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启发式优化算法的研究及其在化学、环境、生物信息处理中的应用

专 业: 环境科学
关键词: 数值遗传算法 禁忌搜索 NGA-TS 粒子群算法 两层粒子群算法 目标试验因子分析
分类号: X11  R914.2
形 态: 共 133 页 约 87,115 个字 约 4.167 M内容
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内容摘要


该文主要对启发式优化算法的改进和发展及其在化学、环境以及生物信息处理中的应用方面进行了研究。

在方法研究方面,该文中主要是对启发式优化算法中的遗传算法、禁忌搜索以及粒子群算法进行了研究和发展。

在遗传算法的基础上,发展了实数型的数值遗传算法。

但是数值遗传算法存在着爬山能力弱,容易陷入到局部最优等缺点。

为改进这些缺点,该文中将禁忌搜索引入数值遗传算法中,提出了数值遗传算法-禁忌搜索混合算法NGA-TS,利用数值遗传算法的搜索能力和并行性以及禁忌搜索的爬山能力,充分发挥数值遗传算法和禁忌搜索各自的优点而弥补其不足,大大增强了算法搜索能力。

首先,在化学体系中,一些复杂的化学反应,其反应动力学模型往往是未知的,反应级数也不一定为整数,这使得数据的解析更加困难。

该文中提出利用目标试验因子分析TTFA结合NGA-TS搜索算法解析在反应过程中在线测得的动力学谱—光谱数据矩阵,可在未知各组分纯光谱及动力学模型情况下同时求解出各组分的纯光谱、反应级数及速率常数。

并针对两步连续反应模型体系的模拟实验数据矩阵进行了处理,表明该方法能准确的求出各组分的纯光谱、反应级数及速率常数。

利用该方法对环境物邻苯二甲酸二乙酯在碱性介质中的水解反应及日落黄水溶液的电解降解反应过程中测得的数据矩阵进行解析,均获得了可靠结果。

其次,该文将优化算法应用于计算机辅助药物设计中。

该文中应用NGA-TS搜索算法对Autodock3中的优化部分进行改进,编制成了一个新的对接软件,在PC机的Redhat Linux操作系统下运行。

在文中首先计算了Autodock提供的β-胰蛋白酶/苯甲咪体系和HIV-1蛋白酶/XK-263体系,检验程序的正确性,然后计算了100个蛋白质-配体复合物,并同原始的Autodock计算的结果和Consdocd计算结果作了对比,表明了NGA-TS搜索方法增强了Autodock中的搜索能力。

这种应用研究对于药物候选分子的筛选,全新药物分子设计等都有重大的意义。

分子对接的研究目的主要是药物设计,现阶段药物设计的研究重点是生物体中的蛋白质大分子或者多肽作为药物,因此该文中将多肽和蛋白质受体进行了对接研究,并且将蝎毒多肽作为配体,与同源建模出的人类钾离子通道Kv1.1到Kv1.6进行了分子对接计算,取得了令人满意的结果。

该方法可以为蝎毒-离子通道体系和HIV-1进入人体细胞过程等研究领域提供重要的工具……

全文目录


摘要
第Ⅰ部分 前言
第Ⅱ部分 启发式优化算法研究
第一章 启发式优化算法简介
第二章 遗传算法和数值遗传算法
2.1简单遗传算法SGA
2 2数值遗传算法
第三章 禁忌搜索
3.1 Tabu搜索简介
3.2 Reactive Tabu Search 和 Reactive Search
3.3 TS的缺陷
第四章 NGA与TS的结合
4.1 NGA-TS算法
4.2模拟体系的计算与讨论
第五章 粒子群算法
5.1算法简介
5.2算法的特点
5.3两层粒子群算法two-layer Particle Swarm Optimization,tPSO
第六章 其它启发式优化算法
第Ⅲ部分 启发式优化算法在化学以及环境信息处理中的应用
第七章 动力学-光谱两维数据的几种处理方法
7.1非线性曲线拟合Nonlinear Regression,NLR
7.2三线性模型法Trilinear Models,TM
7.3残差优化-减秩法Optimizing Residual Standard Deviation-Rank Annihilation,ORSD-RA
7.4目标试验法Target Test,TT
第八章 NGA-TS联合优化算法同时确定连串反应的级数及速率常数
8.1原理
8.2实验部分
8.3结果与讨论
8.4结论
第九章 TTFA-NGA-TS软件的实现
9.1 TTFA-NGA-TS软件
9.2其他化学软件
第Ⅳ部分 启发式优化算法在计算机辅助药物设计中的应用
第十章 计算机辅助药物设计简介
10.1概述
10.2基于结构的药物设计
10.3分子对接
10.4同源建模
第十一章 NGA-TS算法应用于分子对接
11.1 Autodock简介
11.2评价函数的计算
11.3程序的编写和运行
11.4结果与讨论
11.5结论
第十二章 tPSODock:一个新的基于Chemscore方法和tPSO方法的柔性分子对接程序
12.1 Chemscore的原理
12.2 tPSODock的实现
12.3计算方法与数据集
12.4结果与讨论
12.5结论
第十三章 钾离子通道和蝎毒多肽对接计算
13.1钾离子通道与蝎毒多肽
13.2计算方法与研究体系
13.3结果与讨论
13.4结论
第Ⅴ部分 结语
参考文献

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中图分类: > X11 > 环境科学、安全科学 > 环境科学基础理论 > 环境数学
其他分类: > R914.2 > 医药、卫生 > 药学 > 药物基础科学 > 药物化学

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