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生物信息学高性能教学平台的建立与实践 被引量:4
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作者 常珊 曾玲 万华 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2015年第10期152-156,共5页
随着生命科学实验数据的高速积累和增长,生物信息学成为生命科学研究型人才必须掌握的重要技能。从高性能计算和生物信息学的关系入手,简述了生物信息学教学中采用高性能计算设备的必要性。根据农业院校的具体情况,在生物信息学教学中... 随着生命科学实验数据的高速积累和增长,生物信息学成为生命科学研究型人才必须掌握的重要技能。从高性能计算和生物信息学的关系入手,简述了生物信息学教学中采用高性能计算设备的必要性。根据农业院校的具体情况,在生物信息学教学中建立了高性能计算平台,帮助学生熟悉相关并行计算环境,更好地理解生物信息学重要的理论和算法。在课程安排上,理论课、实验课以及课程设计的内容围绕生物信息学案例展开。基于Moodle教学系统进行在线课程管理,培养学生的自主学习能力和团队协作意识,提高了学生运用高性能计算解决实际生物信息学问题的能力。 展开更多
关键词 高性能计算 案例教学 生物信息
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全桡动脉波传导时间与动脉硬化参数的对比分析研究 被引量:2
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作者 吴全玉 刘晓杰 +2 位作者 姚克明 常珊 李志勇 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期229-233,369,共5页
将测量和分析不同部位的外周动脉脉搏波波形,作为一种无创评估动脉僵硬度的方法,已经受到中外医学界的广泛重视。脉搏波传导时间已经被用来作为评价动脉僵硬度的有效指标,其无创评估动脉硬化的有效价值也得到重视。本文是通过容易获取... 将测量和分析不同部位的外周动脉脉搏波波形,作为一种无创评估动脉僵硬度的方法,已经受到中外医学界的广泛重视。脉搏波传导时间已经被用来作为评价动脉僵硬度的有效指标,其无创评估动脉硬化的有效价值也得到重视。本文是通过容易获取的桡动脉波形计算全桡动脉脉搏波传导时间(FRPTT),将其与已经成熟的动脉僵硬度指标作对比分析研究,来判断FRPTT是否可以用来评估人体的动脉僵硬度。对248位合格样本人员的桡动脉脉搏波波形数据进行计算分析,同时测量其身高、体重、手腕处动脉血压,计算身体质量指数、桡动脉增益指数、射血时间、FRPTT。通过对采集到的20s时间内桡动脉波形进行二次微分,用自编的软件算法自动检测出点b(心脏开始射血点)和e(左心射血的停止点)的位置,计算FRPTT。通过对算出的FRPTT值与已知的心率、脉压、增益指数三个参数进行分析和比较,发现其与心率和增益指数两个参数(P<0.001)显著相关;另外,女性组的FRPTT值跟脉压显示弱的负相关性,男性组没有相关性。结果表明,FRPTT可以作为一个衡量动脉硬化的指标。 展开更多
关键词 桡动脉脉搏波 波形分析法 脉搏波传导时间 动脉硬化
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分子动力学模拟在药物与膜相互作用研究中的应用 被引量:2
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作者 陈舟 任丁 +4 位作者 朴莲花 许晓双 常珊 刘继勇 孔韧 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1802-1810,共9页
药物与细胞膜的相互作用是决定药物在体内吸收、分布、代谢与排泄的关键因素之一,最终影响临床上的药效与毒副作用.对药物透膜过程的分子动力学模拟可在原子层面上提供药物与膜相互作用的丰富信息,从而指导药物分子的设计与优化以及载... 药物与细胞膜的相互作用是决定药物在体内吸收、分布、代谢与排泄的关键因素之一,最终影响临床上的药效与毒副作用.对药物透膜过程的分子动力学模拟可在原子层面上提供药物与膜相互作用的丰富信息,从而指导药物分子的设计与优化以及载药体系如脂质粒的优化.从磷脂双分子层模型、全原子/联合原子模型方法及粗粒化模型方法、膜性质关键参数分析等方面展开介绍,并对系列药物分子与膜的相互作用分子动力学模拟应用实例进行了综述. 展开更多
关键词 药物与膜相互作用 分子动力学模拟 磷脂双分子层
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蛋白质分子机器结构的特性分析及去折叠研究 被引量:1
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作者 张莉莉 蒋益锋 +2 位作者 谢良旭 孔韧 常珊 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2022年第5期1126-1133,共8页
