基因組移位排序算法的改進和評測.pdf

1、　　基因組重組問題是計算生物學中的常見問題,基因組重組算法對分子生物學中生物進化的研究具有重要意義。早在六十年前,Dobzhansky和Sturtevant發(fā)表了一篇重要論文,證明了兩種不同物種Drosophilia pseudoobscura和Miranda的染色體基因序列可以通過基因組的17次反轉(zhuǎn)操作相互轉(zhuǎn)換。
　　染色體由基因組成,基因組是染色體組成的集合?；蚪M重組是微生物、植物、動物進化的一種重要模式。雖然基因組重組過程

2、非常復雜,但根據(jù)基因重新排列的方式最終可將其歸結(jié)為幾種基本操作。其中,變異過程中的主要操作為：反轉(zhuǎn)(reversal)、移位(translocation)和轉(zhuǎn)位(transposition)。移位是哺乳動物進化過程中最常見的基因組重組操作之一。移位操作將基因組中的兩條染色體各自斷為兩段并相互交換其中的一段,形成兩條新的染色體?；蚪M排序問題可描述為：給定兩個基因組,計算出從一個基因組轉(zhuǎn)化到另外一個基因組所需操作的最少次數(shù)以及對應的最短重

3、組序列。
　　本論文主要討論基因組的移位排序算法及其實現(xiàn)過程。對于該問題,Kececioglu與Ravi首先給出近似性能比為2的多項式時間近似算法,并進一步給出近似性能比為3/2的移位與反轉(zhuǎn)同時存在的計算重組距離的近似算法,最終在1996年由Hannenhalli給出復雜度為O(n~3)的移位排序的多項式算法。在此基礎上,2001年,朱大銘、馬紹漢將其復雜度降為O(n~2logn)。2005年,王魯生、朱大銘又進一步將其復雜度降到

4、了O(n~2),這也是目前世界上最快的移位排序算法。本文對該問題的研究,首先發(fā)現(xiàn)了原有算法中存在的錯誤。原有的移位排序算法中均未考慮可行灰邊會產(chǎn)生偶隔離帶的情況。如果移位排序過程中出現(xiàn)這種情況,根據(jù)原有算法計算會得到錯誤的移位序列。本文給出了這種情況的實例,并設計新算法修正了這一錯誤。另外,在修正算法的基礎上,設計了詳細的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)方法,對復雜度分別為O(n~3)、O(n~2logn)和O(n~2)的三個移位排序多項式時間算法分別進