[發(fā)明專利]一種基于超圖聚類模型的微生物高階網(wǎng)絡建立方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110609590.8
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113345514A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉芃蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G16B5/00
• 分類號: G16B5/00;G16B40/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發(fā)明公開了一種基于超圖聚類模型的微生物高階網(wǎng)絡建立方法及裝置，其中方法包括：獲取多種微生物的原始豐度數(shù)據(jù)，并得到對應的微生物高階邏輯關系；利用加權(quán)超圖對所述微生物高階邏輯關系進行處理，得到微生物連接網(wǎng)絡；建立超圖聚類模型，對所述微生物連接網(wǎng)絡進行挖掘，得到對應的微生物高階網(wǎng)絡；對所述微生物高階網(wǎng)絡進行評價；本發(fā)明得到的微生物模塊具有更好的類內(nèi)緊湊型和類間分離性，可以作為微生物高階模塊挖掘的有效工具。

技術領域

本發(fā)明涉及微生物分析技術領域，更具體的說是涉及一種基于超圖聚類模型的微生物高階網(wǎng)絡建立方法及裝置。

背景技術

目前，微生物群體是所有生物體和生態(tài)系統(tǒng)保持健康穩(wěn)定的核心組分，分析生態(tài)系統(tǒng)中微生物的互作用，挖掘微生物群落共現(xiàn)模塊，可以加深對微生物群落的認知，提高利用和改造微生物群落的能力，為生態(tài)修復、疾病治療和藥物研發(fā)提供新的手段。有越來越多的證據(jù)表明物種間不僅存在成對的相互作用，也存在諸如循環(huán)交叉進食和集體共生等大量的高階相互作用，這些高階相互作用不但可以使得競爭網(wǎng)絡達到動力學穩(wěn)定，而且對于研究新物種引進也具有重要意義。

但是，傳統(tǒng)計算模型大多通過成對關系來構(gòu)建微生物網(wǎng)絡，然而由于微生物關系復雜多變，這種成對網(wǎng)絡構(gòu)建方式可能會遺漏大量高階相互作用，不能很好的捕捉微生物網(wǎng)絡的本質(zhì)特性。

因此，如何提供一種能夠解決上述問題的微生物高階網(wǎng)絡建立方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于超圖聚類模型的微生物高階網(wǎng)絡建立方法及裝置，得到的微生物模塊具有更好的類內(nèi)緊湊型和類間分離性，可以作為微生物高階模塊挖掘的有效工具。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種基于超圖聚類模型的微生物高階網(wǎng)絡建立方法，包括：

獲取多種微生物的原始豐度數(shù)據(jù)，并得到對應的微生物高階邏輯關系；

利用加權(quán)超圖對所述微生物高階邏輯關系進行處理，得到微生物連接網(wǎng)絡；

建立超圖聚類模型，對所述微生物連接網(wǎng)絡進行挖掘，得到對應的微生物高階網(wǎng)絡；

對所述微生物高階網(wǎng)絡進行評價。

優(yōu)選的，得到對應的微生物高階邏輯關系的具體過程包括：

對多種所述微生物的原始豐度數(shù)據(jù)進行離散化處理，得到豐度邏輯矩陣；

獲取任意幾種微生物間的不確定系數(shù)和邏輯組合譜；

基于不同邏輯類型下任意幾種微生物間的發(fā)生情況，構(gòu)建對應的微生物高階邏輯關系。

優(yōu)選的，建立加權(quán)超圖模型的具體過程包括：

基于多種微生物之間的高階邏輯關系，建立加權(quán)超圖模型，所述加權(quán)超圖表示為G＝(V,E,w)，其中V＝{v₁,v₂,...,v_n}表示n個頂點集合，E＝{e₁,e₂,...,e_m}為m條超邊集合；

同時，所述加權(quán)超圖還能表示為n*m的矩陣，當頂點在超邊中時，所述矩陣稱為超圖關聯(lián)矩陣；

對所述超圖關聯(lián)矩陣進行約簡處理，得到頂點間的連接矩陣；

根據(jù)所述連接矩陣得到對應的超圖拉普拉斯矩陣，進而得到微生物連接網(wǎng)絡。

優(yōu)選的，建立超圖聚類模型的具體過程包括：

基于所述連接矩陣，獲取對應的偏移正點態(tài)互信息矩陣；

利用堆疊自編碼器從所述偏移正點態(tài)互信息矩陣中產(chǎn)生低維向量表示；