分子机器是指由分子尺度的物质构成且能行使某种加工功能的机器,主要构件是蛋白质等生物分子。三维空间结构决定了蛋白质的相关特性和功能,理解蛋白质的氨基酸(残基)序列如何折叠成特定的三维空间结构,即蛋白质结构的折叠机制及其特性... 分子机器是指由分子尺度的物质构成且能行使某种加工功能的机器,主要构件是蛋白质等生物分子。三维空间结构决定了蛋白质的相关特性和功能,理解蛋白质的氨基酸(残基)序列如何折叠成特定的三维空间结构,即蛋白质结构的折叠机制及其特性对于分子机器的研究具有重要意义。因此,使用一种快速简单的研究蛋白质结构折叠机制信息的模拟方法很有必要。本文主要基于蛋白质的自然状态拓扑,采用高斯网络模型研究了蛋白质GB1,分析了其结构特性及其结构的展开过程,与相关实验和分子动力学模拟数据吻合良好,表明该弹性网络模型适用于蛋白质结构的研究。 展开更多
关键词 蛋白质 弹性网络模型 结构特性 去折叠 GB1
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基于Hadoop环境下蛋白质与配体分子对接模拟实验研究
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作者 钦淳 许磊 +2 位作者 王峰 孔韧 常珊 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2020年第4期672-681,共10页
蛋白质种类和小分子的数量过多,对于药物的模拟开发运算量巨大。而分子对接是研究新药的重要手段,因此提高分子对接实验系统的工作效率十分重要。分子对接主要目的是研究蛋白质受体和配体小分子之间的作用与联系。本文通过模拟实验,搭... 蛋白质种类和小分子的数量过多,对于药物的模拟开发运算量巨大。而分子对接是研究新药的重要手段,因此提高分子对接实验系统的工作效率十分重要。分子对接主要目的是研究蛋白质受体和配体小分子之间的作用与联系。本文通过模拟实验,搭建了一个Hadoop平台,并利用Hadoop强大的并行计算能力对蛋白质(1ppe与1uy6)与多组数量不同的配体小分子进行对接,最后对工作过程进行了相应的比较与优化。实验结果表明,该系统可以有效提高对接效率,并且具有较好的稳定性和便利性。 展开更多
关键词 蛋白质 分子对接 Hadoop环境 并行计算
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基于融合神经网络模型的药物分子性质预测 被引量:13
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作者 谢良旭 李峰 +1 位作者 谢建平 许晓军 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2021年第9期251-256,共6页
在生物信息学领域,人工智能方法在预测药物分子的物理化学性质和生物活性中获得了重大成功,特别是神经网络已被广泛应用到药物研发中。但是浅层神经网络的预测精度低,深度神经网络又容易出现过拟合的问题,而模型融合策略有望提升机器学... 在生物信息学领域,人工智能方法在预测药物分子的物理化学性质和生物活性中获得了重大成功,特别是神经网络已被广泛应用到药物研发中。但是浅层神经网络的预测精度低,深度神经网络又容易出现过拟合的问题,而模型融合策略有望提升机器学习中弱学习器的预测能力。据此,文中将模型融合方法首次应用到药物分子性质的预测中,通过对药物分子的化学结构进行信息化编码,采用平均法、堆叠法融合浅层神经网络,提高对药物分子pKa预测的能力。与深度学习方法相比,堆叠法(Stacking)融合的模型具有更高的预测准确性,其预测结果的相关系数达到0.86。通过将多个弱学习器的神经网络有机组合可使其达到深度神经网络的预测精度,同时保留更好的模型泛化能力。研究结果表明,模型融合方法可提高神经网络对药物分子pKa预测结果的准确性和可靠性。 展开更多
关键词 计算机辅助药物设计 生物信息学 模型融合 深度学习 机器学习
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蛋白质-配体分子对接中构象搜索方法 被引量:6
7
作者 常珊 陆旭峰 王峰 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2018年第4期586-594,共9页
分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的... 分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的构象搜索算法,包括快速穷举搜索、启发式搜索和其他搜索方法,并列举了采用不同搜索算法的代表性分子对接软件。其次,介绍了蛋白质-配体分子对接的国际评估实验、常用的测试标准库和评价的重要指标。最后,分析并指出了当前蛋白质-配体对接构象搜索方法所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望。 展开更多
