[發明專利]一種基于概率圖的基因調控網絡分析方法

在審

• 申請號: 202110048797.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112802543A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 王之瓊;隋玲;曲璐渲;信俊昌;王煒祎祺;李嬋;殷文強
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B45/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發明提供了一種基于概率圖的基因調控網絡分析方法，屬于基因調控網絡分析技術領域。包括：輸入概率圖，其每個頂點代表一個基因，頂點間的有向邊代表基因間存在的調控關系，邊上的概率值表示基因間調控關系的強度；在表示基因調控網絡的概率圖上計算各頂點的中心性，包括度中心性、緊密中心性和中介中心性，對中介中心性計算方法進行了優化；根據概率圖上各頂點的中心性，篩選出關鍵節點；輸入源頂點集合和目的頂點，根據實際需要可選擇精確計算方法或者近似計算方法計算屬于源頂點集合的各源頂點到目的頂點且經過關鍵節點的可達概率，并根據可達概率對各源頂點進行排序。該方法可以更高效、可靠地分析基因調控網絡，大大提高分析結果的準確度。

技術領域

本發明涉及基因調控網絡分析技術領域，尤其涉及一種基于概率圖的基因調控網絡分析方法。

背景技術

某個基因的表達水平受到其他基因的影響，這個基因的表達水平又會影響其他基因的表達水平，這種基因間相互制約的調控關系構成了復雜的基因調控網絡。根據數學算法和已知的經驗知識發掘數據關系信息，建立基因調控網絡模型，研究網絡特性，認識調控關系和機制，對生物學發展產生深遠的影響。研究分析基因表達數據之間的關系，構建合適的基因調控網絡模型來模擬生物系統的行為，從中發現生物學規律，進而認識生命現象的本質，成為了生物信息學研究的重要內容。

如何精確分析基因調控網絡是一項極具挑戰性的任務，現有的基因調控網絡分析方法都是直接對基因調控網絡進行分析，或將其定義為一個確定圖。由于在數據采集過程中存在固有的噪聲、不完全性、時延等問題，而且基因之間的調控關系是通過實驗觀察到的，具有不確定性，傳統的圖模型無法準確描述基因之間的調控關系，從而導致基因調控網絡的分析結果準確率不夠。

目前有很多基于概率圖的可達查詢、最短路徑查詢等概率圖查詢研究成果。但是由于基因調控網絡具有網絡結構特殊、調控關系復雜等特點，使用現有的對普通概率圖查詢的算法并不能適用于基因調控網絡，從而不能有效地查詢出基因間的調控關系。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于概率圖的基因調控網絡分析方法，考慮基因調控網絡的獨有的特點，提出了適用于基因調控網絡的概率圖查詢算法，通過使用概率圖定義的基因調控網絡，可得到更準確的分析結果。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種基于概率圖的基因調控網絡分析方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入概率圖并利用該概率圖表示基因調控網絡；

概率圖的每一個頂點代表一個基因，頂點間的有向邊代表基因間存在的調控關系，邊上的概率值表示基因間調控關系的強度；

步驟2：在表示基因調控網絡的概率圖上計算各頂點的中心性，包括度中心性、緊密中心性和中介中心性；

步驟3：根據概率圖上各頂點的中心性，篩選出關鍵節點；

步驟4：輸入源頂點集合S和目的頂點t，計算屬于源頂點集合S的各源頂點s到目的頂點t且經過關鍵節點的可達概率，并根據可達概率對各源頂點s進行排序。

進一步地，根據所述的基于概率圖的基因調控網絡分析方法，所述步驟2包括如下步驟：

步驟2.1：對概率圖進行采樣，得到多個基于概率圖的可能世界；

步驟2.2：在得到的各可能世界上計算各頂點的度中心性、緊密中心性與中介中心性；

步驟2.3：根據各頂點在各可能世界上的緊密中心性與中介中心性，分別在各可能世界上對所有頂點的緊密中心性和中介中心性進行排序；

步驟2.4：計算各頂點在所有可能世界上的度中心性的平均值、緊密中心性的排序次序的平均值和中介中心性的排序次序的平均值；