計算生物學(xué)導(dǎo)論

前言

　　僅僅在1953年才確定了著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。自從那時起，出現(xiàn)了一系列驚人的發(fā)現(xiàn)。闡明遺傳密碼僅僅是開始。了解基因和它們在真核生物，如人類基因組中不連續(xù)性的細(xì)節(jié)，已經(jīng)導(dǎo)致能夠研究和操作Mendel的抽象概念一一基因本身。學(xué)會越來越快地閱讀遺傳材料使我們能夠試圖解讀整個基因組。像我們正在接近21世紀(jì)一樣，我們也正在接近生物學(xué)不可思議的新紀(jì)元?！　》肿由飳W(xué)的革新率驚心動魄。一代人為寫博士論文必須煞費苦心掌握的實驗技術(shù)，對現(xiàn)代大學(xué)生來說成為例行實驗。數(shù)據(jù)的積累已經(jīng)使建立國際核酸、蛋白質(zhì)、單個生物體，甚至染色體的數(shù)據(jù)庫成為必要。粗略地度量核酸數(shù)據(jù)庫的大小進(jìn)展過程成指數(shù)增長，從而新的學(xué)科（如果這樣說太自大了）：生物學(xué)和信息科學(xué)結(jié)合的新的專門領(lǐng)域正在不斷產(chǎn)生。在巨大的數(shù)據(jù)庫中尋找相關(guān)事實和假設(shè)，對生物學(xué)來說變得非常重要。這本書是關(guān)于生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，特別是關(guān)于序列和染色體的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的?！　?shù)學(xué)書名趨向于簡潔、隱匿的觀點，而生物學(xué)的書名通常比較長，包含的信息更多，相當(dāng)于數(shù)學(xué)家給出的簡單摘要。相應(yīng)地，生物學(xué)家的摘要有數(shù)學(xué)家引言的長度和細(xì)節(jié)。為了努力填補(bǔ)到目前為止幾乎孤立的兩種文化之間的鴻溝，我的書名反映了這些沖突的傳統(tǒng)?！坝嬎闵飳W(xué)導(dǎo)論”是一個短書名，可以用作許多不同書的名字。書名的副標(biāo)題“圖譜，序列和基因組”是讓讀者知道這本書是關(guān)于分子生物學(xué)應(yīng)用的。即使這樣也太短，“計算生物學(xué)導(dǎo)論……”應(yīng)該為“計算，統(tǒng)計和數(shù)學(xué)分子生物學(xué)……”　　在第1章詳細(xì)說過，打算讀本書的讀者應(yīng)該學(xué)過概率和統(tǒng)計的基本課程，也應(yīng)該掌握微積分。計算機(jī)科學(xué)中的算法和復(fù)雜性的概念也是有幫助的。至于生物學(xué)，大學(xué)入門課程也非常有用，是每個受教育的人在任何場合都應(yīng)該知道的材料。本書打算給具有數(shù)學(xué)技能的人介紹令人著迷的生物數(shù)據(jù)和問題，而不是給那些喜歡自己學(xué)科純潔又封閉的人。在如此迅速發(fā)展的學(xué)科中所做工作有立即變廢的重大危險我已經(jīng)試圖在我認(rèn)為不大會改變的基礎(chǔ)上和那些會被明天更巧妙的技術(shù)淘汰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和問題之間建立一個平衡。例如，物理圖譜（如限制圖譜）的基本性質(zhì)依舊重要。雖然20年來一直關(guān)心雙消化問題，它有變成過時的可能。序列裝配也容易受到技術(shù)的影響而發(fā)生許多改變。序列比較總是有意義的，并且動態(tài)規(guī)劃算法是一個好的簡單的框架。這些問題都可以嵌入其中，如此等等。

內(nèi)容概要

本書是Introduction to Computational Biology的中文譯著，本書的意圖是針對有數(shù)學(xué)技能的人介紹令人著迷的生物數(shù)據(jù)和問題，并建立更實際的生物數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)?！　”緯卜?5章，其中第1章介紹分子生物學(xué)的基本常識，第2—4章介紹限制圖譜和多重圖譜，第5、6章研究克隆和克隆圖譜，第7章討論DNA序列相關(guān)的話題，第8—11章是共同模式下序列比較問題，第12章涉及序列中模式計數(shù)的統(tǒng)計問題，第13章敘述RNA二級結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)化論述，第14章給出有關(guān)序列的進(jìn)化歷史，最后第15章給出某些關(guān)鍵文獻(xiàn)的原始出處．本書結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容更新、更全面。　　本書適合高等院校數(shù)學(xué)和生物專業(yè)的高年級大學(xué)生、研究生和教師閱讀參考，也適合科研單位的研究人員參考。

