[發明專利]一種面向基因調控網絡的可達概率查詢方法

有效

• 申請號: 202010500098.2
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111462824B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 王之瓊;丁子恒;張釗源;劉可伊;汪翰文;王煒祎祺
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G16B50/00
• 分類號: G16B50/00;G16B20/00;G16B5/20;G16B40/00;G06N7/01
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種面向基因調控網絡的可達概率查詢方法，屬于醫學信息學技術領域，該方法針對基因調控網絡復雜特性而設計了具有新意的圖縮減算法，針對不確定圖上點與邊不同的特征所設計的不同的縮減方式，提高了圖縮減的效率和適用范圍；此外相較于傳統的可能世界與可達概率計算分離的算法，本申請提供的可達概率查詢算法將二者合二為一，大大降低了時間復雜度和空間復雜度。本申請針對基因調控網絡所設計的高效、快速且精準的查詢方法，為明確致病基因與致病基因、致病基因與靶向藥物之間的關系提供了一種有效可行的辦法。

技術領域

本發明涉及醫學信息學技術領域，尤其涉及一種面向基因調控網絡的可達概率查詢方法。

背景技術

隨著基因調控網絡概念的誕生和多種基因調控網絡構建方法的提出，基因調控網絡的構建技術日趨成熟。在構建好基因調控網絡后，急需設計高效、快速且精準的查詢方法，以明確致病基因與致病基因、致病基因與靶向藥物之間的關系，以及多個基因對致病基因的聯合調控作用，并以此來研究相應的靶向藥物或通過基因調控抑制致病基因的醫療方法。由此可見，設計一種適應于相應基因調控網絡、并能快速精準的可達查詢算法，對于基因調控網絡相關技術應用于醫療及其它各個鄰域是至關重要的。

目前大部分的基因調控網絡構建技術都是以貝葉斯網絡這一概率圖模型(不確定圖模型)來表示復雜的基因調控網絡，而目前基于概率圖的可達查詢方法雖在一定程度上解決了不確定圖上兩點間的概率表示，但因為基因調控網絡本身的復雜性，這些方法不能直接用于基因調控網絡進行查詢。例如，基本隨機算法是概率圖上可達概率表示的基本算法，但對于規模龐大的基因調控網絡而言太過耗時；生成子圖的相關算法因其要對概率圖生成大量子圖，對于基因調控網絡情況多樣的特征而言得到的結果和所用時間并不穩定；基于距離閾值的可達查詢算法在基因調控網絡上沒有太多應用。因此，迫切需要一種基于基因調控網絡的準確高效的可達查詢技術。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種面向基因調控網絡的可達概率查詢方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種面向基因調控網絡的可達概率查詢方法，其流程如圖1所示，包括如下步驟：

步驟1：利用貝葉斯網絡構建基因間的調控網絡，得到一個有向無環不確定圖，其中頂點表示基因，邊表示兩個基因之間的相互作用，邊權值表示基因之間存在相互作用的可能性；

步驟2：對不確定圖進行縮減，分為3個縮減過程，對應三種不同圖縮減手段，旨在減小圖的規模且不會影響結果的準確性，并且可以針對不用的基因調控網絡而選用相應的過程。所述3個縮減過程合并使用或者分別獨立使用。

圖縮減過程1：去除所有出度為0的非目標、非源節點，其流程如下：

S1.1：遍歷不確定圖，找到所有出度為0的非目標、非源節點；

S1.2：將這些節點及其鄰邊從不確定圖中刪除；

S1.3：若由于S1.2中的刪除操作，使得有其他節點的出度變為0，則繼續將這些節點按照S1.2處理；

S1.4：重復S1.2和S1.3，直至沒有出度為0的非目標、非源節點。

該圖縮減過程的目的為：出度為0的非目標、非源節點，與目標節點間一定不存在通路，所以不會對可達概率的計算產生任何影響。

圖縮減過程2：去掉所有入度為0的非目標、非源節點，其流程如下：

S2.1：遍歷不確定圖，找到所有入度為0的非目標、非源節點；

S2.2：將這些節點及其鄰邊從不確定圖中刪除；

S2.3：若由于S2.2中的刪除操作，使得有其他節點的入度變為0，則繼續將這些節點按照步S2.2處理；