【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,生物分析儀器也在不斷得到改良,微生物檢測(cè)也從常規(guī)檢測(cè)一步步過(guò)渡到分子生物學(xué)的檢測(cè)其中大部分為DNA進(jìn)行檢測(cè),納米孔測(cè)序技術(shù)是新一代DNA檢測(cè)技術(shù),因此使用納米孔檢測(cè)微生物也成為了當(dāng)今的前沿科技。本文主要利用納米孔測(cè)序技術(shù),使用FPGA等硬件作為儀器的搭建主體,使用智能算法對(duì)其進(jìn)行分類,鑒定DNA種類,主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,針對(duì)無(wú)法獲取DNA原始電流的現(xiàn)象,從歐洲核苷酸檔案館中獲取MinION設(shè)備的數(shù)據(jù),并將事件信息重建成原始信號(hào)數(shù)據(jù),利用MATLAB制成mif文件。分析了三種數(shù)字電路頻率合成技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),并從中選擇了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS),用其設(shè)計(jì)了一套多通道的模擬數(shù)據(jù)生成設(shè)備,并將其作為本論文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源。其次,使用ADC9226芯片設(shè)計(jì)了一套高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,并利用了FPGA編程將數(shù)據(jù)源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻率采集,同時(shí)使用千兆以太網(wǎng)模塊編寫(xiě)了一個(gè)不使用MAC IP核的UDP通訊模塊,將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至上位機(jī),實(shí)驗(yàn)證明其工作速率的確可以達(dá)到千兆,可以滿足對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。再次,對(duì)生物納米孔測(cè)序原理進(jìn)行了分析,并分析出其產(chǎn)生誤差的兩個(gè)根本原因。介紹了傳統(tǒng)的堿基識(shí)別算法與特征提取方式。在此基礎(chǔ)上,將腦電波處理領(lǐng)域中的Hjorth參數(shù)作為DNA原始信號(hào)數(shù)據(jù)的特征提取手段,并構(gòu)建了全新的DNA種類識(shí)別分類器設(shè)計(jì),利用這個(gè)分類器可以大幅度的減少計(jì)算復(fù)雜度和判斷時(shí)間。最后,對(duì)多種人工智能分類器進(jìn)行了闡述,并從中選取支持向量機(jī)分類器以及隨機(jī)森林分類器對(duì)180組大腸桿菌和熒光假單胞菌測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類驗(yàn)證。同時(shí)使用了網(wǎng)格搜索、遺傳算法、樹(shù)形Parzen評(píng)估器算法(TPE)分別對(duì)兩種分類器進(jìn)行了超參數(shù)優(yōu)化,將最終優(yōu)化后的隨機(jī)森林分類器繪制ROC曲線比較其性能,最終發(fā)現(xiàn)使用遺傳算法和TPE算法優(yōu)化的隨機(jī)森林算法對(duì)這二者分類效果很好。同時(shí)利用多種軟件完成儀器的最終驗(yàn)證。
【圖文】：

圖 1.1 “蛟龍?zhí)枴睗撏?圖 1.2“和平號(hào)”空間站圖 1.2 為“和平號(hào)”空間站，其長(zhǎng)期在 100kPa 的總壓力，21kPa 的氧分壓下，，在 23℃左右，同時(shí)濕度又適中在 30%~70%左右，極易滋生細(xì)菌和真菌，又與，生成自己的微生物系統(tǒng)。在服役的 15 年內(nèi)，飽受細(xì)菌和真菌的危害。通過(guò)到的樣本帶回地球分析之后發(fā)現(xiàn)，竟然有 234 種微生物，其中還包含大量的致]。然而微生物運(yùn)回地球的時(shí)候就會(huì)發(fā)生一系列的不可測(cè)變化，從而導(dǎo)致采樣時(shí)時(shí)刻微生物狀態(tài)并不完全相同，而派遣一個(gè)專業(yè)的生物學(xué)家進(jìn)入太空站的成本

圖 1.1 “蛟龍?zhí)枴睗撏?圖 1.2“和平號(hào)”空間站圖 1.2 為“和平號(hào)”空間站，其長(zhǎng)期在 100kPa 的總壓力，21kPa 的氧分壓下，在 23℃左右，同時(shí)濕度又適中在 30%~70%左右，極易滋生細(xì)菌和真菌，又與，生成自己的微生物系統(tǒng)。在服役的 15 年內(nèi)，飽受細(xì)菌和真菌的危害。通過(guò)到的樣本帶回地球分析之后發(fā)現(xiàn)，竟然有 234 種微生物，其中還包含大量的致]。然而微生物運(yùn)回地球的時(shí)候就會(huì)發(fā)生一系列的不可測(cè)變化，從而導(dǎo)致采樣時(shí)時(shí)刻微生物狀態(tài)并不完全相同，而派遣一個(gè)專業(yè)的生物學(xué)家進(jìn)入太空站的成本
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN791;Q-337

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本文編號(hào)：2671963