基于启发式算法预测含假结RNA二级结构的研究进展

RNA二级结构的预测算法研究已有近40年的发展历程,研究假结也将近30年的历史。在此期间,RNA二级结构的预测算法取得了很大进步,但假结预测的正确率依然偏低。其中启发式算法能较好地处理复杂假结,使其成为率先解决假结预测难题可能性最大的算法。迄今为止,未见系统地专门总结预测假结的各种启发式算法及其优点与缺点的报道。本文详细介绍了近年来国际上流行的贪婪算法、遗传算法、ILM算法、HotKnots算法以及FlexStem算法等五种算法,并总结分析了每种算法的优点与不足,最后提出在未来一段时期内,利用启发式算法提高假结预测准确度应从建立更完善的假结模型、加入更多影响因素、借鉴不同算法的优势等方面入手。为含假结RNA二级结构预测的研究提供参考。     

规则算法引擎在临床实验室危急值管理体系中的应用

危急值管理系统的本质是对实验室结果数据的采集、管理、分析与预警,因此,需要将计算机技术中的知识表达与推理等规则算法技术应用到系统中,使之能够对LIS系统的检验结果进行表达与推理,从而推动IT系统向智能化方向发展。文章探讨将规则算法内置于临床实验室危急值管理系统中,以提高信息系统的智能性和适用性;针实验室危急值管理系统的不足,设计开发了规则算法引擎,实现了实验室危急值的智能准确预警。     

农业旱情遥感监测的一种改进方法及其应用

从地表蒸散的角度出发,利用基于Priestley-Taylor公式与地表温度 植被指数(LST-VI)三角形特征空间的半经验蒸散模型,对农业干旱遥感监测方法进行改进,推导得到简化型蒸散胁迫指数(SESI).利用2008、2009年3-11月的MODIS陆地标准产品数据,构造了3种特征空间建模计算了SESI,对京津冀平原地区开展了农业旱情监测试验,并与温度植被干旱指数(TVDI)进行比较.结果表明: SESI有效地简化了基于地表蒸散估算的遥感干旱监测方法,对土壤表层水分(10、20 cm)有着良好的指示作用.该方法春、秋季监测效果优于夏季,且不同时相SESI的可比性优于TVDI.将SESI指数应用于大面积农业旱情连续监测具有一定可行性.     

基于频繁项集挖掘和连续帧间差分的脂肪酶时-空结构模式与耐热性的关系研究

酶的热稳定性问题一直是蛋白质工程领域关注的重点。本研究通过枯草芽孢杆菌脂肪酶的不同模拟温度下的分子动力学模拟轨迹,分析野生型脂肪酶(WTL)及其突变体(6B)残基间相互作用对热稳定性的影响。首先确定残基间的空间关系,采用空间聚类和FP-growth算法,识别出保持协同运动的β3-β8以及C端部分区域,即确定刚性区;接着运用连续帧间差分法确定波动较大的柔性区,发现其主要位于转角处。以300 K常温状态下识别出的刚性区和柔性区为基础,考察刚性区和柔性区在不同温度下相互作用的动态变化规律,发现WTL和6B的刚性区内的相互作用几乎不随温度发生变化,在高温400 K时,WTL柔性区的稳定氢键数急剧减少为7,6B柔性区的稳定氢键数随温度变化较为稳定。另外,6B的柔性区较WTL少了3₁₀螺旋,这是由于突变后的Ser15与突变后的Ser17形成强大的氢键作用,A15S和F17S突变改善了脂肪酶结构的柔性使其热稳定性增强。     

一种基于代谢网络分析最小化基因组的方法及其在大肠杆菌中的应用

最小生命体的合成是合成生物学研究的重要方向。最小化基因组的同时而又不对细胞生长产生影响是代谢工程研究的一个重要目标。文中提出了一种从基因组尺度代谢网络模型出发,通过零通量反应删除及对非必需基因组合删除计算获得基因组最小化代谢网络模型的方法,利用该方法简化了大肠杆菌经典代谢网络模型iAF1260,由起始的1 260个基因简化得到了312个基因,而最优生物质生成速率保持不变。基因组最小化代谢网络模型预测了在细胞正常生长的前提下包含最少基因的代谢途径,为大肠杆菌获得最小基因组的湿实验设计提供了重要参考。     

孤独症谱系障碍儿童情绪表达能力干预系统研制

大量研究表明,通过干预孤独症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder,ASD)儿童情绪能力,可以提高其移情能力从而改善核心症状--社交交往障碍。随着ASD儿童人数逐年上升,对干预的需求日益增大。目前国内外对于ASD儿童情绪能力的系统干预研究较少,主要研究均集中在表情识别这一层面。本文结合视频分析,自动表情识别算法,Flash技术,设计交互式虚拟场景游戏,研发一个面向ASD儿童的情绪能力干预的系统。该系统可以训练儿童的表情识别能力,还可以训练儿童对表情的模仿和表达,具有实用性,方便推广。     

