基于自回避搜索遗传算法的蛋白质折叠研究

利用生物信息学方法，对蛋白质折叠过程进行研究，建立蛋白质折叠自回避搜索的遗传算法模型，通过计算机模拟，对较短序列进行检测，以探究蛋白质折叠的过程。实证研究表明，此算法产生了效果较好的蛋白质折叠构象。但对于长序列，自回避路径折叠搜索计算时间将呈指数增长。为了更真实地模拟蛋白质折叠过程，进一步探讨了并行遗传算法模型，该模型充分体现序列折叠时的并行性与自组织性，使它适用于较长序列的折叠，折叠过程不会因为序列长度的增加而快速增大模拟的复杂度，且符合生命的演化规律。     

蛋白质序列的图形表示及其应用

基于DNA序列的chaos game representation(CGR)图形表示,文中给出了一种新的蛋白质序列的3D空间表示,其空间曲线的x、y轴坐标由Randic文章中的方法得到,z轴坐标由蛋白质序列中氨基酸的累积个数得到。蛋白质序列的3D空间表示得到的曲线比Randic的2D图形表示具有更好的可视性。利用不同的数学方法,对所得到的曲线进行了数值刻画;基于得到的数值刻画,比较了9个不同物种的线粒体NADH脱氢酶的相似性。     

空间Arnold猫映射耦合帐篷映象格子模型的密码学特性分析

采用具有均匀分布特性的帐篷映射作为耦合映象格子系统的非线性函数,并用Arnold猫映射作为耦合映象格子模型中格点间的耦合方式,对典型的时空混沌模型-耦合映象格子系统进行了改进,从互信息、分布特性、相空间结构、复杂度和Lyapunov指数等方面对其进行了仿真实验和分析。仿真实验结果表明,空间Arnold猫映射耦合帐篷映象格子模型的空间格子序列具有独立性,并且系统的遍历性及统计分布特性均得到改善。     

利用隐马尔科夫模型识别蛋白质折叠类型

以70种蛋白质折叠为研究对象,对每种折叠,选择序列同一性小于25%、样本量大于3的代表性蛋白质为训练集,采用机器和人工结合的办法进行结构比对,产生序列排比,经过训练得到了适合每种折叠的概形隐马尔科夫模型(profile HMM)用于该折叠类型的识别.对Astral1.65中的9 505个蛋白质结构域样本进行单模型识别,平均敏感性和特异性分别为91.93%和99.95%,Matthew相关系数为0.87.在折叠类型水平上,与Pfam和SUPERFAMILY单纯使用序列比对构建的HMM相比,所用模型数量显著减少,仍然保持很高的识别效果.结果表明:对序列相似度很低但具有相同折叠类型的蛋白质,可以通过引入结构比对的方法建立统一的HMM模型,实现高准确率的折叠类型识别.     

GP-MaxEnt模型的蛋白质二级结构预测

针对单序列蛋白质二级结构预测问题,提出了一种基于高斯先验最大熵(GP-MaxEnt)模型的预测方法.该方法根据氨基酸的构象偏好进行特征构造,利用改进迭代缩放算法(ⅡS)训练高斯先验最大熵模型.使用CB513数据集对GP-MaxEnt模型进行了测试分析.试验表明,该方法简单有效,能够获得较好的预测精度.     

基于线性降维方法的蛋白质四级结构类型预测

提出一种新的能依据蛋白质序列自动地识别被查询蛋白质的四级结构类型的方法。首先采用伪特定位点记分矩阵方法(PsePSSM)提取蛋白质序列的特征。采用这种方法提取出的特征能尽可能多地反映蛋白质序列的原始信息如顺序和进化等信息。但随之产生的问题是特征维数很高,使得预测系统复杂化。因此,引入线性维数约简算法最大方差映射方法(MVP),它可以从高维的特征空间中提取出低维的关键特征。最后,在约简后的特征上再应用分类算法预测未知蛋白质的四级结构。试验结果表明,采用降维方法不但使得预测系统得到简化,同时还提高了分类性能。     

蛋白质结构类的全序列神经网络预测

利用神经网络和蛋白质全序列对蛋白质结构类进行了预测.按照蛋白质序列的长度,分别从508个蛋白质中选择244个蛋白质构建了3个数据集,3个数据集中蛋白质序列的长度变化范围分别为50,100和150个氨基酸.3个数据集的自检结果均为100%.数据集的留一检测结果分别为97.13%,95.90%和95.49%.3个数据集中最好的10倍交叉检验结果为82.38%.结果表明,数据集的序列长度变化范围对预测准确率有很大影响,序列长度变化范围越大准确率越低.     

