW的RNA二级结构比对算法

3.4 本章小结

第4章 带约束的加权动态时间规整比对RNA二级结构

4.1 引言

4.2 带约束的加权DTW算法比对RNA二级结构

4.3 本章小结

第5章 实验与结果

5.1 实验环境

5.2 DTW-RSC算法实验

5.3 CWDTW-RSC算法实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