关键词 蛋白质-配体相互作用 构象搜索方法 分子对接
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基于双边随机投影算法的光学相干层析成像降噪 被引量:1
8
作者 潘玲佼 范伟伟 吴全玉 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2021年第4期713-721,共9页
为了解决光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)系统中的散斑噪声问题,提出了一种基于双边随机投影的光学相干层析成像去噪算法。基于三维OCT图像相邻帧的生物组织结构之间的高度相似性及图像高分辨率的特性,将原始OCT图... 为了解决光学相干层析成像(Optical coherence tomography,OCT)系统中的散斑噪声问题,提出了一种基于双边随机投影的光学相干层析成像去噪算法。基于三维OCT图像相邻帧的生物组织结构之间的高度相似性及图像高分辨率的特性,将原始OCT图像信号分解为无噪低秩矩阵、稀疏矩阵以及噪声矩阵;然后采用双边随机投影算法进行求解,提取低秩矩阵,从而去除噪声,恢复无噪图像;在临床数据集上对本文算法进行了测试,并通过信噪比(Signal to noise,SNR)、对比度噪声比(Contrast to noise ratio,CNR)以及等效视数(Equivalent number of looks,ENL)3个指标对降噪效果进行评价。实验结果表明,与稳健性主成分分析算法相比,本文算法在信噪比、对比度信噪比以及等效视数指标上分别提高了1.22 dB、0.84 dB和59.5,能更有效地抑制散斑噪声,且计算复杂度较低。 展开更多
关键词 散斑噪声 光学相干层析成像 双边随机投影 图像处理
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一种结合自适应噪声完备经验模态分解和盲反卷积去除脑电中眼电伪迹的新方法 被引量:12
9
作者 吴全玉 张文强 +2 位作者 潘玲佼 陶为戈 刘晓杰 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2020年第4期720-729,共10页
针对微弱的脑电(Electroencephalogram,EEG)信号在采集过程中夹杂着各种生理伪迹,特别易遭到眨眼和眼动产生的眼电(Electrooculography,EOG)伪迹干扰。本文提出在自适应噪声完备经验模态分解(Complete ensemble empirical mode decompos... 针对微弱的脑电(Electroencephalogram,EEG)信号在采集过程中夹杂着各种生理伪迹,特别易遭到眨眼和眼动产生的眼电(Electrooculography,EOG)伪迹干扰。本文提出在自适应噪声完备经验模态分解(Complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)的基础上,构建盲反卷积(Blind deconvolution,BD)模型,实现EOG伪迹分离的方法。该方法首先运用CEEMDAN方法将含有伪迹的EEG信号分解成若干固有模态函数(Intrinsic mode function,IMF)分量,再以模态分量为观测信号送入EEG信号和EOG伪迹两个源信号构成的盲反卷积模型中,通过构建代价函数迭代实现EEG信号与EOG伪迹分离。为了验证新提出的算法,采用标准CHB⁃MIT头皮脑电数据库进行实验验证,EOG伪迹分离后的数据跟原始脑电数据作相关性分析,其相关系数是0.82。结果证实本文提出的方法保留有大多数原始EEG信号分量,同时对EOG伪迹的分离也具有良好的效果。 展开更多
关键词 脑电信号 眼电伪迹 经验模态分解 盲反卷积
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基于深度学习的癫痫脑电信号分类 被引量:2
10
作者 徐晴 葛成 +2 位作者 蔡标 陆翼 常珊 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2022年第4期787-797,共11页
有效地分析处理癫痫脑电信号并对其准确分类可以进一步完善癫痫检测问题。因此,各种深度学习方法逐渐应用到该问题中,如使用BiLSTM模型对癫痫脑电的一维时间序列数据进行处理。为进一步提高癫痫脑电分类的准确率,本文将癫痫脑电的一维... 有效地分析处理癫痫脑电信号并对其准确分类可以进一步完善癫痫检测问题。因此,各种深度学习方法逐渐应用到该问题中,如使用BiLSTM模型对癫痫脑电的一维时间序列数据进行处理。为进一步提高癫痫脑电分类的准确率,本文将癫痫脑电的一维时间序列数据转换为二维图像,使用EfficientNetV2模型来实现癫痫检测的二分类。同时,引入梯度加权类激活映射(Gradient⁃weighted class activation mapping,Grad⁃CAM)对二维图像分类进行可视化分析。对德国伯恩大学脑电癫痫脑电信号数据集的预处理版本进行分类实验,EfficientNetV2模型的准确率达到了98.69%,优于BiLSTM模型。结果表明,EfficientNetV2模型可以有效通过二维脑电图像实现癫痫脑电分类,而且分类准确率更高。 展开更多