大规模过程系统优化的一种改进简约空间SQP算法

为了提高简约空间序列二次规划算法的求解效率和稳定性,使其适于求解更大规模过程系统优化问题,提出了一种 改进的大规模过程系统简约空间序列二次规划算法.算法采用新的基变换规则,根据基变换规则实时调整基变量,利用一种 综合过滤线性搜索方法求取搜索步长,该搜索方法结合了传统搜索方法和过滤搜索方法的优点.改进算法被应用于部分小 规模Benchmark算例和三个经典大规模算例求解,计算结果表明,本算法可以较大地减少迭代和函数估计次数,其求解效率 远高于标准序列二次规划算法，且算法的稳定性也有较大提高.     

隐式生物膜模型及E蛋白折叠模拟

受计算速度所限,现有生物膜模拟多集中于膜内多肽链片断,对膜两侧的多肽链片断关注较少.通过构建隐式生物膜模型,在格子空间中针对传染性非典型肺炎冠状病毒E蛋白的全序列进行模拟研究.结果表明,E蛋白在折叠过程中存在两个明显的热力学转变:从无规线团开始,生物膜内较强的氢键相互作用促使螺旋形成,导致coil-helix转变;在疏水相互作用下,膜两侧水溶液中的多肽链片断发生坍塌,导致coil-globule转变;最后形成稳定的跨膜构象,且跨膜序列与已有的预测结果基本符合.相关模拟手段体现了很高的计算效率,为后续的膜蛋白聚集体模拟研究提供了可行方法.     

基于整数非线性耦合混沌模型的图像加密算法

以耦合映像格子模型为原型, Arnold猫映射作为空间格点间的耦合方式,选用整数化的Tent映射作为非线性函数,构造了一种整数非线性耦合混沌模型.该模型能快速、并行地产生多维混沌伪随机序列,多维序列具有均匀分布及相互独立的特征,从而克服了混沌伪随机序列发生器设计中存在的根本性缺陷.基于此设计了一种比特级图像置乱加密算法,利用该模型能产生相互独立序列的优势,实现8列图像灰度值并行混淆,并采用猫映射按比特位分块的方式对像素点位置进行置乱处理.最后对图像加密算法的加密效果进行仿真实验评估.     

Accuracy Analysis for 6-DOF PKM with Sobol Sequence Based Quasi Monte Carlo Method

To improve the precisions of pose error analysis for 6-dof parallel kinematic mechanism (PKM) during assembly quality control, a Sobol sequence based on Quasi Monte Carlo (QMC) method is introduced and implemented in pose accuracy analysis for the PKM in this paper. The Sobol sequence based on Quasi Monte Carlo with the regularity and uniformity of samples in high dimensions, can prevail traditional Monte Carlo method with up to 98.59％ and 98.25％ enhancement for computational precision of pose error statistics. Then a PKM tolerance design system integrating this method is developed and with it pose error distributions of the PKM within a prescribed workspace are finally obtained and analyzed.     

一种改进的蒙特卡罗法在水工混凝土可靠度分析中的应用

结构可靠性理论已经广泛应用于各类结构分析，水工混凝土作为处于空间复杂应力结构，用常规的蒙特卡罗法能满足其可靠度分析中精度较高的要求，但计算量较大．本文提出了改进后的蒙特卡罗法能较好地解决这一问题，并结合工程实际，证明该法适应性较强．     

基于蒙特卡洛算法的精度试验序贯检验方案设计

介绍了武器系统精度试验的序贯检验方案,分析了方案设计时在设计计算中存在的问题并提出了采用蒙特卡洛法进行序贯检验的方案.实例表明运用蒙特卡洛随机仿真模拟方法进行序贯检验方案设计,能够得到满足设计风险的检验方案,可以作为序贯检验方案设计的有效手段.     

大空隙沥青混合料渗透模型

利用cosmos图像分析软件对大空隙沥青混合料试件切片进行图像分析,获取空隙半径、空隙间距等空隙参数用以确定大空隙沥青混合料渗透模型网格的划分及初始数值的输入,采用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法建立渗透模型,根据Hagen-Poiseuille原理及松弛迭代法建立数学模型.结果表明,数值模拟渗透结果与室内渗透试验结果具有一致性,该模型可以模拟不同水头高度下任意最大骨料粒径、任意开级配的大空隙沥青混合料的渗透系数,为大空隙沥青混合料设计提供了有效方法.     

