生物計算

前言

　　生物計算中的理論、方法與應用越來越被生物、醫(yī)學及其他醫(yī)務工作者所需要與關注，特別是在人類基因組計劃實施以來，該學科的發(fā)展與研究更凸顯出重要的作用?；?、基因組、蛋白質、蛋白質組等生物學信息的數(shù)據(jù)采集、儲存與分析及其生物學意義，是生物計算乃至生物、醫(yī)學與醫(yī)藥的重點研究內容之一。因此在國內外的許多醫(yī)科院校均被作為重要課程，與生物信息學和生物計算相關內容的課程不僅是研究生的必修課程或選修課程，也是多個專業(yè)本科生的專業(yè)必修課程或選修課程。我們先后用了近三年的時間，在開展教學和研究工作的同時編寫了本書，目的是為生物學和醫(yī)學相關專業(yè)的本科生與研究生提供一本既通俗易懂，同時又可深入了解相關內容的教材，為該學科的建設與發(fā)展服務?！　∽?004年以來，本人有幸多次參加南開大學數(shù)學科學學院沈世鎰教授主持的“生物信息學”討論班。在討論與學習過程中，不僅掌握了一些解決生物序列分析與計算的具體算法，更重要的是學到了解決生物序列分析的一些新方法和新思想。如生物序列的多種比對算法、數(shù)據(jù)結構中的語義分析及其在蛋白質結構分析中的應用等。這些方法從不同角度對生物計算中的有關問題進行研究與探討，并在許多方面得到了很好的應用。在學習過程中，與南開大學數(shù)學科學學院胡剛、王奎博士等合作，對生物計算中的算法以及相關軟件包的使用等問題有了更深入與確切的理解，使本書得以順利完成。我們希望能將該領域中的主要內容與方法介紹給讀者。　　“生物計算”與“生物信息學”在本質上無大的區(qū)別，國內外的許多院校均把它們看作同一領域的學科。在本書中，我們把“生物計算”看作較偏重于原理與方法，同時注重它們的實現(xiàn)與應用，在介紹國外先進與常用算法的同時，增加了相應軟件包的使用與分析等內容。

內容概要

本書介紹生物計算中的幾種主要方法，如序列比對、系統(tǒng)發(fā)育分析、蛋白質序列的語義分析與結構預測、基因識別與生物芯片的數(shù)據(jù)分析等，給出它們的基本問題與有關的方法及應用。全書由三部分組成，第一部分介紹這些問題的由來與主要內容，給出它們的基本原理、計算與分析方法及應用意義，同時介紹一些國際上較為通用的軟件包，第二部分是生物學備忘錄，介紹有關生物學的基礎知識，第三部分是數(shù)學備忘錄，介紹與這些生物計算有關的數(shù)學理論與方法。    本書可作為數(shù)學、生物、醫(yī)學、化學等專業(yè)的本科生或研究生教材，其中第一部分內容可作為各專業(yè)的公共部分，而第二、三部分內容可供各專業(yè)適當選用。

書籍目錄

《數(shù)學與現(xiàn)代科學技術叢書》序前言第一部分  基本方法  第1章  生物序列突變與比對分析    1.1  生物序列突變與比對問題      1.1.1  生物序列的類型與結構      1.1.2  生物序列突變與比對問題的意義與應用      1.1.3  生物序列比對的原理與方法    1.2  二重序列比對的有關算法      1.2.1  關于動態(tài)規(guī)劃算法的一些說明      1.2.2  動態(tài)規(guī)劃算法      1.2.3  統(tǒng)計判決算法的基本思想      1.2.4  BLAST軟件的使用    1.3  多重序列的比對問題      1.3.1  MSA的意義與概況      1.3.2  MSA的定義與優(yōu)化準則    1.4  MSA算法與計算      1.4.1  MSA算法的基本概念      1.4.2  MSA的算法步驟      1.4.3  ClustalW軟件的使用      1.4.4  關于MSA的幾點說明      1.4.5  幾個多重序列比對應用例子    1.5  SPA算法的原理與計算      1.5.1  SPA算法的基本原理      1.5.2  SPA算法的基本步驟      1.5.3  SPA算法源碼      1.5.4  SPA算法的有關問題討論      1.5.5  SPA算法的一個實例計算    習題與思考  第2章  系統(tǒng)發(fā)育分析  第3章  蛋白質一級結構的語義分析  第4章  蛋白質結構預測  第5章  基因識別  第6章  基因表達數(shù)據(jù)分析第二部分  生物學備忘錄  第7章  核酸與DNA  第8章 氨基酸與蛋白質  第9章  基因與基因組  第10章  生物信息數(shù)據(jù)庫第三部分  數(shù)學備忘錄  第11章  智能計算理論與算法  第12章  概率、信息與統(tǒng)計  第13章  隨機過程  第14章  有關圖與樹的基本知識參考文獻索引《數(shù)學與現(xiàn)代科學技術叢書》已出版書目

章節(jié)摘錄

　?。?）重復序列與基因交叉問題。由人類基因組與各種不同類型生物體基因組的測定發(fā)現(xiàn)，在同一生物體（尤其是在高等生物體）的基因組中，存在大量基因的重復與交叉問題。所謂重復序列，就是在同一基因組中一些DNA片段重復出現(xiàn)，這些片段有長有短，較長的片段長達數(shù)百萬，有的片段雖短，但可能重復出現(xiàn)數(shù)百萬次。這種重復不是簡單一致定義下的相同，而是在一定相似率定義下的重復，因此必須通過序列的比對才能發(fā)現(xiàn)并確定這些重復序列?！　』虻慕徊婢褪峭换蛟诨蚪M中往往由多條不同的DNA片段組成，在生物學中稱這些組成基因的不同片段為外顯子，中間間隔部分稱為內含子，在基因編碼成蛋白質時，內含子被切除，部分外顯子排列的次序會發(fā)生重疊或顛倒，生物學中稱這種現(xiàn)象為基因交叉，這種交叉結構的分析同樣需要序列的比對計算。

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