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基于引力场算法的基因调控网络构建

郑明1,刘桂霞1,周柚1,周春光2   

  1. 1. 吉林大学计算机科学与技术学院
    2. 吉林大学计算机科学与技术学院计算智能教研室
  • 收稿日期:2013-02-06 修回日期:2013-04-12 发布日期:2013-06-20
  • 通讯作者: 周柚

Reconstruction of gene regulatory network based on gravitation field algorithm

  • Received:2013-02-06 Revised:2013-04-12 Published:2013-06-20

摘要: 为了解决传统基因调控网络构建算法准确度不高且效率低下的问题,使用一种基于微分方程的新型网络构建算法。算法分为奇异值分解和引力场算法两部分,奇异值分解策略用来缩小解空间范围,提高运行效率。引力场算法是本文核心,共分初始化,解空间分解,移动算子和吸收算子四步骤。分解策略采用随机分组法,移动算子采用元素逐个移动法并可根据收敛效果重新移动。最后将本文算法与另两种启发式搜索算法下的网络构建进行比较,构建模拟和真实的基因调控网络。实验结果显示:本文算法具有更高的执行效率。

关键词: 人工智能, 引力场算法, 基因调控网络, 优化算法, 奇异值分解

Abstract: In order to resolve the inefficiency of reconstruction of gene regulatory networks (GRNs) in system biology, we proposed a novel inference algorithm from gene expression data based on differential equation model. In this algorithm, two methods were included for inferring GRNs. One is singular value decomposition method (SVD). The other is gravitation field algorithm (GFA). SVD is used to decompose gene expression data, determine the algorithm solution space, and get all candidate solutions of GRNs. GFA is the kernel part in our algorithm. GFA was divided into four parts: initialization, division of solution space, movement operator, absorption. Random group method was used in division of solution space. Every element movement method was used in movement operator. The proposed algorithm is validated on both the simulated scale-free network and real benchmark gene regulatory network in networks database. Both genetic algorithm and simulated annealing were also used to evaluate gravitation field algorithm. The cross-validation results confirmed the effectiveness of our algorithm, which outperforms significantly other previous algorithms.

Key words: artificial intelligence, gravitation field algorithm, gene regulatory networks, optimal algorithm, singular value decomposition

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