隨著人類微生物組計劃的迅速發(fā)展與應用,微生物之間的互作機制研究逐漸成為生物信息學領(lǐng)域研究的熱點,它有助于人類在健康監(jiān)測、疾病診療、個性化用藥等方面取得巨大進展。第二代測序技術(shù)的發(fā)展,使得研究學者可以獲取大量微生物群落和功能基因的數(shù)據(jù),已經(jīng)提出了很多實驗或者計算方法來挖掘分析微生物相互作用,但是大多數(shù)方法預測得到的是微生物之間的兩兩相互作用。在本研究中,我們使用基于概率邏輯的方法來推斷微生物的高階相互作用,突破微生物交互的成對關(guān)系限制,研究微生物三者之間的復雜關(guān)系,并系統(tǒng)應用到人類微生物組計劃的數(shù)據(jù)上。根據(jù)得到的微生物高階相互作用構(gòu)建高階交互網(wǎng)絡,基于三均勻超圖的理論方法,我們研究了基于超圖的特征對樣本進行關(guān)鍵物種識別和樣本分類方法,取得了較好的效果。主要的研究工作和貢獻如下:第一,基于概率邏輯提取微生物之間的高階相互作用。本文使用基于概率邏輯的方法挖掘微生物的高階相互作用,在人類微生物組計劃提供的數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)了4367個微生物的高階邏輯關(guān)系,這證明了高階邏輯的普遍存在性。我們還比較了高階邏輯類型在不同身體部位的分布異同。與經(jīng)典的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法對比,實驗結(jié)果表明概率邏輯方法比已有的關(guān)聯(lián)規(guī)則方法更為有效。不僅能挖掘到頻繁微生物之間的高階相互作用,也能挖掘到稀疏微生物之間的高階相互作用。而且能克服關(guān)聯(lián)規(guī)則存在的大量冗余規(guī)則和內(nèi)存開銷過大的缺陷。通過分析微生物的代謝網(wǎng)絡,我們發(fā)現(xiàn)微生物之間的資源交互對所得高階相互作用具有一定程度的貢獻,這解釋了計算結(jié)果的生物學意義。第二,基于三均勻超圖分析的微生物關(guān)鍵物種識別和樣本分類方法。目前的微生物交互網(wǎng)絡大多都是兩兩關(guān)聯(lián)的簡單網(wǎng)絡,而微生物高階交互關(guān)系難以用經(jīng)典圖論分析方法來分析,但超圖模型提供了這樣一個很好的建模方法,能更好地可視化和描述微生物的復雜相互作用。本文通過三均勻超圖來分析微生物高階關(guān)系網(wǎng)絡,融合超圖節(jié)點的度與損失度來識別微生物高階網(wǎng)絡中的關(guān)鍵物種。為驗證該方法的有效性和可用性,使用該方法將屬級別的253種微生物標記為關(guān)鍵物種或非關(guān)鍵物種,將標記的數(shù)據(jù)集按1:1分成訓練集和測試集,利用監(jiān)督算法LDA判別模型進行分類實驗。計算超圖的特征,包括中介中心性,接近中心性和特征向量中心性。最后使用節(jié)點移除法作為對照實驗。實驗結(jié)果表明,本文提出的融合方法比節(jié)點移除法能更有效地識別網(wǎng)絡中的關(guān)鍵物種,基于超圖的特征可以對樣本進行有效的分類,準確率達到90.61%。
【學位單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：O157.5;Q93-3
【部分圖文】：

率起著主導型作用［１７］。ＺｅｌｅｚｎｉａｋｅｔａＰ８］通過使用基因組規(guī)模的代謝模型方法系統(tǒng)地逡逑調(diào)查了邋８００多個群落的資源競爭和代謝交換的程度。如下圖１．１所示，對于所有可逡逑能的兩個、三個和四個物種組合的子群落，使用Ｆｉｓｈｅｒ精確檢驗來評估共現(xiàn)關(guān)系的逡逑顯著性，從而解釋了涉及兩個以上物種的高階相互作用的可能性。這些研究表明存逡逑在高階效應和探索它們的重要性。逡逑

