基于Linked Data的多源生物途径数据可视化系统研究

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1、基于LinkedData的多源生物途径数据可视化系统研究ResearchonMulti-SourceBiologicalPathwayDataVisualizationSystemBasedonLinkedData工程领域：计算机技术作者姓名：刘源指导教师：王鑫副教授企业导师：孙提高级工程师天津大学国际工程师学院二零一七年十二月2独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对

2、本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要自从LinkedData项目被提出以来，大量的开放关联数据被发布到LinkedOpenData平台上，这其中就包含许多的生

3、物途径数据集。传统的生物途径可视化工具多是基于单一的关系型数据库，可视化工具与单一数据库紧耦合，无法完成LinkedData的多源生物途径数据的可视化工作。因此，本文对基于LinkedData的多源生物途径数据可视化系统进行了研究。本文首先通过分析不同生物途径中组成元素与关系的特点建立了基于分类的生物途径可视化模型，包括代谢网络可视化模型、基因表达网络可视化模型、基因调控网络可视化模型和细胞信号转导通路可视化模型。这四种生物途径可视化模型能够形式化地表示各生物途径组成元素与关系的特点，为生物途径可视化展示方案的设计提供了依据。基于生物途径可视化模型提出了生物途径可视化的展示

4、方案，包括力导向图布局与Sankey图布局，能够交互地展示生物途径。并对生物途径可视化系统界面进行设计，包括菜单栏、基本描述信息、统计可视化、生物途径布局、交互功能和查询功能。本文还基于本体映射技术实现了多源生物途径数据的动态集成。根据查询类型实现不同数据源之间标识符的动态映射，增加了本体映射的灵活性。最后，本文对生物途径可视化系统进行设计与实现。对系统进行架构设计和详细设计并实现一个生物途径可视化系统验证了以上研究的有效性。本文提出了生物途径可视化模型、展示方案和多源生物途径数据动态集成方案，实现了多源生物途径数据的可视化，与之前的仅仅基于某一特定数据库的生物途径工具相比

5、，可以同时一次性展示多个数据集中的生物途径数据及与其相关的其它生物化学数据，给生物领域用户提供了多源数据浏览服务。关键词：LinkedData，生物途径，可视化，语义Web，多源IABSTRACTSincetheLinkedDataprojectarises,abundantlinkeddatasetshavebeenpublishedontheLinkedOpenDataplatform,whichcontainlargeamountsofbiologicalpathwaydatasets.Traditionalvisualizationtoolsaremostlybas

6、edonstandalonedatasetsstoredinrelationaldatabases,whichmeansthatthereistightcouplingbetweenthetoolsanddatabases.Thesetoolscannotachievethetaskthatvisualizingthemulti-sourcebiologicalpathwaydatainLinkedDatascenario.Hence,thisthesisshowstheresearchonmulti-sourcebiologicalpathwaydatavisualiza

7、tionsystembasedonLinkedData.Firstly,fourbiologicalpathwayvisualizationmodelsareproposedafteranalyzingthecharacteristicsofbothsubstancesandrelationsbetweenthem.Themodelsaremetabolicnetworkvisualizationmodel,geneexpressionnetworkvisualizationmodel,generegulatory