[發明專利]基于量子計算的基因網絡功能模塊挖掘及分析方法

有效

• 申請號: 201910769604.5
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110473591B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 曹涌;趙友杰;熊飛;孫永科;劉國志
• 申請（專利權）人: 西南林業大學
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00;G16B40/00;G06N3/00
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 韋海英

1.一種基于量子計算的基因網絡功能模塊挖掘及分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、通過小鼠樣本建立基因共表達網絡；

所述步驟S1的具體步驟為：

S11、由小鼠正常組、便秘組、便秘自發腸癌組和腸癌云南參治療組樣本通過轉錄組高通量方法進行測序，獲取轉錄組基因表達數據；

S12、計算轉錄組基因表達數據中任意兩個基因之間的表達相關性，并根據表達相關性建立基因共表達網絡；

S2、挖掘基因共表達網絡中的功能模塊；

所述步驟S2的具體步驟為：

S21、計算基因共表達網絡的模塊性度量參數；

S22、由模塊性度量參數構建挖掘功能模塊的目標函數；

S23、利用量子退火算法和目標函數挖掘功能模塊；

S3、通過多層次多尺度方法對基因網絡進行分析；

所述步驟S3的具體步驟為：

S31、利用重整化方法計算標度變化下的特征指數；

所述步驟S31中的重整化方法為基于貪婪著色的盒子覆蓋法，其具體步驟為：

以任意結點作為開始結點，遍歷基因網絡圖中的未被著色的每個結點，如果一個結點的鄰接點都未用顏色a著色，則這個結點用顏色a著色，當沒有結點能以顏色a著色時，選擇顏色b和一個未被著色的結點作為開始結點，用顏色b為最多的結點著色，如果還有未著色的結點，選擇顏色c為最多的結點著色，直到所有結點都著上色，統計使用顏色的數量，即為盒子的數量N_b，通過盒子的數量N_b計算特征指數d_b，計算公式為：

上式中，l_b為盒子的大小；

S32、利用重整化特征指數對基因網絡的涌現機制進行分析。

2.根據權利要求1所述的基于量子計算的基因網絡功能模塊挖掘及分析方法，其特征在于，所述步驟S12中表達相關性的計算公式為：

上式中，r_xy為基因x與基因y之間的表達相關性，k為樣本計數，m為基因表達數據的個數，x_k為不同樣本同一基因的表達數量，為同一基因表達平均數量，y_k為不同樣本另一種基因的表達數量，為此種基因表達平均數量，其中，

3.根據權利要求2所述的基于量子計算的基因網絡功能模塊挖掘及分析方法，其特征在于，所述步驟S12中建立基因共表達網絡的具體方法為：

將表達相關性轉換為：

上式中，n為計算基因x與基因y的表達相關性所使用的數據點數，r₁為轉換后的表達相關性；

當r₁大于預設的p-value對應的t分布值，則基因x與基因y顯著表達相關，將基因共表達網絡中連接基因x與基因y之間的邊的表達相關性r_xy作為其權重，否則連接基因x與基因y之間的邊的權重為0。

4.根據權利要求1所述的基于量子計算的基因網絡功能模塊挖掘及分析方法，其特征在于，所述步驟S21中模塊性度量參數的計算公式為：

上式中，Q為模塊性度量參數，A_vw為基因網絡對應的鄰接矩陣A中v結點和w結點間的帶權連接值，k_v和k_w分別為v結點和w結點的度數，δ(C_v,C_w)為通過dalta函數判斷v結點和w結點是否屬于同個模塊的取值，相同時取值為1，否則取值為0。