粉土壤降解細菌組合分析組合的淀粉分解功能發(fā)現(xiàn)高階相互作用對于淀粉分解速逡逑率起著主導型作用［１７］。ＺｅｌｅｚｎｉａｋｅｔａＰ８］通過使用基因組規(guī)模的代謝模型方法系統(tǒng)地逡逑調(diào)查了邋８００多個群落的資源競爭和代謝交換的程度。如下圖１．１所示，對于所有可逡逑能的兩個、三個和四個物種組合的子群落，使用Ｆｉｓｈｅｒ精確檢驗來評估共現(xiàn)關(guān)系的逡逑顯著性，從而解釋了涉及兩個以上物種的高階相互作用的可能性。這些研究表明存逡逑在高階效應和探索它們的重要性。逡逑Ａ邋Ｓａｍｐｔｅｌ邐ＳｕｍｐｉｅＮ邐Ｄ邐Ｐ？ａｎｃｔｏｍｙｃ？ｔｅｓ逡逑Ｓ＾ｎｐｌ＊邋ｔｘｘｎｍｕｎｆｙ邐＾邐＾邋＾逡逑ｃ邋 …ｍｈｍｈｉ邋＾逡逑？邋１ＨＰ．６Ｂ邐？邐ＢＡｃｔｏｏｔｅｃＷｒ－逡逑ＯＰｈ．ｎｃｔｏｍｙａ＾邐｜邐；逡逑０％邐２５％邐５０＊＾邐７０％邋１０ＯＳ邐＼邐＿逡逑Ｐｎｙｌｕｎｎ邋ｄｓｌｒｔＭｉｉｃｎ邋ａｍｏｎｇ邋ｃｘ＞－ｏｃｃｕｎｎｎｇ邋ｔｕｂｃｏｏｖｎｕｎｉｔＡＫ邐＊邋＾逡逑＾邋Ｗ邋＾ｒ邋－邋ＡＭＢＫ邋／逡逑Ｓｐ？ｃｉ？ｓ邋ｆｒｏｍ邋？邐＾ｈｙｔａ邋Ａ邋ａｎｄ邋Ｂ邋？？邋ｐａ＂邋0＜邐＾邋＜ｃ逡逑ｐｈｙ？ｕｍＢｃｏ－ｏｅｃｕｒｃｏ＾ｊｃｃｕｍｎｇｍｉｂｃｏｍｍｕｎｒｔｗｗ邋Ｖ逡逑ｔｘｌ？ｏｔ邋ｔｏ邋ｗｈｉｃｈ邋ｐｈ＞ｔｅ邋Ａ邋ａｎｄ邋Ｇ邋＊■、Ｓｏｒｔｅｔｌ邋（ｔｅｓｃｗｎｄｉｎｇ邐－？逡逑ｏｒ＊邋ｔｏｕｎＯ邋？0邋ｃｏ－ｏｃｃｕｍｎ0邐＾１邋Ｐ？？ｙ＊ｗｎｉ邋ｐｗｌｏｐｕｔｉｏｆｌ邐＾邐Ｓ邐

有助于更精確地表示生物知識。ＳＯＯ－．丨ｉｎ邋Ｋｉｍ邋ｅｔａｌｌ３Ｇ］從癌癥基因組譜中構(gòu)建高階逡逑ｍｉＲＮＡ－ｍＲＮＡ相互作用網(wǎng)絡，利用網(wǎng)絡顯示致癌或者腫瘤抑制特征，可以幫助假逡逑設(shè)和理解癌癥的分子發(fā)病機制，具體的網(wǎng)絡構(gòu)建過程如下圖１．３所示。逡逑邐Ｈｙｐｅｒｇｒａｐｈ－ｂａｓｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋邐逡逑ｍｉＲＮＡ＊邋？邋ｍＲＮＡ＊逡逑Ｖ－邋＇Ｃａｒ？ｃ？ｆ－？ｐ？ｃ＊ｆｉｃ邋ｍｔ？ｒ？ｃｔｉｏｎｍ逡逑ｒｒｎ邋＾邐ｍｉＲＮＡ－ｍＲＮＡ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ｎｅｔｗｏｒｋｓ逡逑ｍｉＲＮＡ－ｍＲＮＡ邋ｄａｔａ邐ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ邋ｗｔｔｈ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉｆｉｃ邋ｃａｎｃｅｒ逡逑ｍａｔｒｉｘ邐ｐｖｊ邐逡逑圖１．３構(gòu)建高階ｍｉＲＮＡ－ｍＲＮＡ相互作用網(wǎng)絡的模型示意圖逡逑如果可以在微生物生態(tài)學中鑒定關(guān)鍵物種，這可能對增強微生物群落結(jié)構(gòu)認識逡逑及其與宿主或環(huán)境的相互作用的深入了解具有重要意義。在人類中，考慮到微生物逡逑群在健康和疾病中的核心重要性，目前許多研宄者對闡明維持粘膜表面宿主微生物逡逑體內(nèi)平衡的機制以及干擾這種體內(nèi)平衡的機制有著極大的興趣，這些機制會導致失逡逑調(diào)和炎癥疾病的發(fā)生。支持和穩(wěn)定與疾病狀態(tài)相關(guān)的微生物群的基石微生物在這里逡逑被稱為“基石病原體”。重要的是，即使作為微生物群的次要成分定量存在，關(guān)鍵病逡逑原體也能引發(fā)炎癥，這與顯性病原體誘導的炎癥形成了鮮明對比，后者成為微生物逡逑群的主要成分，同時抑制共生體。逡逑針對微生物高階相互作用提取和網(wǎng)絡分析識別關(guān)鍵物種

