本节根据MSAA的特征模型和渐进式比对算法构件的交互模型,利用Apla语言的高抽象性、对泛型及ADT的良好支持以及易于正确性验证等优点,来形式化实现多序列比对算法构件。prog构件该构件为ADT类型HMSAA中的泛型子程序,根据传入不同类型的计算比对步骤进行渐进式比对。result_op构件该构件为ADT类型,泛型子程序multiAlign_op在多序列比对结果的基础上,对结果进行格式化输出。......
2023-10-25
形式化方法按其形式化程度来分,主要有两种:完全形式化方法和部分形式化方法。
1.完全形式化方法
对于一个给定的算法程序设计问题,先用符号化的规范描述语言,写出这个问题的形式化规范,然后采用变换方法,将问题的形式规范变换成可执行的程序。变换的开始、中间到结束、产物是一符号串,这种形式化方法称为完全形式化方法。使用完全形式化方法产生程序的过程可以用计算机机械地产生,但目前用这种方法只能产生没有创造性劳动的简单程序。
2.部分形式化方法
对于一个给定的算法程序设计问题,先写出该问题的形式化规范,然后使用形式化和非形式化相结合的方法,开发或证明算法程序正确,这种方法常称为部分形式化方法或数学家的形式化方法。使用这种类型的形式化方法常常可以设计和证明一类相当复杂的算法程序和软件。目前在各类数学和程序设计方法学专著和教材中使用的方法就是部分形式化方法。使用这种方法进行软件或算法程序设计或证明时,非形式化方法不能够由计算机机械地进行。
由前面的叙述可知,软件开发的形式化方法作为一般形式化方法的特例,也存在其固有的局限性,因此软件开发过程不可能完全形式化。所以,目前软件开发的形式化方法主要是以部分形式化方法为主。
总体上,形式化软件开发方法大致可分为以下五类:(www.chuimin.cn)
(1)基于模型的方法。给出系统(程序)状态和状态变换操作的显式但亦是抽象的定义,但对于并发没有显式的表示。Z和VDM即属于这类方法。
(2)代数方法。通过联系不同操作间的行为关系而给出操作的隐式定义,而不是定义状态。同样,它亦未给出并发的显式表示。
(3)过程代数方法。给出并发过程的一个显式模型,并通过过程间允许的可观察的通信上的限制(约束)来表示行为。
(4)基于逻辑的方法。有很多方法采用逻辑来描述系统的特性,包括程序行为的低级规范和系统时间行为的规范。
(5)基于网络的方法。根据网络中的数据流显式地给出系统的并发模型,包括数据在网中从一个节点流向另一个节点的条件。
有关形式化开发多序列比对算法的文章
本节根据MSAA的特征模型和渐进式比对算法构件的交互模型,利用Apla语言的高抽象性、对泛型及ADT的良好支持以及易于正确性验证等优点,来形式化实现多序列比对算法构件。prog构件该构件为ADT类型HMSAA中的泛型子程序,根据传入不同类型的计算比对步骤进行渐进式比对。result_op构件该构件为ADT类型,泛型子程序multiAlign_op在多序列比对结果的基础上,对结果进行格式化输出。......
2023-10-25
已经存在的多序列比对算法主要有三类:精确比对算法,渐进式比对算法和迭代比对算法。Thompson和Higgins于1994年对渐进式多序列比对算法进行了实现,提出了Clustal W算法。它在数据量较大和距离较远的序列比对中更准确,且消耗时间更短,该算法还在不断改进以适应数据量剧增的多序列比对需求。......
2023-10-25
通过对目前常用的多序列比对算法进行研究,利用FODM的建模方法对MSAA进行特征建模。多序列比对操作是MSAA的核心服务,双序列比对操作、系统发生树构建操作、启发式多序列比对操作,目标函数是该领域中的主要功能,其中双序列比对操作、系统发生树构建操作为可选择的功能,目标函数和启发式多序列比对是必选的功能。此外,目标函数计算参数选择也是其行为特点,包括罚分模型和替换矩阵两个值。图5-1MSAA的特征模型......
2023-10-25
本实验采用C++语言,使用VS2019集成开发环境。替换矩阵采用Clustal W中默认的IUB矩阵。最终比对结果与Clustal W和Clustal O的比对结果,如图5-7所示。图5-7算法结果比较通过对PAR方法和PAR平台的使用,我们运用Apla语言以半自动的方式组装形成了基于系统发生树的渐进式比对算法,并将Apla程序转换成了C++代码,得到了可运行的算法程序,算法结果与Clustal W和Clustal O进行了比较,基本的保守位点和相似区域都可有效发现,具有一定的生物学意义。......
2023-10-25
在序列比对的过程中,由于无法使用能否准确反映生物学意义这一概念来衡量序列比对结果的质量,因此我们引入了目标函数这一数学模型对序列比对结果进行评价。然而,在多序列比对中,目标函数的计算要复杂得多,且如何选择合适的目标函数也需要加以考虑。理论上目标函数可以尽可能准确、有效地反映多序列比对结果的质量,并能发现更多的生物学意义。目前,对于目标函数的研究还在持续地进行,相关的优化方式也在不断提出。......
2023-10-25
虚线箭头表示在算法执行过程中两个构件之间需进行交互,例如多序列比对模式构件需调用双序列比对构件、目标函数构件、系统发生树构件来进行组装操作。......
2023-10-25
经过上述分析,我们可以对图5-2中的交互模型做进一步细化,将模型中关于渐进式比对的构件进行拆分,形成图5-4所示的渐进式多序列比对算法构件交互模型。图5-3常见的渐进式比对算法的步骤下面对关键构件进行简单的形式化描述,以便于该领域算法构件的实现。seq_check构件图5-4渐进式多序列比对算法构件交互模型msa_mode构件|[in user settings out msa_mode:ADT]|AQ:用户的相关设置。......
2023-10-25
由此可见,双序列比对也是MSAA的重要组成部分。在多序列比对中常用的双序列比对算法包括动态规划算法和启发式快速比对算法,动态规划算法主要包括NW算法、SW算法、Hirschberg算法等。本文研究中所需的双序列比对算法也是应用了《基于动态规划的双序列比对算法构件设计与实现》一文中的实现方式。以保留的种子片段在靶序列中出现的位置为基础进行两端的扩展,并形成比对,比对的方式可以是动态规划算法。......
2023-10-25
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