基于动态规划的快速序列比对算法

序列比对算法是生物信息学中重要的研究方向之一,而动态规划法是序列比对算法中最有效最基本的方法．由于原有的基本动态规划方法时间和空间复杂度大,不适合实际的生物序列比对,因此本文在分析介绍几种相关动态规划算法的基础上,提出了一种基于动态规划的快速序列比对算法UKK_FA．实验结果表明,该算法有效地降低了时间复杂度,具有一定的实用性。     

新型图形硬件支持下的动态规划局部比对算法加速研究

为探索准确、高效、低成本、通用性并存的生物序列局部比对方法。将点阵图算法、启发式算法等各种序列局部比对算法中准确性最高的动态规划局部比对算法在计算机中实现,并通过流式模型将其映射到图形硬件上以实现算法加速,再通过实例比对搜索数据库完成比对时间和每秒百万次格点更新（MCUPS）性能值评测。结果表明,该加速算法在保证比对准确性的同时,能显著提升比对速度。与目前最快的启发式算法相比,比对平均加速为14.5倍,最高加速可达22.9倍。     

生物序列比对算法的研究现状

序列比对是生物信息学研究的一个重要工具,它在序列拼接、蛋白质结构预测、蛋白质结构功能分析、系统进化分析、数据库检索以及引物设计等问题的研究中被广泛使用。本文详细介绍了在生物信息学中常用的一些序列比对算法,比较了这些算法所需的计算复杂度,优缺点,讨论了各自的使用范围,并指出今后序列比对研究的发展方向。     

基于Progressive多序列比对方法的求解多序列比对的启发式算法

在生物信息学研究中,生物序列比对问题占有重要的地位。多序列比对问题是一个NPC问题,由于时间和空间的限制不能够求出精确解。文中简要介绍了Feng和Doolittle提出的多序列比对算法的基本思想,并改进了该算法使之具有更好的比对精度。实验结果表明,新算法对解决一般的progressive多序列比对方法中遇到的局部最优问题有较好的效果。     

一个新的核酸序列比对算法及其在序列全局比对中的应用

目前在序列比对中所广泛使用的动态规划算法,虽然能达到最优比对结果,但却由于具有高计算复杂度O(N_2)而极大地降低了计算效率。将多阶段动态规划决策算法用于两两序列比对并用Visual BASIC编程实现,结果发现该新算法在将计算复杂度减小到O(N)的同时,也能够获得较为理想的计算精度,预期将在序列全局比对中起重要作用。     

一个新的多序列比对算法

多序列比对是生物信息学中基础而又重要的序列分析方法.本文提出一种新的多序列比对算法,该算法综合了渐进比对方法和迭代策略,采用加权函数以调整序列的有偏分布,用neighbor-joining方法构建指导树以确定渐进比对的顺序.通过对BAlibASE中142组蛋白质序列比对的测试,验证了本算法的有效性.与Multalin算法比较的结果表明,本算法能有效地提高分歧较大序列的比对准确率.     

多序列渐进式比对算法研究与比较

多序列比对是一种重要的生物信息学工具,在生物的进化分析以及蛋白质的结构预测方面有着重要的应用。以ClustalW为代表的渐进式多序列比对算法在这个领域取得了很大的成功,成为应用最为广泛的多序列比对程序。但其固有的缺陷阻碍了比对精度的进一步提高,近年来出现了许多渐进式比对算法的改进算法,并取得良好的效果。本文选取了其中比较有代表性的几种算法对其基本比对思想予以描述,并且利用多序列比对程序平台BAliBASE和仿真程序ROSE对它们的精度和速度分别进行了比较和评价。     

GPGPU加速生物序列比对研究进展

序列比对是生物信息学中最常用和最经典的研究手段。生物序列比对需要有强大计算能力的硬件支撑,而近年快速发展起来的GPGPU正好可堪此任。本文首先介绍GPGPU的发展过程,进而讲述GPGPU硬件设备与其编程环境,然后对GPGPU做科学计算时需要的数学库函数做一介绍,最后综述近年来国内外基于GPGPU的生物序列比对软件和相关研究工作,并总结和展望其辉煌前景。     

高通量测序序列比对研究综述

高通量测序技术的飞速发展,给生物信息学带来了新的机遇和挑战,第二代测序序列数量多、长度短使得原来的序列分析手段不再适用。近几年来,针对高通量测序的序列分析算法和软件日益增多,目前已有上百种,导致选择合适的软件成为一个难题。对第二代测序的测序类型、序列类型以及分析算法进行了总结和归纳,对现今常用的分析软件的序列的类型、长度以及软件应用算法、输入/输出格式、特点和功能等方面做了详细分析和比较并给出建议。分析了现今测序技术和序列分析存在的问题,预测了今后的发展方向。     

参数序列比对算法研究

序列比对是生物信息学中的一项重要任务,通过序列比对可以发现生物序列中的功能、结构和进化的信息。序列比对结果的生物学意义与所选择的匹配、不匹配、插入和删除以及空隙的罚分函数密切相关。现介绍一种参数序列比对方法,该方法把最佳比对作为权值和罚分的函数,可以系统地得到参数的选择对最佳比对结果的影响。然后将其应用于RNA序列比对,分析不同的参数选择对序列比对结果的影响。最后指出参数序列比对算法的应用以及未来的发展方向。     