动态规划算法对GenoCAD设计结果的优化

GenoCAD(www.genocad.com)是一种基于Web的免费合成生物学设计软件,用它可以进行表达载体及人工基因网络设计。持续点击代表各种合成生物学标准“零件”的图标,以一种语法进行设计,最后就可以得到由数十个功能片段组成的复杂质粒载体。但是在GenoCAD中,每一类的合成生物学标准“零件”数量众多。随着这些标准“零件”的不断开发,其数量也在进一步增加,目前选择合适的“零件”组装成功能性的质粒载体费时费力并且容易发生错误。在进行载体设计的最后阶段,从众多的“零件”中选择合适的往往比较困难。为解决这一问题,本文采用了自然语言处理的统计语言模型,它最初用于自然语言识别,用来估算一组词串成为一个正确语句的概率的大小。本文最后以该模型为基础应用动态规划算法优化质粒载体设计,从众多的选项中找出最优者。利用这一方法可以减少进行生物学实验的冗余操作,从而减少载体构建过程中的花费。     

以提高生态系统服务为导向的土地利用优化研究——以兰州市为例

分析从1997年到2009年兰州市土地利用类型变化,对其生态系统服务价值进行核算,结果表明,兰州市生态系统服务功能主要表现为土壤形成与保护、维持生物多样性,气候调节等,但土壤形成与保护功能和水文调节功能从1997年开始一直呈下降趋势,由于盲目扩展建设用地而占用生态用地的现象使兰州市生态用地面积不断减少,从而造成生态恶化。以生态系统服务价值作为适应度函数,利用改进的混合蛙跳算法建立土地优化模型,得到生态型、发展型、综合效益型三种优化方案,优化后兰州市生态系统服务价值可达到58.89亿元。优化方案为提高兰州市生态系统服务价值提出以下建议:(1)保证退耕还林、还草的力度,加强南北两山绿化改造。(2)保证耕地、牧草地、园地面积,尽量控制建设用地的扩张。(3)建设用地所占用耕地面积,必须进行补偿,其中开发宜耕未利用地、挖掘土地利用潜力为较好的解决办法。     

星载大光斑LiDAR与HJ-1A高光谱数据联合估测区域森林地上生物量

以吉林省汪清林业局经营区为研究区,利用HJ-1A/HSI高光谱数据和ICESat-GLAS波形数据,估测区域森林地上生物量。从平滑后的GLAS波形数据中提取波形长度W和地形坡度参数TS,建立GLAS森林最大树高估测模型;从GLAS波形数据中提取能量参数I(植被回波能量Ev和回波总能量E之比),建立GLAS森林郁闭度估测模型;利用GLAS估测的森林最大树高和森林郁闭度联合建立森林地上生物量模型。由于GLAS呈离散条带状分布,无法实现区域估测,因此研究将GLAS波形数据与HJ-1A/HSI高光谱数据联合,基于支持向量回归机算法实现森林地上生物量区域估测,得到研究区森林地上生物量分布图。研究结果显示,基于W和TS建立的GLAS森林最大树高估测模型的adj.R~2=0.78,RMSE=2.51m,模型验证的adj.R~2=0.85,RMSE=1.67m。地形坡度参数TS能够有效的降低地形坡度的影响;当林下植被高度为2m时,得到的基于参数I建立的GLAS森林郁闭度估测模型效果最好,模型的adj.R~2=0.64,RMSE=0.13,模型验证的adj.R~2=0.65,RMSE=0.12。利用森林最大树高和森林郁闭度建立的森林地上生物量模型的adj.R~2=0.62,RMSE=10.88 t/hm~2,模型验证的adj.R~2=0.60,RMSE=11.52 t/hm~2。基于支持向量回归机算法,利用HJ-1A/HSI和GLAS数据建立的森林地上生物量SVR模型,生成了森林地上生物量分布图,利用野外数据对得到的分布图进行验证,验证结果显示森林地上生物量估测值与实测值存在很强的线性关系(adj.R~2=0.62,RMSE=11.11 t/hm~2),能够满足林业应用的需要。因此联合ICESat-GLAS波形数据与HJ-1A高光谱数据,能够提高区域森林地上生物量的估测精度。     

黄土高原森林枯落物储量、厚度分布规律及其影响因素

森林枯落物的储量(LM)和厚度(LD)等物理属性,能够表征森林植被的物种多样性以及水源涵养、物质循环等生态功能,然而目前对枯落物储量和厚度分布规律与影响因素的深入探讨较少。以黄土高原为研究区,通过系统取样获得该区主要森林群落枯落物的储量与厚度数据,利用Kruskal-Wallis秩和检验、线性混合效应模型(LME)、普通最小二乘回归等统计方法,分别对不同林型枯落物储量和厚度的差异、储量和厚度的影响因素以及二者之间的关系进行分析。结果表明:1)针叶林与针阔混交林的枯落物储量和厚度差异不显著,但二者都显著大于阔叶林的储量和厚度。2)在纬度方向上,除南部个别点外,枯落物储量和厚度存在单峰格局,如储量在35°—36°N之间存在峰值,而厚度峰值则出现在36°—37°N之间。3)在海拔方向上,储量分布规律并不明显,厚度除了高海拔(3000 m以上)个别点外总体呈现递减格局;LME模型显示,枯落物储量与气温年较差、非生长季降水、总干面积和立木密度呈显著正相关,与乔木层丰富度呈显著负相关,而枯落物厚度与最冷月均温、生长季降水、总干面积和立木密度呈显著正相关,与乔木层丰富度、非生长季降水和坡度呈显著负相关;枯落物储量与厚度具有显著正相关关系,特别是在阔叶林和针叶林中,而对于针阔混交林来说二者并无显著相关性。研究结果可为黄土高原乃至中国北方地区生态系统碳循环评估和水土保持实践提供参考依据。