ch7 免疫克隆选择算法

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1、Ch7免疫克隆选择算法7.1生物学知识1、免疫系统免疫力也就是我们俗称“抵抗力”、“体质”等，人体之所以能抵御体内、外的各种致病因子的侵袭，全仗我们拥有健全的免疫系统。免疫系统共有三道防线。人体的皮肤和粘膜构成免疫战线上的第一道防线，阻挡着各种致病微生物的侵入。健康完整的皮肤与粘膜、鼻孔中的鼻毛、呼吸道粘膜表面的粘液和纤毛，均能阻挡并排除微生物。皮肤和粘膜还会分泌杀菌的物质，如皮肤的汗腺能分泌乳酸，使汗液呈酸性，不利于病菌等生长；皮脂腺分泌的脂肪酸，也有一定的杀灭病菌作用。胃粘膜分泌的胃液里有胃酸，也具有杀菌作用，但如果暴饮，胃酸就会被冲淡，杀菌能力降低。这样一来，病菌就有入侵机

2、会，人就容易得胃肠疾病。当病原体突破第一道防线后，它们会在人体内部处处遭到打击。遍及全身的像蜘蛛网似的淋巴结，就像撒下的天罗地网，使“敌人”寸步难行。假使病原体侵入血液或组织中，我们机体仍可沉着应战。因为人体内有许许多多能够吞噬病原体的吞噬细胞。它们紧紧缠住病菌，置敌于死地。战斗进行有时很激烈，以致伤口发生红肿或长成疖肿。由此可见，吞噬细胞的作用就是把侵入人体的病菌消灭在局部，不使它们向全身扩散。如果侵入人体的病菌数量多、毒性大，或者在疖肿还没有充分化脓熟透的时候就用手去挤，这些病菌就可能冲破第二道防线，进入血液循环系统，病变就会由局部扩展到全身，引起全身严重的症状。如果病原体冲

3、破第一道和第二道防线，在人体中获得了立足点，并大量生长繁殖，就会引起感染。此时机体与病原体展开了针锋相对的斗争，斗争的胜负取决于第三道防线的牢固与否，以及敌我之间大量的对比。这道防线上的主力军有T淋巴细胞和B淋巴细胞。据估计，一个健康人体内大约有一百亿的淋巴细胞在活动。当T和B细胞接到“敌情报告”后马上动员起来，T细胞产生各种淋巴因子，B细胞装备成能产生抗体(即所说的免疫球蛋白)的浆细胞。各种病原体碰到这一支多兵种的免疫大军——吞噬细胞、抗体、补体、淋巴细胞和浆细胞等，只好乖乖地举手投降。当然，亦可能两败俱伤。主要由免疫细胞--淋巴B、淋巴T细胞进行免疫。其中，淋巴B细胞“负责”

4、体液免疫；淋巴T细胞“负责”细胞免疫。这是后天性的免疫系统，是一个专一性的免疫机制，针对一种抗原所生成的免疫淋巴细胞（浆细胞）分泌的抗体，只能对同一种抗原发挥免疫功能。而对变异或其他抗原毫无作用。免疫系统能识别异己(不同于自己，如病原体，细菌)，并消灭异己，具有很多信息处理机制和功能特点，具有如下特征：(1)产生多样抗体的能力。通过细胞的分裂和分化作用，免疫系统可产生大量的抗体来抵御各种抗原。(2)自我调节机构。免疫系统具有维持免疫平衡的机制，通过对抗体的抑制和促进作用，能自我调节产生适当数量的必要抗体。(3)免疫记忆功能。产生抗体的部分细胞会作为记忆细胞被保存下来，对于今后侵入

5、的同类抗原，相应的记忆细胞会迅速激发而产生大量的抗体。免疫算法模拟了这些功能。将实际问题的目标函数和约束条件比做抗原。我们要解决的问题就是病毒，要干掉将问题的可行解比做抗体。抗击病毒的东西可行解的目标函数值就代表了抗体与抗原之间的亲和度。相似相融，知彼知己优先选择那些与抗原亲和性好，而且浓度小的个体进入下一代。多样性，真理少数人以实现对适应度好的抗体的促进，对浓度大的抗体的抑制，使之在进化过程中保持生物多样性，避免陷入局部最优解。利用记忆单元的作用，提高局部搜索能力，加快进化速度。2、克隆克隆选择是免疫系统理论的重要学说。“克隆”的英文clone，无性繁殖，即通过无性繁殖(如细胞

6、分裂)连续传代并形成群体。克隆选择原理最先由Jerne提出，后由Barnet完整阐述。其大致内容为：当淋巴细胞实现对抗原的识别(即抗体—抗原的亲和度超过一定的阈值)后，B细胞被激活并增殖复制(即克隆)产生B细胞，随后克隆细胞经历变异过程，产生对抗原具有特异性的抗体。克隆选择理论描述了获得性免疫的基本特征，并且声明只有成功识别抗原的免疫细胞才得以繁殖。经历变异后的免疫细胞分化为效应细胞(抗体)和记忆细胞两种。克隆选择的主要特征是免疫细胞，在抗原刺激下产生克隆繁殖，随后通过遗传变异分化为多样性效应(抗体)细胞和记忆细胞。克隆选择对应着一个亲和度成熟(Affinitymaturatio

7、n)的过程，即对抗原亲合度较低的个体，在克隆选择机制的作用下，经历增殖复制和变异操作后，其亲和度逐步提高而成熟。亲和度成熟本质上是一个达尔文的选择和变异过程。克隆选择原理是通过变异算子和相应的群体控制机制实现。7.2免疫算法入门1、免疫算法是模拟生物免疫系统，对病菌的多样性识别能力而设计的多峰值搜索算法。免疫是生物体的特异性生理反应，由具有免疫功能的器官、组织、细胞、免疫效应分子以及基因等组成。免疫系统通过分布在全身的不同种类的淋巴细胞识别和清除侵入生物体的抗原性异物。当生物系统