多序列比对算法的研究进展

多序列比对在阐明一组相关序列的重要生物学模式方面起着十分重要的作用。自从计算机的出现,就有许多研究者致力于多序列比对算法。人类基因组计划和单体型计划使多序列比对研究再次成为研究热点。本文详细归纳了多序列比对的主要算法,总结了国内外近年来多序列比对的研究进展,同时也分析并预测了未来该问题的研究方向。     

基于量子进化算法的RNA序列-结构比对

多序列比对是计算分子生物学的经典问题,也是许多生物学研究的重要基础步骤．RNA作为生物大分子的一种,不同于蛋白质和DNA,其二级结构在进化过程中比初级序列更保守,因此要求在RNA序列比对中不仅要考虑序列信息,更要着重考虑二级结构信息．提出了一种基于量子进化算法的RNA多序列-结构比对程序,对RNA序列进行了量子编码,设计了考虑进结构信息的全交叉算子,提出了适合于进行RNA序列-结构比对的适应度函数,克服了传统进化算法收敛速度慢和早熟问题．在标准数据库上的测试,证实了方法的有效性．     

基于Yarn云平台的生物基因多序列比对并行算法

为了解决生物信息学中基因多序列比对的计算速度慢和软件陈旧的问题,提出了基于Yarn(Yet Another Resource Negotiator)云平台的生物基因多序列比对并行计算方法Yarn_clustalW。分析了clustalW算法的数学模型及其面向MapReduce的任务划分方式,Yarn_clustalW中综合考虑了基因的长度和数目,采用一种基于阈值刻度的任务划分方式。利用NCBI的GenBank生物基因数据作为案例程序进行了测试。实验结果表明:Yarn_clustalW比起多序列比对clustalW串行计算方法具有更快的运行时间与加速比,可以使生物科研人员节省很多时间与精力,方便对于药物靶标的发现,缩短生物药物的开发周期。     

Alignment algorithm for homology modeling and threading.

A DNA/protein sequence comparison is a popular computational tool for molecular biologists. Finding a good alignment implies an evolutionary and/or functional relationship between proteins or genomic loci. Sequential similarity between two proteins indicates their structural resemblance, providing a practical approach for structural modeling, when structure of one of these proteins is known. The first step in the homology modeling is a construction of an accurate sequence alignment. The commonly used alignment algorithms do not provide an adequate treatment of the structurally mismatched residues in locally dissimilar regions. We propose a simple modification of the existing alignment algorithm which treats these regions properly and demonstrate how this modification improves sequence alignments in real proteins.     

基于残基相互作用网络比对的木聚糖酶热稳定性的研究

研究木聚糖酶的耐热机理能够提升工业生产效率和经济效益。本文使用提出的SI-MAGNA残基相互作用网络比对算法对来自嗜热子囊菌（Thermoascus aurantiacus）的耐热型木聚糖酶和来自变铅青链霉菌（Streptomyces lividans）的常温型木聚糖酶进行网络比对,以探究影响两者结构稳定性和热稳定性的因素。通过比对结果分析：证实了(βα)8-桶结构的低序列保守性及β折叠对结构稳定性的作用;发现了1E0W的loop1区域中独有一个310-螺旋结构影响了结构稳定性;1TUX中的α1’短螺旋结构和相对较短的β4α4-loop区域有助于提升其结构稳定性和酶的热稳定性;推测1TUX的β4α4-loop区域中独有的氢键转折结构和1E0W的loop6区域中独有的2个β桥结构可能引起空间结构的细微差异,从而影响酶的热稳定性。     

一个基于Blast程序的多重序列对齐程序——Mblast

核酸序列和蛋白质序列的相似性分析日益成为生物信息学研究的核心内容.NCBI的Blast程序是进行此类分析的最有力工具.虽然它提供了初步的将多条序列进行综合对齐的分析方案,但是实际效果却很不理想.在对Blast程序的输出结果进行仔细分析的基础上,基于“求同存异”的思想,我们编制了一个多重序列对齐程序Mblast.该程序与目前流行的序列多重对齐程序相比,更容易检出序列的同源区.     

BCL::Align—Sequence alignment and fold recognition with a custom scoring function online

BCL::Align is a multiple sequence alignment tool that utilizes the dynamic programming method in combination with a customizable scoring function for sequence alignment and fold recognition. The scoring function is a weighted sum of the traditional PAM and BLOSUM scoring matrices, position-specific scoring matrices output by PSI-BLAST, secondary structure predicted by a variety of methods, chemical properties, and gap penalties. By adjusting the weights, the method can be tailored for fold recognition or sequence alignment tasks at different levels of sequence identity. A Monte Carlo algorithm was used to determine optimized weight sets for sequence alignment and fold recognition that most accurately reproduced the SABmark reference alignment test set. In an evaluation of sequence alignment performance, BCL::Align ranked best in alignment accuracy (Cline score of 22.90 for sequences in the Twilight Zone) when compared with Align-m, ClustalW, T-Coffee, and MUSCLE. ROC curve analysis indicates BCL::Align's ability to correctly recognize protein folds with over 80% accuracy. The flexibility of the program allows it to be optimized for specific classes of proteins (e.g. membrane proteins) or fold families (e.g. TIM-barrel proteins). BCL::Align is free for academic use and available online at http://www.meilerlab.org/.