鏈式幾何結構的擬人型優(yōu)化方法——蛋白質結構預測的高效算法.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構的擬人型優(yōu)化方法鏈式幾何結構的擬人型優(yōu)化方法————蛋白質結構預測的高效算法蛋白質結構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構，蛋白質的功能取決于其立體結構。蛋白質結構預測的目標是通過蛋白質鏈直接預測其立體結構，它是當前蛋白質工程中的一項重要任務。HP（HyhobicPolar）格點模型是蛋白質結構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)化算法將人類關于物理和生物界的知識用到算法的設計中來，近幾十年得到了空前發(fā)展，產生了大量不同類型算法，是當前求解大規(guī)模復雜問題較為現實的途徑。擬物擬人算法將物理知識和人類社會經驗用到算法的設計中，是對現代啟發(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格點模型中蛋白質構型的幾何結構的研究，得到了基于構型幾何量的能量計算公式和上界估計式。在研究蛋白質的生長過程時，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計。上界估計式可用于判斷一個蛋白質構型是否為最低能量構型。通過蛋白質構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構型上來，用實利和外勢引導蛋白質構型的生長。通過對當前格局對以后獲取實利的影響的分析，構造外勢的估算公式，此公式最后用