استنتاج شبکه های تنظیمات ژنی از روی داده های سری زمانی Microarray به وسیله شبکه های بیزین دینامیک

عنوان : استنتاج شبکه های تنظیمات ژنی از روی داده های سری زمانی Microarray به وسیله شبکه های بیزین دینامیک

تعداد صفحات : 92

چکیده

شبکه های تنظیم کننده ژنتیکی مجموعه ای از ارتباطات ژن-ژن هستند که رابطه علت و معلولی را در فعالیت های ژنی ایجاد می کنند. دانش ما در مورد این شبکه ها نقش بسیار موثری در شناخت فرآیندهای زیستی ایفا می کند و می تواند باعث کشف روش های جدید برای درمان بیماری های پیچیده و تولید داروهای اثر گذار گردد.

روش های زیادی برای تشخیص شبکه های تنظیم کننده ژنتیکی پیشنهاد شده است. در این میان، شبکه های بیزین دینامیک مزایای ویژه ای دارا می باشند که باعث شده تا توجه زیادی را به خود جلب کنند.

با وجود تحقیقات انجام شده در این زمینه، مهندسی معکوس شبکه های تنظیم کننده ژن به وسیله شبکه های بیزین دینامیک به هیچ عنوان امری بدیهی نیست. غالباً تعداد نمونه های موجود برای آموزش مدل از تعداد مجهولات مسئله بسیار کمتر است. همچنین میزان پیچیدگی زیاد این مدل ها و دقت آنها از مهم ترین نواقص آن ها می باشند.

یکی از عمده ترین روش هایی که برای بالا بردن دقت شبکه های استنتاج شده به کار گرفته می شود استفاده از دانش اولیه در مورد شبکه های تنظیم کننده ژنی است. یکی از منابع عمده این دانش اولیه اطلاعات ما در مورد ساختار کلی شبکه های تنظیم کننده ژنی است. تحقیقات انجام شده نشان می دهند که تعداد یال های موجود در این شبکه ها کم است. همچنین شواهد بسیاری بدست آمده اند که نشان می دهند توزیع درجه خروجی در شبکه های تنظیم ژنی از قانون توانی پیروی می کنند. در واقع این شبکه ها در درجه خروجی scale-free هستند.

علیرغم این شواهد، روش های یادگیری شبکه های بیزین دینامیک این گونه شبکه ها را شبکه هایی با ساختار تصادفی در نظر می گیرند و یا تنها پیچیدگی شبکه را کنترل می کنند.

در این تحقیق روشی برای یاد گیری شبکه های بیزین دینامیک ارائه می شود که به طور مشخص بر این فرض شکل گرفته که شبکه واقعی ساختاری scale-free در توزیع درجه خروجی دارد. روش ارائه شده پیچیدگی زمانی چند جمله ای دارد و می تواند برای استنتاج شبکه هایی با تعداد گره های زیاد مورد استفاده قرار گیرد.

آزمایش هایی که برای مقایسه توانایی الگوریتم ارائه شده با متدهای قبلی یادگیری شبکه انجام شده اند نشان می دهند که الگوریتم ارائه شده، زمانی که برای استنتاج شبکه هایی استفاده می شود که scale-free هستند، قادر است کیفیت شبکه استنتاج شده را به خصوص زمانی که داده های آموزشی ناکافی هستند به صورت قابل توجهی افزایش دهد.

فهرست مطالب:

فصل اول: مقدمه

ضرورت انجام کار
نگاه کلی به فصول رساله

فصل دوم: پیشینه تحقیق

2-1- مقدمه

2-2- مقدمات زیستی

2-2-1- ژن

2-2-2- بیان ژن

2-2-3- شبکه های تنظیم کننده ژنی

2-3- روش های یاد گیری شبکه های تنظیم کننده ژنی

2-3-1- روش های مبتنی بر خوشه بندی

2-3-2- روش های مبتنی بر رگرسیون

2-3-3- روش های مبتنی بر اطلاعات متقابل

2-3-4- روش های تابعی

2-3-5- روش های مبتنی بر تئوری سیستم

2-3-6- روش های بیزین

فصل سوم: روش پیشنهادی

3-1- مقدمه

3-2- شبکه های بیزین دینامیک

3-3- یادگیری شبکه های بیزین دینامیک

3-3-1- روش های امتیازدهی بیزین

3-3-1-1- امتیازدهی به روش K2

3-3-1-2- امتیازدهی به روش BDe

3-3-2- روش های امتیازدهی بر اساس تئوری اطلاعات

3-3-2-1- امتیازدهی به روش log-likelihood (LL)
3-3-2-2- امتیازدهی به روش BIC

3-3-2-3- امتیازدهی به روش AIC
3-3-2-4- امتیازدهی به روش MIT
3-3-3– پیچیدگی زمانی یادگیری شبکه های بیزین دینامیک

3-4- شبکه های تصادفی و شبکه های Scale-free

3-5- روش پیشنهادی

فصل چهارم: نتایج تجربی

4-1- مقدمه

4-2- روش های تولید شبکه های Scale-free
4-3- روش های سنجش دقت برای شبکه های استنتاج شده

4-4- آزمایش اول: استفاده از روش جستجوی کامل

4-5- آزمایش دوم: نگاهی دقیق تر به عملکرد روش ارائه شده

4-6- آزمایش سوم: استفاده از جستجوی حریصانه

4-7- آزمایش چهارم: بازیابی قسمتی از شبکه تنظیمات ژنی در Yeast