专利名称：新型生物网络模型的构建方法
技术领域：
本发明属于系统生物学领域，尤其是涉及一种复杂生物网络的建模方法。
背景技术：
根据Newman的观点，现实世界中的复杂网络主要包括社会网络、信息网络、技术网络和生物网络四大类。生物体作为一种典型的复杂系统，其中很多子系统可以表示成复杂网络。特别是，当人类基因组完成后随着后基因组学时代的到来，生物学研究的热点由对细胞内个别基因或蛋白质功能的局部性研究，转移到以细胞内全部的基因、mRNA、蛋白质及代谢产物相互作用的研究。生物网络(基因调控网络、新陈代谢网络、蛋白质互作网络等) 的预测和重建就成为后基因组学研究中的一个崭新的、极其重要的研究领域，其研究方法主要是利用大量的生物实验数据，运用数据挖掘技术来反向分析和挖掘特定生物元件之间的关联信息，并试图以复杂网络系统的观点来揭示其复杂的作用机理、功能信息及演化机制。目前已有的大量实证分析表明，生物网络与其他真实网络一样具有小世界和无标度特性。然而，生物网络的演化机制尚处于探索研究阶段，许多已有模型不能很好地反映出生物网络的内在机制。Watts和Mrogatz在规则网和随机网的基础上提出的小世界网络模型，虽然具有较大平均聚集系数和较小最短路径的特点，但网络的节点度分布却没有呈现幂率性质。BarabcSsi和Albert提出的基于增长性和择优连接性的BA网络模型，虽然具有幂率性质，但BA网络模型的节点匹配系数却等于0，这与真实生物网络性质不一致。目前也有研究者提出了一些基于生物方面考虑的蛋白质作用网络和基因调控网络模型，其中大部分模型都只考虑了复制和变异这两个基本生物过程。近年来，另一类生物复杂系统越来越受到研究者们的重视，这类复杂系统的组成单体是蛋白质结构域。蛋白质是生命体生理功能的执行者及生命现象的体现者，结构域是蛋白质行使功能的基本单位，结构域重组与序列复制和变异一起是驱动生物进化的基本机制。而这些基本机制的实现并未被现有技术中提供的现有网络模型所囊括，本发明因此而来。
发明内容
本发明目的在于提供一种模拟生物演化特性的生物网络模型的构建方法，解决了现有技术中生物网络模型难以反映生物网络中蛋白质结构域重组网络的特性等问题。为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是—种模拟生物演化特性的生物网络模型的构建方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)生物网络的初始化预设含有mQ个初始节点的初始网络(V所述初始网络内节点间相互连通；其中mQ为整数，且2 ^ m0 < 10 ；(2)在预设的单位时间内增加新的网络节点ν ；新加入的节点ν以随机概率r选择执行选自结构域重组模块、复制变异模块或增长模块中的一种，其中r满足以下条件 O^r^ 1，且节点选择三种模型的各个概率之和为1 ；(3)循环重复进行步骤O)，直至网络的规模达到预期的规模。优选的，所述方法中如果选择执行结构域重组模块的概率为R，选择执行复制变异模块的概率为D，则选择执行增长模块的概率为I-R-D ；则当0 < r < R时选择执行结构域重组模块，当R < r < (R+D)时选择执行复制变异模块，当(R+D) ^r^ 1时选择执行增长模块。优选的，所述方法中执行结构域重组模块包括以下步骤Al)在已构建的生物网络中寻找结构域节点；A2)根据反偏向优先性原则使两结构域节点间产生一条连接两节点的新的边以表示结构域节点发生协作关系。优选的，所述方法中所述结构域节点为已构建的生物网络中度数低的节点。优选的，所述方法中根据反偏向优先性原则连接是选择节点度数最小的没有直接连接的两个结构域节点，生成一条新的边，以表示已有结构域节点间发生协作关系。优选的，所述方法中执行复制变异模块包括以下步骤Bi)在已构建的生物网络中根据偏向优先性原则选出一个节点作为可复制节点， 按照可复制节点的属性复制产生新节点；B2)对复制产生的新节点的每一条边进行概率为Cl1的判断；当产生边的生存概率小于Cl1时，新节点的该边删除；否则保留该节点此边。优选的，所述方法中步骤Bi)可复制节点的选择为根据节点度的大小优先选择偏向度数高的节点作为选择的可复制节点。优选的，所述方法中执行增长模块的步骤包括以下步骤Cl)在已构建的生物网络中新增一个具有度数为m的节点，其中m为整数，且0 < m < m0 ；C2)按照BA模型中偏向优先性原则将新节点的m条边连接已构建的生物网络已经存在的m个其他节点。优选的，所述方法中步骤以)中新节点的m条边优先选择连接偏向度数高的节点。优选的，所述方法中节点的偏向指数根据以下公式计算