書籍目錄

《生物數(shù)學(xué)叢書》序前言數(shù)學(xué)符號第0章  引言  0.1　分子生物學(xué)  0.2　數(shù)學(xué)，統(tǒng)計和計算機(jī)科學(xué)第1章　分子生物學(xué)一些知識    1.1　DNA和蛋白    1.1.1　雙螺旋結(jié)構(gòu)    1.2　中心定理    1.3　遺傳密碼    1.4　轉(zhuǎn)化RNA和蛋白序列    1.5　基因不簡單    1.5.1　開始與停止    1.5.2　基因表達(dá)的控制    1.5.3　割裂基因    1.5.4　跳躍基因  1.6　生物化學(xué)  問題第2章　限制圖譜  2.1　引言  2.2　圖  2.3　區(qū)間圖  2.4　片段大小的度量  問題第3章　多重圖譜  3.1　雙消化問題    3.1.1　雙消化問題的多重解  3.2　多重解分類    3.2.1　反射性    3.2.2　重疊等價    3.2.3　重疊尺寸等價    3.2.4　更多的圖論知識    3.2.5　從一條路到另一條路    3.2.6　限制圖譜及邊界塊圖    3.2.7　限制圖譜的盒變換    3.2.8　一個例子    問題第4章　求解DDP的算法  4.1　算法和復(fù)雜性  4.2　DDP是NP完全的  4.3　解DDP的方法    4.3.1　整數(shù)規(guī)劃    4.3.2　劃分問題    4.3.3　TSP  4.4　模擬退火法：TSP和DDP    4.4.1　模擬退火法    4.4.2　TSP    4.4.3　DDP    4.4.4　環(huán)狀圖譜  4.5　用真實數(shù)據(jù)作圖    4.5.1　使數(shù)據(jù)符合圖    4.5.2　圖譜算法    問題第5章　克隆與克隆文庫  5.1　有限的隨機(jī)克隆數(shù)　5.2　完全消化的文庫  5.3　部分消化的文庫    5.3.1　可克隆基的組分    5.3.2　采樣、方法    5.3.3　設(shè)計部分消化文庫    5.3.4　Poisson近似    5.3.5　獲得所有片段    5.3.6　最大表達(dá)度  5.4　每個微生物中的基因組　問題第6章  物理基因組圖譜：海洋、島嶼和錨第7章　序列裝配第8章　數(shù)據(jù)庫和快速序列裝配第9章  動態(tài)規(guī)劃、兩個序列比對第10章　多重序列比對第11章　序列比對用到的概率和統(tǒng)計第12章  有關(guān)序列模式的概率與統(tǒng)計第13章　RNA二級結(jié)構(gòu)第14章　樹和序列第15章　來源與展望參考文獻(xiàn)附錄  問題解答和提示索引

章節(jié)摘錄

　　第1章　分子生物學(xué)一些知識　　本章的目的是提供分子生物學(xué)，物別是DNA和蛋白質(zhì)序列的一個簡單的導(dǎo)引。理想的是，讀者已學(xué)過分子生物學(xué)或分子化學(xué)入門教程，他們可直接讀第2章。入門教程通常超過1000頁，這里我們僅給出幾個基本點。為了啟發(fā)，在后面的一些章節(jié)將介紹更多的生物學(xué)知識?！　∩飳W(xué)最基本的問題之一是理解遺傳。在1865年，Mendel給出遺傳的抽象、本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，其中，遺傳的基本單位是基因。Mendel的工作一直被遺忘，直到1900年（20世紀(jì)初）才被拾起，并在數(shù)學(xué)上進(jìn)行了廣泛的研究，但仍不知道基因的本質(zhì)。僅僅在1944年才知道了基因由DNA構(gòu)成。1953年，James Watson和FrancisCrick提出了DNA現(xiàn)在著名的雙螺旋結(jié)構(gòu)。雙螺旋給出了一個DNA分子是怎樣被分開，并變成兩個同樣的DNA分子的物理模型。在他們的文章中出現(xiàn)了科學(xué)中最著名的一句話：“我們提出的特定的配對直接蘊涵遺傳物質(zhì)可能的復(fù)制機(jī)制，這一點逃不出我們的注意”。復(fù)制機(jī)制是現(xiàn)代遺傳學(xué)的基礎(chǔ)。在Mendel模型中基因是抽象的，Watson和Crick模型則描述了基因本身，提供了對遺傳的深入理解。下面討論大分子的一般性質(zhì)，包括怎樣由DNA生成RNA和蛋白。然后，更多地給出對這些性質(zhì)來說是基本的生物化學(xué)的某些細(xì)節(jié)。

編輯推薦

　　20世紀(jì)80年代初始，國內(nèi)對“生物數(shù)學(xué)”發(fā)生興趣的人越來越多，目前從事　　生物數(shù)學(xué)研究．學(xué)習(xí)生物數(shù)學(xué)的人數(shù)之多已居世界之首。為了加強(qiáng)交流，在“中國生物數(shù)學(xué)學(xué)會”和科學(xué)出版社的共同努力下，組織了本套《生物數(shù)學(xué)書》，宗旨是促進(jìn)數(shù)學(xué)與生物學(xué)的相互滲透，促進(jìn)數(shù)學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用，帶動生物數(shù)學(xué)研究的發(fā)展，培養(yǎng)國內(nèi)生物數(shù)學(xué)人才?！　矔w學(xué)術(shù)專著．教材、科普及譯著，具體包括：　?、偕飻?shù)學(xué)、生物統(tǒng)計教材；　?、邤?shù)學(xué)在生物學(xué)中的應(yīng)用方法；　?、凵锝?；　?、苌鷳B(tài)學(xué)中數(shù)學(xué)模型的研究與使用等?！　”緟矔淖x者對象是數(shù)學(xué)和生物學(xué)相關(guān)專業(yè)高年級大學(xué)生、研究生、高校教師和科研工作者。

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