和声搜索聚类优化模型的PPI功能模块挖掘算法研究

摘要

蛋白质交互(Protein-Protein Interaction，PPI)网络是生物体内蛋白质之间相互作用形成的网络，在拓扑结构上呈现小世界特性和无尺度特性，属于复杂网络的一种。近年来，随着高通量技术的发展，可获得的蛋白质交互数据日渐丰富，基于蛋白质交互网络的功能模块挖掘有助于预测未知蛋白质功能，为疾病研究提供理论基础，已成为生物信息学领域新的研究热点。与此同时，智能算法由于在解决复杂问题方面的优越性获得了广泛的应用，基于智能计算的算法被陆续应用在蛋白质交互网络的功能模块挖掘问题上，逐渐成为新的研究热点。本文将和声搜索算法应用在蛋白质交互网络的功能模块挖掘问题上并进行了深入的研究，主要工作包括：
　　（1）基于和声搜索算法，提出了基于和声搜索(Harmony Search, HS)聚类优化模型的蛋白质交互网络功能模块挖掘算法(HMS-FMD)，算法改进了传统和声搜索的搜索策略，在蛋白质交互网络中，将搜索聚集系数较大的结点集合作为算法的目标函数。通过实验对算法的参数进行分析和对比，得到了算法参数的最优设置，与其他挖掘算法相比，实验结果表明本文算法能有效挖掘出蛋白质交互网络中的功能模块。
　　（2）当前的研究普遍将蛋白质网络看作一个边存在确定性的无向图，但由于高通量生物检测技术对蛋白质交存检测存在固有的误差，因此实验测得的蛋白质是否真实存在交互性是不确定的。在不确定图数据挖掘问题上，蛋白质功能模块挖掘问题的计算复杂性通常要比确定图数据同一挖掘问题的计算复杂性要高。本文利用“可能世界”模型，在不确定性蛋白质交互网络的基础上，提出了基于和声搜索优化模型的不确定蛋白质交互网络功能模块挖掘算法，通过理论推导，简化了计算复杂度，使用和声搜索聚类优化模型，将期望密度较大的结点集合作为算法搜索的目标函数。通过实验对算法进行分析和对比，结果表明该算法具有较好的聚类结果。
　　本文通过对和声搜索聚类优化模型的算法研究，并应用在蛋白质交互网络功能模块挖掘问题上，在一定程度上丰富了蛋白质交互网络功能模块挖掘算法的理论研究，为蛋白质交互网络的功能模块挖掘研究提供一定的理论指导。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文结构

第二章 和声搜索聚类算法及PPI功能模块挖掘问题描述

2.1 和声搜索算法

2.2 蛋白质交互网络功能模块挖掘

2.3 本章小结

第三章 和声搜索优化模型的PPI功能模块挖掘算法研究

3.1 算法目标函数设计

3.2 算法模型设计

3.3 优化算法描述

3.4 实验及结果分析

3.5 本章小结

第四章 和声搜索优化模型在不确定性PPI功能模块挖掘算法研究

4.1 相关定义

4.2 算法目标函数设计

4.2 算法描述

4.3 实验及分析

4.4 本章小结

第五章 结 论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果