化學(xué)生物信息的小波分形研究.pdf

1、中山大學(xué)博士學(xué)位論文化學(xué)生物信息的小波分形研究姓名：邱建丁申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：分析化學(xué)指導(dǎo)教師：莫金垣200405183首次提出一種基于離散小波變換與延時(shí)交叉相關(guān)分析分析蛋白質(zhì)之間結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化關(guān)系的新方法——序列小波層次相關(guān)法。該方法將離散小波變換與延時(shí)交叉相關(guān)分析相結(jié)合，利用離散小波變換將進(jìn)行比較的蛋白質(zhì)的疏水值序列分解為多層次的小波系數(shù)，即將一維的氨基酸序列分解為同時(shí)具有時(shí)頻特性的二維序列；最后利用延時(shí)交叉相關(guān)函數(shù)對(duì)氨基酸序

2、列不同層次的小波系數(shù)進(jìn)行一一比較，根據(jù)不同層次的延時(shí)交叉相關(guān)系數(shù)的大小進(jìn)而揭示不同蛋白質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)、功能和進(jìn)化關(guān)系。以絲氨酸蛋白酶超家族中Trypsin種屬作為研究對(duì)象，描述了該方法在揭示不同物種的Trypsin蛋白質(zhì)進(jìn)化關(guān)系中的應(yīng)用；以蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶為例，利用該方法揭示了功能相似而序列上差別很大的蛋白質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)系。該方法為非參數(shù)方法，具有簡(jiǎn)單、直觀和可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，且不需事先知道蛋白質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)，僅從蛋白質(zhì)的氨基酸序列出發(fā)即

3、可比較和揭示蛋白質(zhì)之間的關(guān)系，具有很好地發(fā)展前景。4SARS冠狀病毒的來源，以及與其它冠狀病毒的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系是目前科學(xué)界研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)前科學(xué)界研究認(rèn)為SAILS可能來源于動(dòng)物，因此，很有必要研究SARS病毒與動(dòng)物冠狀病毒的相關(guān)性，對(duì)于保護(hù)人類和動(dòng)物的生命與健康方面有著重要的社會(huì)意義。本文將序列小波層次相關(guān)法應(yīng)用于SARS冠狀病毒的研究，從小波層次的近似部分和細(xì)節(jié)部分上探索SARS與其它冠狀病毒之間親近關(guān)系，結(jié)果表明SARS冠狀病毒

4、是不同于其它三組冠狀病毒的一種全新冠狀病毒，與文獻(xiàn)報(bào)道一致。這對(duì)于了解SARS與其它冠狀病毒的系統(tǒng)發(fā)生關(guān)系，進(jìn)而確定SARS冠狀病毒的來源與種屬關(guān)系，為最終闡明SAILS冠狀病毒的疾病自然史、流行病學(xué)特征及規(guī)律提供了新的研究視角。5首創(chuàng)一種用于重疊復(fù)合化學(xué)信號(hào)中確定組分?jǐn)?shù)和各峰位置的新方法一小波分形峰位法。該方法利用小波分析與分形理論具有深刻的內(nèi)在聯(lián)系在尺度變換上具有一致性原理，通過連續(xù)小波變換，將復(fù)合化學(xué)信號(hào)變換成一定小波尺度范圍內(nèi)在

5、時(shí)間域的連續(xù)小波變換系數(shù)，然后再將其轉(zhuǎn)換成容量維數(shù)De，根據(jù)De的變化確定出復(fù)合信號(hào)的各組份數(shù)及相應(yīng)組分的峰位置。該方法的突出特點(diǎn)是解析能力強(qiáng)，即使對(duì)于分離度低至03的信號(hào)仍能準(zhǔn)確確定組分?jǐn)?shù)和備峰位置，誤差小于l％：去噪效果明顯，對(duì)于信噪比為1的信號(hào)，峰位置誤差也小于3％。同時(shí)，本文詳細(xì)研究了小波尺度范圍、分離度和噪聲對(duì)信號(hào)中各峰位置確定的影響。將其用于處理鎘銦體系的重疊伏安峰。峰位置的相對(duì)誤差小于l％。該方法提取峰位置簡(jiǎn)便、快捷、準(zhǔn)確

6、，是一種提取含噪化學(xué)重疊信號(hào)中各單獨(dú)信號(hào)并準(zhǔn)確確定峰位置的有效工具，具有廣闊的發(fā)展前景。6本文將分形理論結(jié)合連續(xù)小波變換用于DNA分形特征的研究，將H61der指數(shù)轉(zhuǎn)換為容量維數(shù)，用基因突變前后的容量維數(shù)變化ADc來表征基因突變點(diǎn)。仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)小波和小波尺度范圍的選擇進(jìn)行了探討，并用于雄激素受體AR基因突變的實(shí)際信號(hào)分析。結(jié)果表明該方法可以表征基因突變的分形特征。以上化學(xué)生物信號(hào)處理技術(shù)都己編寫了完整的處理程序，可以極為方便地使用。本文為