基于卷积长短时记忆神经网络的蛋白质二级结构预测

鉴于不同类型氨基酸的相互作用对蛋白质结构预测的影响不同,文中融合卷积神经网络和长短时记忆神经网络模型,提出卷积长短时记忆神经网络,并应用到蛋白质8类二级结构的预测中.首先基于氨基酸序列的类别信息和氨基酸结构的进化信息表示蛋白质序列,并采用卷积提取氨基酸残基之间的局部相关特征,然后利用双向长短时记忆神经网络提取蛋白质序列内部残基之间的远程相互作用,最后将提取的蛋白质的局部相关特征和远程相互作用用于蛋白质8类二级结构的预测.实验表明,相比基准方法,文中模型提高8类二级结构预测的精度,并具有良好的可扩展性.     

基于深度学习的无局部结构矩阵序列预测

由于对图像局部近邻结构的敏感性,卷积神经网络在计算机视觉领域有着广泛深远的应用.然而对于无局部结构的一般性矩阵,由于无法处理其中的大量全局依赖,卷积神经网络通常对其不够有效.鉴于此,提出了一种基于深度学习的网络结构,用来解决这种无局部结构的一般性矩阵序列预测问题.通过采用提出的对偶线性连接结构,使网络学习到了广泛存在于无局部结构矩阵序列中的全局依赖,从而得到了更好的预测结果.将提出算法与几种主流视频预测算法进行对比,实验结果表明:该算法对于无局部结构矩阵序列具有很好的特征提取能力,可以有效地学习到给定输入数据中的全局依赖,从而生成更好的预测结果.     

蛋白质二级结构的协同训练预测方法*

针对蛋白质二级结构机器学习预测方法,忽略氨基酸疏水性特征以及氨基酸之间的长程作用和准确率不高的现状,进行了比较实验分析。采用氨基酸对应的疏水能值替换蛋白质中相应的氨基酸,得到疏水能值的序列实验结果表明,用长的疏水能值序列,训练BP网络,对长程作用起主导的E结构的预测效果好。由于Profile编码特征和疏水能值特征是独立的冗余视图,基于协同训练思想,提出Cotraining算法。该算法的主要步骤是在Profile特征空间训练SVM分类器,在疏水性特征空间训练BP神经网络分类器,协同对氨基酸二级结构进行预测     

基于Convolutional-LSTM的蛋白质亚细胞定位研究

蛋白质亚细胞位置预测研究是目前蛋白质组学和生物信息学研究的重点问题之一。蛋白质的亚细胞定位决定了它的生物学功能,故研究亚细胞定位对了解蛋白质功能非常重要。由于蛋白质结构的序列性,考虑使用序列模型来进行亚细胞定位研究。尝试使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)、长短期记忆神经网络(long short-term memory,LSTM)两种模型挖掘氨基酸序列所包含的信息,从而进行亚细胞定位的预测。随后构建了基于卷积的长短期记忆网络(Convolutional-LSTM)的集成模型进行亚细胞定位。首先通过卷积神经网络对蛋白质数据进行特征抽取,随后进行特征组合,并将其送入长短期记忆神经网络进行特征表征学习,得到亚细胞定位结果。使用该模型能达到0.816 5的分类准确率,比传统方法有明显提升。     

基于多核学习卷积神经网络的稀疏数据推荐

针对当前稀疏数据推荐准确率低的问题,提出一种基于多核学习卷积神经网络的稀疏数据推荐算法.将项目的辅助信息送入卷积神经网络学习特征,将向量在可再生核希尔伯特空间组合,利用多核学习技术增强卷积神经网络的特征学习能力;基于学习的卷积特征集初始化非负矩阵模型,通过非负矩阵模型实现对缺失评分的预测.实验结果表明,该算法有效提高了稀疏数据集的推荐性能,验证了多核学习卷积神经网络的有效性.     

一种只利用序列信息预测RNA结合蛋白的深度学习模型

RNA结合蛋白在选择性剪贴、RNA编辑及甲基化等多种生物功能中发挥非常重要的作用,从氨基酸序列预测这些蛋白的功能成为基因组功能注释领域的重要挑战之一. 传统的预测方法往往从序列中提取氨基酸的理化特性作为初始特征,忽略了motif及motif之间的位置信息,同时由于训练数据规模小、噪声大,导致预测的精度及可信度降低. 在此提出了一种从序列预测RNA结合蛋白的深度学习模型. 该模型利用2阶段卷积神经网络探测蛋白质序列的功能域,利用长短期记忆网络获得序列的定长特征表示并且能够学习到功能域之间的长短期依赖关系.预测算法中所用到的特征均是通过“学习”自动获得,克服了传统机器学习中特征选择过程过多的人工干预. 实验结果表明:模型在处理大规模序列数据时具有明显的优势.     

