基于启发式优化的rna二级结构预测方法研究

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1、分类号TP301.6密级公开UDC004编号10299S1308034硕士学位论文基于启发式优化的RNA二级结构预测方法研究ResearchonRNASecondaryStructurePredictionbasedonHeuristicOptimization指导教师宋余庆教授作者姓名黄进申请学位级别硕士学科(专业)计算机应用技术论文提交日期2016年4月24日论文答辩日期2016年6月6日学位授予单位和日期江苏大学2016年6月答辩委员会主席施化吉教授评阅人_______________独创性声明本人郑重声明：

2、所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允

3、许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布（包括刊登）授权江苏大学研究生院办理。保密，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日江苏大学硕士学位论文摘要RNA分子是存在于生物体中重要的物质，它与DNA分子和蛋白质共同协作维持生命活动的进行。作为遗传信息的重要载体之一，RNA分子在

4、合成蛋白质、基因调控、酶催化、细胞分化等方面都起到了关键作用。快速而准确地测定出RNA二级结构能够有利于了解其实际空间结构，对于分析研究RNA分子在细胞中的运作机制、寻找同源RNA分子、提高蛋白质预测准确率等方面有着非常重要的意义。传统的测定RNA分子二级结构物理实验耗时长、成本较高，导致测定其结构存在一定的困难，不能满足研究的发展需求。针对这一问题，研究人员提出最小自由能法和比较序列分析法，其中最小自由能法最为常见，在此基础上出现了动态规划法、最大碱基配对法、茎区组合优化法等，然而这些算法效率都相对比较低。启发式

5、优化算法常应用于解决组合优化问题，可用于预测RNA二级结构。本文重点对以最小自由能为基础的启发式优化算法的优劣进行了分析，根据RNA二级结构中是否含有假结寻求不同的启发式优化策略进行预测研究。论文首先介绍了预测RNA二级结构方法的研究现状RNA二级结构涉及的生物学概念、相关数据库和预测工具，接着比较基于启发式优化的相关算法，确定本文研究的方法，所做的主要工作如下：(1)深入研究目前应用于RNA二级结构预测领域的启发式优化算法，包括对各种算法的思想和性能优劣分析。对于非假结RNA二级结构，提出一种结合遗传算法和模拟退

6、火算法的混合算法GSHA(GeneticSimulatedAnnealingHybridAlgorithm)进行预测。(2)针对提出的GSHA算法设计相应的实验方案，通过仿真实验模拟PSTV病毒一段长度为359的序列形成二级结构的过程，将预测到的结构与RNaseP结构数据库中的真实结构进行比较。实验结果分析表明，GSHA算法有着比单独使用这两种算法更高的准确率。(3)针对假结结构的特征构建假结能量模型，提出一种基于禁忌搜索的预测含假结RNA二级结构的算法TSRP(TabuSearchRNAPredictionwit

7、hpseudoknot)。利用集中式搜索当前临近解空间，加入扩充式搜索保持解的完整性。选取8条含有不同类型假结的序列进行仿真实验，以RNAPredict算法作为对比实验。结果证明使用TSRP算法预测到结果的准确性、特异性以及算法的时间效率高于RNAPredict算法。关键词：RNA二级结构，启发式优化，茎区，假结，遗传，模拟退火，禁忌搜索I基于启发式优化的RNA二级结构预测方法研究ABSTRACTRNAmoleculeisanimportantsubstanceintheorganism,anditisworkin

8、gtogetherwiththeDNAmoleculeandproteintomaintainthelifeactivity.Asoneofthemostimportantcarrierofgeneticinformation,RNAplaysakeyroleinthesynthesisofprotein,generegulation,enzymecatal