基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與學(xué)習(xí)研究的開題報(bào)告

基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與學(xué)習(xí)研究的開題報(bào)告開題報(bào)告題目：基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與學(xué)習(xí)研究一、研究背景及意義隨著生物學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，人們越來越傾向于將兩者結(jié)合起來，開展生物信息學(xué)和計(jì)算生物學(xué)的研究。基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)調(diào)控過程中的關(guān)鍵部分，研究基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有助于揭示各種生物現(xiàn)象和疾病的分子機(jī)制，如癌癥、心臟病等。目前，利用高通量技術(shù)可以獲得基因表達(dá)數(shù)據(jù)，這為基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究提供了重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但因?yàn)榛蛘{(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)量大、信息多，建立基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的精確模型是十分困難的。同時(shí)，現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)驗(yàn)條件的限制又使得基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)往往是不完全的。如何利用不完全數(shù)據(jù)建立高效、準(zhǔn)確的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型，是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)界面臨的重要問題。因此，本文將探索基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模方法，尤其是基于不完全數(shù)據(jù)的建模方法，探討如何從大規(guī)?；虮磉_(dá)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、參數(shù)和動力學(xué)行為，希望能夠?yàn)樯飳W(xué)研究和生物信息學(xué)應(yīng)用提供有價(jià)值的研究成果。二、研究內(nèi)容及方法本文將從以下幾個(gè)方面深入探討基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模與學(xué)習(xí)方法：1.基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模：整合基因表達(dá)數(shù)據(jù)，構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；2.基于大數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)：從大規(guī)?；虮磉_(dá)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)，探索基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)行為；3.基于不完全數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模方法：探討如何從不完全的基因表達(dá)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)；4.基于控制論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制方法：研究基于控制論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制方法，探索基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)健性和可控性。研究方法主要包括數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、控制論、數(shù)學(xué)建模等。具體的研究流程包括：1.收集大規(guī)模的基因表達(dá)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；2.構(gòu)建基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)模型，并進(jìn)行模型驗(yàn)證；3.建立基于大數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)的學(xué)習(xí)模型，通過模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的有效性；4.探究基于不完全數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模方法，將方法運(yùn)用到真實(shí)的數(shù)據(jù)中，并進(jìn)行模型的優(yōu)化；5.建立基本的基于控制論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制框架與指標(biāo)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并優(yōu)化控制策略。三、預(yù)期研究結(jié)果本研究的預(yù)期結(jié)果包括：1.植物基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的建模結(jié)果；2.基于大規(guī)?；虮磉_(dá)數(shù)據(jù)的控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)結(jié)果；3.基于不完全數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模方法和結(jié)果；4.基于控制論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的控制方法和結(jié)果。四、研究意義和可能應(yīng)用領(lǐng)域本研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.突破了基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建模方法的技術(shù)瓶頸，提供了基礎(chǔ)研究和生物工程學(xué)的重要數(shù)據(jù)支撐；2.為生物學(xué)、遺傳學(xué)和生物信息學(xué)領(lǐng)域的研究提供了有價(jià)值的理論和實(shí)踐指導(dǎo)；3.為疾病診斷、藥物研發(fā)以及轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)研究提供了新的理論和方法，為人類健康服務(wù)。五、研究進(jìn)度安排1.第一年：主要工作為基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)方法；2.第二年：主要工作為基于大數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)學(xué)習(xí)方法和基于不完全數(shù)據(jù)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的建模方法；3.第三年：主要工作為基于控制論的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制方法和穩(wěn)健性分析。六、研究團(tuán)隊(duì)研究團(tuán)隊(duì)由具有生物學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)背景的研究人員組成，具體包括XX等學(xué)者。七、參考文獻(xiàn)1.HuangS.Geneexpressionprofiling,geneticnetworks,andcellularstates:anintegratingconceptfortumorigenesisandangiogenesis[J].JournaloftheNationalCancerInstitute,2004,96(21):1593-1595.2.LopesFM,Guimar?esKS,CorsoG.Reverseengineeringofgeneregulatorynetworks:Ahistoricalperspective[J].Journalofbiomedicineandbiotechnology,2009,2009.3.MarbachD,PrillRJ,SchaffterT,etal.Revealingstrengthsandweaknessesofmethodsforgenenetworkinference[J].Proceedingsofthenationalacademyofsciences,2010,107(14):6286-6291.4.TegnérJ,YeungMK,HastyJ,etal.Reverseengineeringgenenetworks:integratinggeneticperturbat