改进的牵引移动的蚁群算法在2D HP模型中的应用

蛋白质折叠问题就是从氨基酸序列中预测蛋白质的构象,该问题是生物信息学的一个突出问题。主要研究二维HP格点模型,它是用于模拟蛋白质折叠问题的一个具有代表性的简化模型,并且将蚁群算法用于求解该二维HP蛋白质的折叠问题。此外,在局部搜索机制中引入一种改进的牵引移动方法,这是一个提高蛋白质构象的有效方法。实验结果表明,针对较长的氨基酸序列,改进的带牵引移动的蚁群算法(ACO+)比ACO能够获得更低能量的构象,证明了所提出的改进蚁群算法是预测蛋白质结构的有效方法。     

元胞自动机图的蛋白质二级结构类型预测

蛋白质结构预测是后基因组时代的一项重要任务,蛋白质二级结构预测是蛋白质结构预测的关键步骤。利用氨基酸数字编码模型生成蛋白质序列的元胞自动机图（Cellular Automata Image,CAI）,提出了一种基于灰度共生矩阵（Gray Level Co-occurrence Matrix,GLCM）提取纹理图像特征的方法。用扩大的协方差算法进行预测,仿真结果显示有较好的分类效果,Jackknife检验的预测成功率达到94.61％。     

基于多重进化矩阵的蛋白质特征向量构造方法

特征向量的构造是蛋白质二级结构预测的一个关键问题. 现有的研究方法,通常只使用BLOSUM62进化矩阵生成PSSM矩阵,对蛋白质进化过程中存在的氨基酸残基突变现象缺乏考虑. 本文提出利用多重进化矩阵构造蛋白质特征向量,其融合了不同进化时间的PSSM矩阵,不仅能够很好地反映序列中氨基酸的位置信息,而且能够反映序列进化过程中氨基酸位点发生突变产生的影响. 本文通过组合不同进化程度的矩阵来构造特征向量,选用逻辑回归、随机森林和多分类支持向量机三种分类算法作为预测工具,利用网格搜索法和交叉实验法优化参数,在RS126、CB513和25PDB公用数据集上进行了若干组实验. 对比实验结果表明,本文所提出基于多重进化矩阵的蛋白质特征向量构造方法能够有效提高蛋白质二级结构的预测精度.     

基于卷积神经网络的互联网金融信用风险预测研究

针对互联网金融行业的信用风险评估问题,提出了一种基于卷积神经网络的客户违约风险预测方法。首先将输入数据分为动态数据和静态数据,将动态数据和静态数据分别转换为矩阵和向量,然后利用改进的卷积神经网络来自动提取特征并进行分类,最后使用ROC曲线、AUC值和KS值作为评价指标,将该方法与其他机器学习算法(Logistic回归、随机森林)进行比较。实验结果表明,卷积神经网络模型对于信用风险的预测效果要优于对比模型。     

基于一维卷积神经网络的网络流量分类方法

针对传统机器学习算法对于流量分类的瓶颈问题,提出基于一维卷积神经网络模型的应用程序流量分类算法。将网络流量数据集进行数据预处理,去除无关数据字段,并使数据满足卷积神经网络的输入特性。设计了一种新的一维卷积神经网络模型,从网络结构、超参数空间以及参数优化方面入手构造了最优分类模型。该模型通过卷积层自主学习数据特征,解决了传统基于机器学习的流量分类算法中特征选择问题。通过网络公开数据集进行模型测试,相比于传统的一维卷积神经网络模型,所设计的神经网络模型的分类准确率提升了16.4%,总分类时间节省了71.48%。另外在类精度、召回率以及[F1]分数方面都有较好的提升。     

基于深度残差网络的自动调制识别方法研究

自动调制识别是电磁环境特性分析的关键问题,而传统方法多基于人工设计特征进行识别,数据特征表示和判别分析能力有限.为此提出一种新颖的深度神经网络特征表示方法进行调制识别任务.首先,利用递归神经网络结构对电磁信号序列进行表示,建立了基于多层双向GRU网络结构的识别方法.其次,从一维空间卷积表示序列的角度思考,建立了基于深度...     

On Postprocessing of Neural Network Prediction of Polyproline Type II Secondary Structures: Network Spectrum, Response Analysis, and Scattering

In our previous studies, we predicted protein secondary structures of polyproline type II by applying feedforward perceptron neural networks with the backpropagation learning algorithm. With a uniformly distributed test set, prediction succeeded in approximately 74% of cases, which is indeed a highvalue for a prediction problem in bioinformatics. To enable the deeper investigation of the problem of incorrect classifications and the prediction as whole, we developed new techniques for the analysis of learning data and for the decision making of neural networks with the polyproline type II material. We briefly present the results of a neural network in this context, and the techniques developed for postprocessing. The spectrum of a neural network was used for a sophisticated frequency and response analysis to describe the interactions of different amino acids in connection with the windowing employed in the preprocessing of protein data. Scattering by means of Hamming distances was used to search for local clusters and to describe learnability of data in the pattern space.     

