基于改进磁滞优化算法的三维蛋白质折叠问题研究

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蛋白质折叠问题是当前生物信息技术研究的核心问题之一,它所要解决的是蛋白质一级结构中的氨基酸序列如何折叠成三维空间结构的问题。研究蛋白质的折叠机理对完成生物信息传递的整个过程,进而揭示生命活动的规律具有重要意义。近年来,智能计算在蛋白质折叠问题的建模、预测和优化中发挥着越来越重要的作用。本文将一种新型物理优化算法——磁滞优化算法(HO),应用于三维蛋白质结构的预测问题中;并在此工作的基础上,深入的研究了磁滞优化算法和蛋白质折叠的特性,提出了有效的改进方法。首先,本文首次将磁滞优化算法扩展于求解三维蛋白质折叠问题。磁滞优化算法受启发于物理学中的交流去磁过程,通过模拟交变衰减的外磁场的去磁过程来求解优化问题。它由Zar a nd等人于2002年针对自旋玻璃模型的求解提出。通过分析仿真结果得出结论:磁滞优化算法由各种“构造块”组成,其应用于求解蛋白质折叠问题的关键在于如何合理定义各“构造块”使磁滞优化算法的原理、蛋白质结构及目标函数(最低能量态)三者之间建立相互联系,各“构造块”能够协同作用以达到好的求解效果。进而,基于之前的研究工作,提出了成功的算法改进意见,仿真结果在与其它智能算法的应用结果比较中,不仅取得较好的结果,而且计算速度也更快;特别是对于长度为64的序列找到了最低能量值-57的构象,而在其它的算法求解中只找到最低能量-56的构象。最后,对应用磁滞优化算法求解三维蛋白质折叠问题进行了总结,并提出了今后研究工作的展望。
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