EM和EKF算法在基因调控关系建模和分析中的应用

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyanfangzhang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着生物学的发展,对单个基因的功能分析已经很难从根本上满足人类对于生命现象规律的研究,因此关注基因之间相互关系的基因调控网络成为研究热点。基因调控网络从系统角度反映了各个基因之间的动态相互关系,对其建模与分析能从本质上理解细胞活动和疾病基因的功能机制,为从系统和整体角度研究复杂疾病的发病机制及药物研发提供依据。目前国内外对于基因调控网络的研究更多地集中于建模算法研究,没有考虑到生物过程连续但是实验数据却是离散这一问题,且没有结合具体调控网络进行网络动力学分析。本文基于生物学实验数据,利用最大期望值(Expectation Maximization,EM)算法和连续-离散扩展卡尔曼(Extended Kalman Filter,EKF)算法对酵母蛋白合成调控网络和p53基因调控网络进行建模和辨识,然后对网络特性进行研究。主要研究内容如下:1)基于酵母蛋白合成微阵列数据,利用EM算法对于建立的动态、随机、含有噪声的基因调控网络模型进行参数和状态的联合辨识,同时对模型进行验证,并分析模型的稳定性、准确性以及可行性。结果表明,该算法可以准确地建立酵母蛋白合成网络,所建立的基因调控网络是稳定的,且具有较好的预测能力。2)基于p53相关基因的微阵列数据,利用EM算法分别建立了细胞受电离辐射后p53相关基因多回路网络前期和后期的基因调控模型,之后利用LMI工具箱计算前期和后期模型的鲁棒性和响应性。结果表明,细胞受到电离辐射后,p53相关基因多回路网络的鲁棒性稍微减弱,而响应能力增加。3)建立p53-Mdm2调控网络的非线性、随机、动态、含有时滞和噪声的模型,基于连续-离散EKF算法,对模型参数和状态进行联合辨识,结果表明该模型可以准确地模拟p53-Mdm2调控网络受到电离辐射后的响应过程;以电离辐射的剂量作为p53-Mdm2调控关系的输入,研究在不同的电离辐射剂量下p53-Mdm2网络的响应情况,结果表明该模型可以准确模拟在不同辐射剂量下p53-Mdm2网络的响应过程。本文建立了酵母蛋白合成网络模型、p53相关基因多回路模型以及p53-Mdm2网络,建立的模型可以准确预测网络的响应过程,对网络特性的分析结果与实验相符。所提出的方法为生物学实验建模和系统动力学参数辨识提供了有效的方法,并可以为网络系统动力学特性的研究提供基础。
其他文献
求解非线性偏微分方程的行波解及精确解是非线性科学的一个重要研究领域。Schr?dinger方程在量子力学、原子物理、核物理、固体物理以及现代分子生物学中广泛地应用。Black-S
背景:病毒样颗粒(Virus-like particles VLPs)在纳米药物递送研究领域的应用越来越广泛,其相比于传统的给药方式具有靶向性好,功能多样化等优点,已成为靶向治疗领域的研究热点。VLPs是由病毒结构蛋白组装成的颗粒,其形态与真正病毒粒子相似,但不含病毒的基因组结构。在众多VLPs中,乙肝病毒核心蛋白病毒样颗粒(HBc VLPs)由于具有来源简单、容易合成、结构易于改造等特点而被广泛
协同治理机制是为了实现一个共同的公共目的,让不同的部门有目的地参与到跨层级、跨部门、跨区域的公共政策制定或管理活动中来的一种治理模式。它是强调政府内部各主体间及政府与非政府等多元主体间基于利益共同体需要,彼此间建立信赖的关系,达到协作治理优势的公共管理过程。提升政府间跨部门协同治理能力是完善国家风暴潮灾害治理体系和实现灾害治理能力现代化的重要举措,也是政府完善公共管理的趋势所在。风暴潮灾害的频发在
工形截面和多工形截面梁式结构在航空航天、机械、土木工程等行业获得了普遍的利用。裂缝是梁结构中常见的损伤病害之一,由于裂缝的存在,梁结构的自振频率和振型等动力特性都
工程项目管理体系的选择对于项目结果的好坏非常重要,不同的项目管理体系对于项目的质量、进度、成本不有不同的影响,承担的风险也不同。最近几年,国内外的工程项目管理体系
非线性发展方程可以描述流体力学、等离子体、非线性光学中的自然现象。孤立子理论是非线性科学的重要分支之一,带源的孤立子方程是对原孤子方程的一种可积耦合推广。本文分
党组织纳新工作是党员队伍建设的重要组成部分,也是党的建设的一项基础性工作。纳新,即党组织通过吸纳新党员补充吸收新鲜血液。中国共产党自1921年成立以来就高度重视基层党组织纳新工作,并在长期的实践探索中形成了严格、系统的纳新标准和工作规范。党的十八大以来,以习近平总书记为核心的党中央站在实现“两个一百年”奋斗目标和中华民族伟大复兴中国梦的战略高度,将基层党组织纳新工作作为新时代党的建设伟大工程的基础
作为一种新型的谐波抑制装置,APF能够快速、灵活的消除电网谐波带来的危害,受到了国内外广泛的关注和应用。当前各国学者将APF的研究重点主要放在谐波检测算法和相关控制策略上。就检测算法而言,由于电力电子技术的革新和智能电网的快速发展,各类非线性器件及负载广泛分布在电力系统的发电、输配电、用电环节,导致当前电网中的谐波主要以含噪非平稳谐波为主,传统的谐波检测算法已不能适应当前的检测需求。就控制策略而言
近年来,城市化水平不断提高,在城市的每一个角落,农民工都在为城市的更加美好默默地奉献着。2019年全国农民工总量29077万人,接近3亿。长时间、高负荷以及简陋的生活使这一庞大群体的健康备受威胁,他们的医疗保险问题也受到了社会广泛的关注。对农民工医保满意度的研究,对于解决三农问题,维护社会稳定、持续发展和实现2020年全面建成小康社会的目标,意义重大。由于二元经济结构的影响,农民工处于基本医疗保险
随着全球信息技术的飞速发展,信息化建设已经成为企业的重头戏,许多企业的信息系统正在逐渐移入到Web端。比如人力资源管理系统,企业信息展示系统等等,但是这些系统通常不是