关键词 癫痫 脑电信号 EfficientNetV2 BiLSTM 梯度加权类激活映射
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基于分子对接的新型复合物Ⅲ抑制剂的虚拟筛选
11
作者 杜士杰 覃兆海 许磊 《农药学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期942-950,共9页
为了发现更卓越的复合物Ⅲ抑制剂,采用多级递进式筛选法,从Specs数据库中筛选出14个化合物,采用菌丝生长速率法进行了离体抑菌活性测定。结果表明:14个化合物在50μg/mL下对油菜菌核病菌、立枯丝核菌、番茄晚疫病菌、棉花枯萎病菌和番... 为了发现更卓越的复合物Ⅲ抑制剂,采用多级递进式筛选法,从Specs数据库中筛选出14个化合物,采用菌丝生长速率法进行了离体抑菌活性测定。结果表明:14个化合物在50μg/mL下对油菜菌核病菌、立枯丝核菌、番茄晚疫病菌、棉花枯萎病菌和番茄灰霉病菌均有一定的抑制效果,其中化合物9对5种病原菌的EC50值分别为8.42、74.89、80.64、96.17和32.94μg/mL,总体活性优于嘧菌酯。为了揭示其内在作用机制,采用分子对接和分子动力学模拟进行了研究,结果发现:化合物9和嘧菌酯在活性位点有相似的结合构象,并均与氨基酸残基Glu (C271)生成了氢键。化合物9的发现对新型复合物Ⅲ抑制剂的开发提供了重要的理论基础和实验依据。 展开更多
关键词 分子对接 分子动力学模拟 复合物Ⅲ 嘧菌酯 抑菌活性 虚拟筛选
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基于CPU和GPU异构的蛋白质分子半柔性对接算法优化 被引量:1
12
作者 陆旭峰 陆振宇 +2 位作者 梅向东 孔韧 常珊 《数据采集与处理》 CSCD 北大核心 2018年第4期603-610,共8页
分子对接是预测蛋白质复合物的有效手段。对于分子对接算法的优化旨在加速分子对接效率,降低计算成本,以及充分发挥计算资源的利用率。本文主要采用3个方案对半柔性对接算法进行优化:(1)方案一在CPU端进行优化;(2)方案二在方案一的基础... 分子对接是预测蛋白质复合物的有效手段。对于分子对接算法的优化旨在加速分子对接效率,降低计算成本,以及充分发挥计算资源的利用率。本文主要采用3个方案对半柔性对接算法进行优化:(1)方案一在CPU端进行优化;(2)方案二在方案一的基础上,利用CUFFT的移植工具CUFFTW为方案一提供部分GPU并行接口;(3)方案三利用GPU并行架构,通过CPU和GPU的协同处理,利用纯并行计算接口进行优化。3种方案对PDB code分别为1PEE,1B6C,4HX3和2SNI的测试蛋白进行结合态和自由态的对接,求得的最小均方根偏差L_(RMSD)小于5?,满足了复合物结构预测竞赛要求的中等精度结构标准,验证了对接结果的正确性。最后在保证结果正确性的前提下,测试了不同蛋白在不同方案下的运行速率;在保证不同蛋白对接效率相同的前提下,以1PPE为例,比较了不同方案下的对接速率。实验结果表明在同等旋转步长并保证程序运行结果正确性的前提下,最终的优化效果可提速近10倍,有效改进了半柔性对接算法的运行速率。 展开更多
关键词 蛋白质 半柔性 分子对接 CPU GPU
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CAPRI第32~37轮竞赛中蛋白质复合物结构的预测和评估
13
作者 张大为 许晓双 +3 位作者 孔韧 陆旭峰 陆振宇 常珊 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1828-1836,共9页
为了探究蛋白质复合物的结构与相互作用,建立了蛋白质的分子对接方法,从2014年起参加蛋白质复合物结构预测竞赛的预测和打分竞赛.该方法首先采用结构模建方法预测单体蛋白质分子的结构,通过快速傅里叶变换进行全空间构象搜索.然后,优化... 为了探究蛋白质复合物的结构与相互作用,建立了蛋白质的分子对接方法,从2014年起参加蛋白质复合物结构预测竞赛的预测和打分竞赛.该方法首先采用结构模建方法预测单体蛋白质分子的结构,通过快速傅里叶变换进行全空间构象搜索.然后,优化蛋白质复合物构象,并采用全原子统计势函数进行评价.总结第32~37轮CAPRI竞赛结果发现,该方法在T104、T105、T111和T118比赛中挑选出了L_(RMSD)小于2.0×10^(-10)m的近天然结构.通过对比其他国际优秀课题组的方法,分析预测和打分比赛中取得的成绩和不足之处,并为后续的研究提出了改进方案与建议. 展开更多
关键词 蛋白质分子对接 复合物结构预测 打分函数
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