权利要求
1.一种模拟生物演化特性的生物网络模型的构建方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)生物网络的初始化预设含有Hl0个初始节点的初始网络(V所述初始网络内节点间相互连通；其中mQ为整数，且2 ( m0< 10 ；(2)在预设的单位时间内增加新的网络节点ν；新加入的节点ν以随机概率r选择执行选自结构域重组模块、复制变异模块或增长模块中的一种，其中r满足以下条件 O^r ^ 1，且节点选择三种模型的各个概率之和为1 ；(3)循环重复进行步骤(2)，直至网络模型的规模达到预期的规模。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中如果选择执行结构域重组模块的可能性为R，选择执行复制变异模块的可能性为D，则选择执行增长模块的可能性为 (I-R-D)；当0 < r < R时选择执行结构域重组模块，当R3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中执行结构域重组模块包括以下步骤Al)在已构建的生物网络中寻找结构域节点；A2)根据反偏向优先性原则使两结构域节点间产生一条连接两节点的新的边以表示结构域节点发生协作关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中所述结构域节点为已构建的生物网络中度数低的节点。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述方法中根据反偏向优先性原则连接是选择节点度数最小的没有直接连接的两个结构域节点，生成一条新的边，以表示已有结构域节点间发生协作关系。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中执行复制变异模块包括以下步骤Bi)在已构建的生物网络中根据偏向优先性原则选出一个节点作为可复制节点，按照可复制节点的属性复制产生新节点；B2)对复制产生的新节点的每一条边进行概率为Cl1的判断；当产生边的生存概率小于 Cl1时，新节点的该边删除；否则保留该节点此边。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述方法中步骤Bi)可复制节点的选择为根据节点度的大小优先选择偏向度数高的节点作为选择的可复制节点。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中执行增长模块的步骤包括以下步骤Cl)在已构建的生物网络中新增一个具有度数为m的节点，其中m为整数，且09.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述方法中步骤C2)中新节点的m条边优先选择连接偏向度数高的节点。
10.根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于所述方法中节点的偏向指数根据以下公式计算
全文摘要
本发明公开了一种模拟生物演化特性的生物网络模型的构建方法，其特征在于所述方法包括以下步骤(1)生物网络的初始化预设含有m0个初始节点的初始网络G0，所述初始网络G0内节点间相互连通；其中m0为整数，且2≤m0<10；(2)在预设的单位时间内增加新的网络节点v；新加入的节点v以随机概率r选择执行选自结构域重组模块、复制变异模块或增长模块中的一种，其中r满足以下条件0≤r≤1，且节点选择三种模型的各个概率之和为1；(3)循环重复进行步骤(2)，直至网络的规模达到预期的规模。该方法构建的网络模型具有小世界(较小的平均距离)、无尺度特性(幂率度分布)、较大的聚集系数、生物网络的异配性特点，能较好地反映真实复杂系统的特点，更加符合真实生物网络的统计性质。
文档编号G06F19/12GK102306251SQ201110278289
公开日2012年1月4日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者李鑫, 谢雪英 申请人:东南大学