三维空间中二组元有限扩散凝聚集团的标度性质

在三维空间中,采用连续行走的蒙特卡罗方法,模拟了两种不同尺寸的粒子的有限扩散凝聚（DLA）行为。研究了二组元DLA集团的分维和多重分形谱,结果表明：在三维空间中,随着大粒子浓度c的上升,二组元DLA集团的分维Dq和多重分形谱的谱宽△α=αmax-αmin先达到一个最大值,然后随着浓度的继续增加而下降,最后趋近一组元DLA的分维和谱宽。     

ZrO2陶瓷颗粒在激光作用下组织形貌演变规律

基于Chebyshev扩张函数的空间机械臂区间运动精度可靠性分析

魏娟，张建国，杜小松

（北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100083）

创新点说明：

本文提出了Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数，然后基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）。

研究目的：

1）空间机械臂的运动精度可靠性受设计变量的影响，空间机械臂部分设计变量为区间变量；

2） 运动精度可靠度与设计变量之间的关系通常是隐式的。

研究方法：

1）运用Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数；

2）基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）；

3）运用双连杆机械臂案例，连杆的长度和力矩为区间变量，计算速度的精度可靠性。计算结果与蒙特卡洛方法计算的结果进行对比。

结果：

与传统的蒙特卡罗模拟（MCS）相比，所提出的方法需要更少的样本以获得更准确的可靠性。

结论：

本文提出一种基于CIF的MAR分析方法，用于涉及区间不确定参数的机械手。在该方法中，应用CIF来估计区间函数的界限，并控制区间运算中的高估。CIF方法可以量化区间不确定性信息对柔性机械手的动态响应的影响。基于非概率可靠性理论，预测了双连杆柔性机械臂的MAR。为了验证CIF方法，应用MCS方法来计算MAR。作为自然结果，所提出的方法可以用纯间隔参数模拟柔性机械手的动力学。双连杆机械手的情况表明，该方法可有效解决纯间隔参数的不确定性问题。最后，通过使用全局灵敏度分析进行对灵敏度进行分析以促进优化设计。

关键词：空间机械臂，运动精度可靠性，区间理论，Chebyshev扩张函数 (CIF)

     

基于蒙特卡罗方法的水库大坝漫顶风险分析

洪水漫顶是导致水库大坝破坏的主要原因之一,大坝洪水漫顶风险分析是大坝安全评价的重要组成部分。在介绍洪水漫顶的可靠度模型的基础上,提出用蒙特卡罗方法进行模拟,并对其中的伪随机数生成进行了细致的说明。工程实例表明基于蒙特卡罗方法的水库漫顶风险分析模型具有较强的实用性,能为大坝安全评价工作提供支持。     

能量系统广义换热网络优化的蒙特卡罗SCDD法

在能量系统广义换热网络超结构及其数学模型基础上,提出了广义换热网络优化的蒙特卡罗SCDD混合算法,将蒙特卡罗法的全局搜索能力强和SCDD法计算效率高的优点相结合,提高广义换热网络优化算法的鲁棒性和计算效率,也增强了算法获得全局最优解的能力。实例应用表明:蒙特卡罗法能够有效获得广义换热网络的初始能流分配比例,而SCDD法提高了最佳能流比例的求解效率,利用蒙特卡罗SCDD混合求解算法可获得广义换热网络的最佳能流分配比例,使得总能利用效率最高。     

Monte Carlo Analytic Hierarchy Process (MAHP) approach to selection of optimum mining method

One of the most critical and complicated steps in mine design is a selection of suitable mining method based upon geological, geotechnical, geographical, safety and economical parameters. The aim of this study is developing a Monte Carlo simulation to selection the optimum mining method by using effective and major criteria and at the same time, taking subjective judgments of decision makers into consideration. Proposed approach is based on the combination of Monte Carlo simulation with conventional Analytic Hierarchy Process (AHP). Monte Carlo simulation is used to determine the confidence level of each alternative’s score, is calculated by AHP, with the respect to the variance of decision makers’ opinion. The proposed method is applied for Jajarm Bauxite Mine in Iran and eventually the most appropriate mining methods for this mine are ranked.     

热敏补偿网络优化设计的Monte Carlo法

给出了温补晶体振荡器（TCXO）热敏补偿网络优化设计的一种Monte Carlo法。具体做法是用最小二乘法建立优化设计的计算模型,用改进的解非线性方程组实根的Monte Carlo法确定电路的元件参数。本文方法具有计算形式简单、易于实现编程计算等优点,可方便地确定电路的元件参数。