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
产生式编程最终的目标是一系列软件构件可以在生成器中自动符合需求地生成软件系统。开发序列比对算法构件装配平台的目的是尽可能地减少人工装配的工作,提高整个构件系统的自动化水平。
该平台主要包括三种功能需求,分别是构件转换、构件组装和代码运行。构件转换功能利用的主要是PAR平台中的Apla转换系统,这里不加以阐述。构件组装功能和代码运行功能可以分为四个模块:构件库、构件选择、代码组装、代码运行。各个模块之间的交互关系如图6-1所示。
图6-1 模块交互关系
构件库模块。该模块主要包括两部分,一部分是存储在文件中已完成转换的构件源代码,另一部分是存储在数据库中需进行人工开发或修改的Apla构件组装代码。构件库模块起相应的管理作用,可以对构件进行维护,例如对构件进行增、删、改、查操作,支持未来构件的扩充修改需求。(www.chuimin.cn)
构件选择模块。该模块读取构件库中的构件,根据构件的必选、可选特征和其归属的类型特征显示在平台界面上,比如对构件进行分类显示,必选特征无须用户选择,直接默认选择且不允许修改。用户在选择构件后,进行构件组合合法性检查,根据领域建模时维度-值的多选一或多选多关系以及构件之间的依赖关系对构件组合进行相应的约束,防止非法组合进入后续步骤。例如在没有选择渐进式比对时,渐进式比对模式构件无法选择,一些多选一的构件不可多选,等等。
代码组装模块。在完成构件选择后,该模块根据选择的构件,从后台数据库中获取所需的Apla组装代码,用户可对组装代码进行相应的修改,以正确调用构件库中被选择的构件。组装代码开发完成后,通过PAR中的转换系统,将Apla代码转换为相应的C++代码。最后,在平台后台完成可执行代码的组装编译操作,生成可执行程序。
代码运行模块。该模块在用户输入比对信息后,运行相应的可执行比对算法程序,使用户可直接在平台上进行序列比对操作,并将最终的算法运行结果显示在页面上。
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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
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
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
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
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
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。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:基于模型的方法。......
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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