系统发生网络的树包含算法研究及平台实现

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基因的进化结构通常是树状的,并且已经被研究了半个多世纪。但是进化过程时常会出现网状进化事件,这些事件可以用系统发生网络来描述。系统发生网络通常通过检查其与现有系统发生树的兼容性来构建和验证,这其中一个重要问题是确定现有的系统发生树是否包含在系统发生网络中,该问题被称为树包含问题TCP(Tree Containment Problem)。指数递归算法ER(Exponential Recursive)是目前有效解决树包含问题的算法之一,它可以解决任意网络的树包含问题。但是通过分析发现ER算法的步骤二有两个缺陷:一是每次仅处理一个网络节点,二是没有对分解产生网络的正确性进行判断。本文主要研究了解决树包含问题的算法。本文主要内容包括:(1)深入研究了解决树包含问题的算法。本文提出了两个解决树包含问题的算法——公共祖先约简网络算法CARN(Common Ancestor Reduction Network)和簇匹配约简网络算法CMRN(Cluster Matching Reduction Network),它们是对ER算法的改进。为了解决ER算法的两个缺陷,CARN算法将对公共网络祖先下方的多个网络节点并行处理,CMRN算法则通过将系统发生网络中树组件下方的簇与系统发生树中的簇进行匹配以排除不正确的网络来进行改进。实验结果表明,与ER算法相比,CARN算法的改进效果不显著,而CMRN算法的运行时间和有效网络节点数目大约减少一半,这证明算法效率得到提升。同时CMRN算法对网络节点数目的变化较为敏感,有效网络节点数目约占总网络节点数目的1/4。(2)设计并实现了系统发生网络的树包含算法平台TCP。该平台集成了ER算法和CMRN算法,方便研究者使用。
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