人工智能在肿瘤计算上的应用

本书以作者多年来从事的计算生物学项目为具体范例，具体介绍人工智能在计算生物学中的具体实践。本书的第一部分以基因、生存分析和生物热传导计算为例讨论人工智能在计算生物学的实践。本书的第二部分分别使用图形卡和Hadoop计算的范例来介绍如何使用单指令多数据和多指令多数据并行编程模型，改进现有串行计算模式下的计算生物模型，以此为例讨论人工智能在体系结构学科上的应用。本书的第三部分分别描述如何使用语义数据库集成管理D-NetWeaver软件以及如何建立LAUPs序列在线大数据分析WebServices平台，以此为例讨论人工智能在计算生物学数据库服务上的应用。

第一篇人工智能在计算生物学上的实践
第1章计算生物学方法模拟生物热传导过程3
1.1微分方程模拟激光治疗皮肤癌3
1.2模拟激光治疗的数学模型4
1.3模拟激光治疗的数值方法6
1.4模拟激光治疗的计算实验8
1.5模拟激光治疗的结论15
1.6模拟激光治疗的进一步研究15
参考文献17
第2章基于数据挖掘的计算生物学研究19
2.1寻找脑胶质癌致病基因和相关信号通路19
2.1.1探索脑胶质癌致病基因和相关信号通路的方法21
2.1.2探索脑胶质癌致病基因和相关信号通路的结果25
2.1.3模型的预测性能比较26
2.1.4模型的拟合性能比较28
2.1.5多种策略分别探索与脑胶质癌存活时间相关的信号通路29
2.1.6探索脑胶质癌致病基因和相关信号通路的讨论30
2.1.7探索脑胶质癌致病基因和相关信号通路的结论31
2.2建立一个稳健预测结直肠癌患病风险的数学模型31
2.2.1结直肠癌患病风险的数学模型简介31
2.2.2结直肠癌患病风险的数学模型所需的材料和方法32
2.2.3结直肠癌患病风险的数学模型的研究结果39
参考文献47
第3章结合数据挖掘和模拟仿真的多尺度混合模型56
3.1骨重建模拟仿真多尺度混合模型56
3.2骨重建模拟仿真多尺度混合模型的方法57
3.2.1分子尺度：信号通路58
3.2.2细胞尺度：细胞活动59
3.2.3支架尺度：支架降解和生长因子释放62
3.2.4骨组织尺度：血管生成和氧运输63
3.2.5建立Abaqus的计算模型63
3.2.6模型培养和测试64
3.3骨重建模拟仿真多尺度混合模型的结果65
3.3.1三维血管化骨再生模拟65
3.3.2模型的训练和测试67
3.3.3模型中的参数敏感性分析69
3.3.4生长因子对骨形成的重要影响70
3.4骨重建模拟仿真多尺度混合模型的讨论71
参考文献72
第二篇人工智能在计算生物学计算加速上的应用
第4章使用GPU并行扩散方程的数值算法77
4.1生物医学工程研究中的扩散方程77
4.2扩散方程的数学模型78
4.2.1ADI方案78
4.2.2Thomas算法79
4.2.3域分解80
4.3域分解ADI的GPU实现81
4.3.1并行计算算法的性能和准确性分析81
4.3.2并行计算算法加速扩散求解器84
4.4扩散方程的研究结果91
4.4.1比较PGM和串行计算时间91
4.4.2比较PSGMC和PGM的计算时间92
4.4.3比较PSGMG和PSGMC的计算时间93
4.4.4比较PGM、PSGMC、PSGMG和串行计算中的很好计算时间95
4.4.5检验并行和串行计算之间的准确性95
4.4.6考察其他基于GPU的计算方案的计算时间95
4.5讨论与总结96
参考文献98
第5章对谱系相关代表数目不足序列的分布式并行加速102
5.1谱系相关代表数目不足序列定义102
5.2物种LAUPs计算方法研究102
5.2.1k-mer计算算法简介103
5.2.2Jellyfish算法架构105
5.2.3Jellyfish算法优化108
5.2.4谱系相关的代表数目不足序列计算算法110
5.2.5谱系相关多物种共同LAUPs计算111
5.3JBLC算法性能评估与分析112
5.3.1时间空间复杂度分析112
5.3.2实验对比分析113
5.4基于Hadoop的LAUPs算法并行加速研究114
5.4.1问题分析与解决方法114
5.4.2HadoopStreaming框架116
5.4.3基于Hadoop的LAUPs分布式计算模型MR-JBLC117
5.5MR-JBLC性能评估与结果分析119
5.5.1Hadoop大数据平台搭建119
5.5.2并行性能评估与实验分析119
参考文献123
第三篇人工智能在计算生物学数据库服务上的应用
第6章构建集成D-NetWeaver软件的语义数据库127
6.1D-NetWeaver软件介绍127
6.2语义数据库构建128
6.2.1URI的编码和ontology129
6.2.2数据库开发工具130
6.2.3Bio-GRAPH生成130
6.2.4原始文件系统的语义扩展130
6.2.5生物数据库的SPARQL查询功能131
6.2.6生物图形可视化131
6.3讨论与结论132
参考文献132
第7章LAUPs序列大数据分析平台：WSLAUP134
7.1LAUPs相关背景134
7.2总体架构设计135
7.3平台关键技术136
7.4平台结果与讨论137
参考文献143
附录Hadoop大数据分析平台环境搭建步骤145
补充文献150