一种基于前向无监督卷积神经网络的人脸表示学习方法

当前基于深度卷积神经网络的人脸表示学习方法需要利用海量的有标注的人脸数据。在实际应用中,精确标注人脸的身份非常困难。因此,提出了一种基于前向无监督卷积神经网络的人脸表示学习方法。其中,基于K-means聚类获取训练样本虚拟标签,再利用线性判别分析进行卷积核学习。提出的网络结构简单有效,训练阶段不需要反向传递,训练速度显著优于有监督的深度卷积神经网络。实验结果表明,提出的方法在真实条件下的人脸数据集LFW和经典的Feret数据集上取得了优于当前主流的无监督特征学习方法和局部特征描述子的性能。     

基于迁移学习策略的压板开关状态识别

为了实现变电站压板状态的自动巡检,提升变电站运行的可靠性和安全性,提出一种基于迁移学习策略的压板开关状态识别算法.首先利用Inception-V3在ImageNet数据集上进行目标检测训练出的网络参数,得到预训练模型,接着将训练后的瓶颈层特征参数提取至目标网络,作为目标压板开关图片数据集的特征提取器,而后构造基于粒子群...     

基于场景理解与改进型BUG算法的移动机器人避障

针对现有移动机器人在视觉避障上存在的局限,将深度学习算法和路径规划技术相结合,提出了一种基于深层卷积神经网络和改进Bug算法的机器人避障方法;该方法采用多任务深度卷积神经网络提取道路图像特征,实现图像分类和语义分割任务;其次,基于语义分割结果构建栅格地图,并将图像分类结果与改进的Bug算法相结合,搜索出最优避障路径;同时,为降低冗余计算,设计了特征对比结构来对避免对重复计算的特征信息,保障机器人在实际应用中实时性;通过实验结果表明,所提方法有效的平衡了多视觉任务的精度与效率,并能准确规划出安全的避障路径,辅助机器人完成导航避障。     

FP-CNNH:一种基于深度卷积神经网络的快速图像哈希算法

在大数据时代,图像检索技术在大规模数据上的应用是一个热门的研究领域。近年来,大规模图像检索系统中, 图像哈希算法 由于具备提高图像的检索效率同时减少储存空间的优点而受到广泛的关注。现有的有监督学习哈希算法存在一些问题,主流的有监督的哈希算法需要通过图像特征提取器获取人为构造的图像特征表示,这种做法带来的图像特征损失影响了哈希算法的效果,也不能较好地处理图像数据集中语义的相似性问题。随着深度学习在大规模数据上研究的兴起,一些相关研究尝试通过深度神经网络进行有监督的哈希函数学习,提升了哈希函数的效果,但这类方法需要针对数据集人为设计复杂的深度神经网络,增大了哈希函数设计的难度,而且深度神经网络的训练需要较多的数据和较长的时间,这些问题影响了基于深度学习的哈希算法在大规模数据集上的应用。针对这些问题,提出了一种基于深度卷积神经网络的快速图像哈希算法,该算法通过设计优化问题的求解方法以及使用预训练的大规模深度神经网络,提高了哈希算法的效果,同时明显地缩短了复杂神经网络的训练时间。根据在不同图像数据集上的实验结果分析可知, 与现有的基准算法相比,提出的算法在哈希函数训练效果和训练时间上都具有较大的提高。     

深度学习在农作物图像识别中的应用研究

深度学习在语音识别、视觉识别以及其他领域都引起了很多研究者越来越多的关注.在图像处理领域,采用深度学习方法可以获得较高的识别率.本文以玻尔兹曼机和卷积神经网络作为深度学习的研究模型应用于农业方面,从病虫破坏农作物图像识别的角度,结合上述研究模型,并分别结合不同应用场景对模型进行改进.针对病虫破坏农作物的图像识别采用玻尔...     

深层融合对称子空间学习稀疏特征提取模型*

提出深层融合对称子空间学习稀疏特征提取模型.在深度子空间基础上,引入对称性、稀疏性约束,通过构建深层映射网络,完成深层特征提取.首先根据最小化重构误差准则构建基本子空间模型,并在构建过程中加入对称性、稀疏性约束.然后对基本子空间模型进行深度化改造,得到深层对称稀疏子空间模型.最后将各个层特征进行融合编码,得到深层特征提取结果.在人脸数据库及目标数据库上的实验表明,文中算法可以取得较高识别率及较好光照、表情、人脸朝向的鲁棒性.相比卷积神经网络等深度学习框架,文中算法具有结构简洁、收敛速度快等优点.