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空间结构预测 在空间结构预测方面 比较成功的理论方法是同源模型法该方法的依据是 相似序列的蛋白质倾向于折叠成相似的三维空间结构运用同源模型方法可以完成所有蛋白质10 30 的空间结构预测工作 第六节生物信息学所用的方法和技术 1 数学统计方法2 动态规划方法3 机器学习与模式识别技术4 数据库技术及数据挖掘5 人工神经网络技术6 专家系统7 分子模型化技术8 量子力学和分子力学计算9 生物分子的计算机模拟10 因特网 Internet 技术 1 数学统计方法 生物活动常常以大量 重复的形式出现 既受到内在因素的制约 又受到外界环境的随机干扰 因此概率论和数学统计是现代生物学研究中一种常用的分析方法数据统计 因素分析 多元回归分析是生物学研究必备的工具隐马尔科夫模型 HiddenMarkovModels 在序列分析方面有着重要的应用 与隐马尔科夫模型相关的技术是马尔科夫链 MarkovChain 2 动态规划方法 动态规划 DynamicProgramming 是一种解决多阶段决策过程的最优化方法或复杂空间的优化搜索方法动态规划解决问题的基本过程是 将一个问题的全局解分解为局部解 逆序递推求出局部最优解 随着执行过程的推进 局部 逐渐接近 全局 最终获得全局最优解 3 机器学习与模式识别技术 机器学习机器学习是模拟人类的学习过程 以计算机为工具获取知识 积累经验1 遗传算法采用随机搜索方法 具有自适应能力和便于并行计算2 神经网络的理论是基于人脑的结构 其目的是揭示一个系统是如何向环境学习的 这一种方法被称为联接主义 模式识别模式识别是机器学习的一个主要任务 模式是对感兴趣客体定量的或者结构的描述 而模式识别就是利用计算机对客体进行鉴别 将相同或者相似的客体归入同种类别中模式识别主要有两种方法 根据对象的统计特征进行识别 根据对象的结构特征进行识别 环境 学习 知识库 执行 机器学习系统的基本结构 反馈 4 数据库技术及数据挖掘 数据库技术数据仓库虚拟数据库技术 VirtualDatabase 简称VDB 数据挖掘 datamining 又称作数据库中的知识发现 KnowledgeDiscoveryinDatabase 它是从数据库或数据仓库中发现并提取隐藏在其中的信息的一种新技术 它能自动分析数据 对它们进行归纳性推理和联想 寻找数据间内在的某些关联 从中发掘出潜在的 对信息预测和决策行为起着十分重要作用的模式数据挖掘过程一般分为4个基本步骤 数据选择 数据转换 数据挖掘和结果分析 5 人工神经网络技术 人工神经网络 ArtificialNeuralNetwork 简称ANN 是通过模拟神经元的特性以及脑的大规模并行结构 信息的分布式和并行处理等机制建立的一种数学模型在生物信息学中 使用得最多的是反向传播神经网络 BackPropagationNeuralNetwork 简称BP网 BP网被认为是稳定性和鲁棒性较强的人工神经网络之一 而且属于有监督学习的网络模型 标准的BP网由三层神经元组成 输入层 隐藏层和输出层 输入层 隐藏层 输出层 反向传播神经网络结构示意 6 分子模型化技术 分子模型化 Molecularmodeling 是利用计算机模拟分子结构 研究分子之间相互作用的一种技术分子模型化是进行分子设计的基础 分子图形学 MolecularGraphics 是进行分子模型化的一项重要技术 正是由于分子图形学和其它计算化学方法 如分子力学 分子动力学 的相互结合 才使得分子模型化方法取得成功 7 量子力学和分子力学计算 量子力学主要研究原子 分子 凝聚态物质 以及原子核和基本粒子的结构 性质的基础理论 在化学等有关学科中得到了广泛的应用分子力学 MolecularMechanics 方法是一种非量子力学的计算分子结构 能量与性质的方法 该方法应用经验势能函数 即经验力场方法模拟分子的结构 计算分子的性质在进行分子结构分析 构象优化 分子间相互作用研究及分子模拟时需要应用量子力学或分子力学 8 生物分子的计算机模拟 所谓生物分子的计算机模拟就是从分子或者原子水平上的相互作用出发 建立分子体系的数学模型 利用计算机进行模拟实验 预测生物分子的结构和功能 预测动力学及热力学等方面的性质分子动力学和蒙特卡罗方法 MonteCarlomethod 是两种最常用的技术 另一种模拟方法是模拟退火方法 计算机模拟实验 产生 设计 解释 9 因特网 Internet 技术 Internet已经成为生物学研究的平台 同时也成为分子生物学研究人员进行信息交流特别是生物分子数据的交流的场所通过网络查询或搜索所需要的生物信息 使用分析工具将所要处理的数据直接送到相应的网络服务器上 服务器接受你的处理请求 并将处理结果返回 生物信息学分析的数据对象主要有哪几种 这些数据之间存在着什么关系 生物信息学的主要研究任务是什么 目前生物信息