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 謝剛;張文生;;概率邏輯程序研究綜述[J];山西大學學報(自然科學版);2016年03期

2 李旭燕;;對帕斯卡概率邏輯的批判性反思[J];學術(shù)論壇;2007年09期

3 王潔;鞠實兒;;概率邏輯程序[J];計算機科學;2003年07期

4 任曉明;略論非帕斯卡概率邏輯的知識創(chuàng)新意義[J];攀枝花大學學報;2002年01期

5 王雨田;;概率邏輯的形成與歸納邏輯史的研究[J];國內(nèi)哲學動態(tài);1984年09期

6 張晨東,謝兵,陳火旺,徐光;概率邏輯含多重原子交集分解模型的可靠性[J];計算機研究與發(fā)展;1998年08期

7 熊學亮;語言交際的概率邏輯分析[J];外國語(上海外國語大學學報);1995年02期

8 趙曉芬;;評貝葉斯方法對概率邏輯的繼承和發(fā)展[J];安徽警官職業(yè)學院學報;2011年04期

9 徐光美;楊炳儒;張偉;寧淑榮;;概率邏輯模型與學習研究進展[J];計算機科學;2007年01期

10 弓肇祥;;全國歸納與概率邏輯討論會紀要[J];國內(nèi)哲學動態(tài);1984年11期

相關(guān)會議論文 前6條

1 吳炳榮;;熵與概率邏輯[A];1995年邏輯研究專輯[C];1995年

2 夏年喜;;試析凱恩斯概率邏輯思想產(chǎn)生的歷史條件[A];2000年邏輯研究專輯[C];2000年

3 吳強;張巍;蔡慶生;;互聯(lián)網(wǎng)上智能Agent軟件算法研究[A];2003年中國智能自動化會議論文集（下冊）[C];2003年

4 張惠民;;論模糊概率邏輯[A];1995年邏輯研究專輯[C];1995年

5 劉邦凡;;論概率、概率邏輯與知識進步[A];改革開放以來邏輯的歷程——中國邏輯學會成立30周年紀念文集（上卷）[C];2009年

6 季秋;王萬森;王新;;人工智能中邏輯學的研究[A];邏輯與認知學術(shù)研討會會議論文集[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 南華期貨研究所 丁玉潔;日內(nèi)持倉異動與期價漲跌的“概率邏輯”[N];期貨日報;2011年

2 胡子悅 河北大學哲學系;卡爾納普的概率邏輯[N];中國社會科學報;2016年

相關(guān)博士學位論文 前5條

1 惠小靜;計量邏輯學及其隨機化研究[D];陜西師范大學;2008年

2 耿雪娜;離散事件系統(tǒng)的可診斷性問題研究[D];吉林大學;2017年

3 李勇;基于條件事件代數(shù)的概率邏輯推理和概率邏輯衍推推理[D];云南大學;2010年

4 謝偉凱;智能空間關(guān)鍵支撐技術(shù)的研究[D];清華大學;2003年

5 肖波;模態(tài)概率邏輯[D];清華大學;2014年

相關(guān)碩士學位論文 前8條

1 余麗輝;基于概率邏輯的微生物高階相互作用提取方法研究[D];華中師范大學;2019年

2 鄭昊;歸納邏輯或然性問題研究[D];昆明理工大學;2010年

3 沈旭明;論賴欣巴哈的邏輯哲學思想[D];中南大學;2004年

4 衛(wèi)兵;條件句概率邏輯：拉姆齊測驗+摩爾式原則=上帝？[D];云南師范大學;2014年

5 郭加安;基于泛邏輯學的概率邏輯及其算子的研究[D];首都師范大學;2007年

6 季秋;基于發(fā)生率計算的不確定性推理理論研究[D];首都師范大學;2005年

7 許海洋;基于泛邏輯學的概率邏輯算子的研究[D];首都師范大學;2006年

8 楊恒剛;科恩歸納分級理論研究[D];燕山大學;2008年

本文編號：2834649