含有缺失和不可适用数据的古生物谱系树构建方法研究

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1、分类号：ＴＰ３９１学校代码：１０６９７密级：公开学号：２０１５２０９９７ＮｏｒｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＩ？士字位ｉ２文Ｍ’ＡＳＴＥＲＳＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ含有缺失和不可适用数据的古生物谱系树构建方法研究学科名称：软件工程作者：杜丽媛指导老师：冯筠教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月ResearchonConstructingPaleontologicalPhylogeneticTreewithMissingDataandInapplicableDataAthesissubmitt

2、edtoNorthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByDuLiyuanSupervisor:FengJunProfessorJune2018摘要摘要古生物谱系树是系统发育学的重要研究内容，用于推断分类单元的亲缘关系。对于早期古生物而言，构建谱系树只能依赖于化石可观察到的形态学数据。由于古生物形态学数据中存在大量的缺失数据和不可适用数据，导致古生物谱系树难以稳定构建。针对此问题，本文从古生物形态学数据特征的

3、特点出发，对古生物形态学缺失数据和不可适用数据进行合理处理，基于形态特征推断亲缘关系，构建古生物谱系树。具体研究内容如下：（1）根据古生物形态学数据特征的特点，提出一种古生物形态学数据特征层次化分析方法，以建立古生物特征层次图。结合特征间的层次关系，将古生物形态学缺失数据分为主特征缺失数据和从特征缺失数据，并指出古生物形态学缺失数据和不可适用数据之间的本质区别：缺失数据的存在是有意义的；而不可适用数据则无意义。（2）针对因古生物形态学数据中缺失数据和不可适用数据的存在导致古生物谱系树难以稳定构建的问题，结合古生物形态学数据特征层次化分析方法、缺失数据的缺

4、失机制及缺失模式，提出一种基于层次关系和循环迭代预测模型的古生物形态学缺失数据填补方法，分别对主特征缺失数据和从特征缺失数据进行合理填补。实验表明，将完备数据集随机缺失后再进行填补时，古生物形态学缺失数据填补方法是有效性。（3）结合特征层次化和系统发育分析，提出一种基于层次特征和简约原则的古生物谱系树构建方法。首先，对古生物形态学数据特征进行层次化分析，并对形态学数据特征矩阵进行预处理，得到完整的古生物形态学数据特征矩阵；其次，通过外类群对比确定祖征和衍征，进而将特征极向；最后，基于层次特征和简约原则选取有用特征，并用其推断分类单元的亲缘关系，构建古生物

5、谱系树。通过对构建的古生物谱系树进行度量，给古生物学家研究分类单元的进化关系提供了更多的参考依据。关键词：古生物谱系树，形态学缺失数据，不可适用数据，缺失数据填补，层次特征IABSTRACTABSTRACTApaleontologicalphylogenetictreeistheimportantcontentsinlifescience,whichisusedtoinfertheevolutionaryrelationshipsoftaxon.Fortheearlypaleontology,constructingapaleontologicalphy

6、logenetictreecanonlyrelyonthefossil-observablemorphologicaldata.Paleontologymorphologicaldata,however,oftenownalargenumberofmissingandinapplicabledata,whichmakesdifficulttoconstructastablepaleontologicalphylogenetictree.Tosolvethisproblem,thispaperproceedsfromthecharacteristicsof

7、paleontologicalmorphologicaldatacharacteristics,anddealswiththemissingdataandinapplicabledataofpaleontologicalmorphologicaldatarationally,andtheninfersphylogeneticrelationshipsbasedonmorphologicalcharacteristicstoconstructapaleontologicaltree.Thespecificcontentofthispaperisasfoll

8、ows:(1)Accordingtothefeaturesofpaleontol