鏈式幾何結(jié)構(gòu)的擬人型優(yōu)化方法——蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的高效算法.pdf

1、分類號學號2003522100016學校代碼學校代碼10487密級博士學位論文博士學位論文鏈式幾何結(jié)構(gòu)的擬人型優(yōu)化方法鏈式幾何結(jié)構(gòu)的擬人型優(yōu)化方法————蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的高效算法蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的高效算法學位申請人：學位申請人：熊正大熊正大學科專業(yè)：學科專業(yè)：計算機軟件與理論計算機軟件與理論指導教師：指導教師：黃文奇黃文奇教授教授答辯日期：答辯日期：20112011年1010月2626日I華中科技大學博士學位論文摘要蛋白質(zhì)由氨基酸殘基呈線

2、性排列所形成，通過殘基間的相互作用折疊成立體結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)的功能取決于其立體結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的目標是通過蛋白質(zhì)鏈直接預測其立體結(jié)構(gòu)，它是當前蛋白質(zhì)工程中的一項重要任務(wù)。HP（HyhobicPolar）格點模型是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測的一個簡化而重要的模型，它已被證明具有NP難度。對于NP難度問題，完整精確的求解算法一定超過多項式復雜度（除非P=NP），對于較大規(guī)模的問題實例，它所需要的運行時間在現(xiàn)實中往往難以接受。近似求解算法雖不能保證求得最

3、優(yōu)解，但所需要的時間可大大減少，能在可接受的時間內(nèi)求出令人滿意的近似最優(yōu)解，它是完整精確的求解算法在現(xiàn)實情況下很好的替代品。啟發(fā)式優(yōu)化算法是當前最為重要的近似算法。啟發(fā)式優(yōu)化算法將人類關(guān)于物理和生物界的知識用到算法的設(shè)計中來，近幾十年得到了空前發(fā)展，產(chǎn)生了大量不同類型算法，是當前求解大規(guī)模復雜問題較為現(xiàn)實的途徑。擬物擬人算法將物理知識和人類社會經(jīng)驗用到算法的設(shè)計中，是對現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化算法的重要擴展和補充，能進一步提高算法的效率。通過對H

4、P格點模型中蛋白質(zhì)構(gòu)型的幾何結(jié)構(gòu)的研究，得到了基于構(gòu)型幾何量的能量計算公式和上界估計式。在研究蛋白質(zhì)的生長過程時，此能量計算公式得到進一步的細化，最終用于求解算法的設(shè)計。上界估計式可用于判斷一個蛋白質(zhì)構(gòu)型是否為最低能量構(gòu)型。通過蛋白質(zhì)構(gòu)型的生長過程與圍棋的對弈過程的對比，將圍棋中的“實利”和“外勢”這兩個概念借用到蛋白質(zhì)構(gòu)型上來，用實利和外勢引導蛋白質(zhì)構(gòu)型的生長。通過對當前格局對以后獲取實利的影響的分析，構(gòu)造外勢的估算公式，此公式最后用