基于关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测

精确注释蛋白质功能是从分子水平理解生物体的关键.由于内在的困难和昂贵的开销,实验方法注释蛋白质功能已经很难满足日益增长的序列数据.为此,提出了许多基于蛋白质相互作用（Protein-protein interaction,PPI）网络的计算方法预测蛋白质功能.当今蛋白质功能预测的趋势是融合蛋白质相互作用网络和异构生物数据.本文提出一种基于多关系网络中关键功能模块挖掘的蛋白质功能预测算法.关键功能模块由一组紧密联系且共享生物功能的蛋白质组成,它们能与网络中的剩余部分较好地区分开来.算法通过从多关系网络的每一个简单网络中挖掘高内聚、低耦合的子图形成关键功能模块.关键功能模块中邻居蛋白质的功能用于注释待预测功能的蛋白质.每一个简单网络在蛋白质功能预测中的重要性各不相同.实验结果表明,提出的方法性能优于现有的蛋白质功能预测方法.     

基于双重索引矩阵的蛋白质功能预测

针对单一数据源预测蛋白质功能效果不佳以及蛋白质相互作用网络信息不完全等问题,提出一种多数据源融合和基于双重索引矩阵的随机游走的蛋白质功能预测(MSI-RWDIM)算法。该算法使用了蛋白质序列、基因表达和蛋白质相互作用数据预测蛋白质功能,并根据这些数据源特性构建相应的相互作用加权网络;然后融合各数据源加权网络并结合功能相关性网络构建双重索引矩阵,使用随机游走算法计算得分进而预测蛋白质功能。在酵母数据集的五折交叉验证中,MSI-RWDIM算法具有较高的准确率和较低的覆盖率,还可降低功能标签损失率。研究结果表明,MSI-RWDIM算法的总体性能优于常用的k-近邻、直推式多标签集成分类和快速同步加权方法。     

多尺度特征融合的多源异构遥感数据水体提取

针对现有遥感测绘水体提取方法在多源异构遥感数据的信息融合与深层特征提取方面存在的不足,提出了一种基于多尺度特征融合的多源异构遥感数据水体提取方法。首先,设计了一种基于多源异构遥感数据输入的网络模型结构解决多源异构遥感数据的多尺度特征融合问题;随后,提出了一种基于改进残差网络的高维卷积单元,对异构遥感数据进行深层特征提取,同时,构建了基于哨兵一号和哨兵二号卫星的全球水体大规模多源异构遥感数据库。对比实验结果表明,以人工遥感影像标注的水体区域分布真值为精度评价基准,所提出的多尺度特征融合算法的水体提取结果,准确率达到了90.12%,相比现有深度学习领域主流的U-Net图像分割模型方法,准确率提高了3.73%以上,有效提升了多源异构遥感数据的大范围水体提取准确性。     

基于图卷积的蛋白质复合物筛选模型

蛋白质复合物的预测对生物研究至关重要,现有的预测算法主要是基于蛋白质相互作用网络的局部结构发现算法,其存在一定的局限性,无法利用已知复合物作为先验知识,无法有效融合蛋白质生物关联性数据,因此其预测结果中会存在部分不符合复合物形成规律的样本。本文提出基于图卷积的复合物筛选模型,该模型充分考虑了蛋白质特征,在蛋白质复合物对应的局部图中将特征进行深度融合,从而有效地对蛋白质复合物进行评分,识别并剔除一般复合物预测算法结果中的低分复合物样本,提高其预测的准确性。     

基于时序挖掘的异构网络多源目标数据融合方法研究

异构网络存在多源目标数据,因此需要融合其中的重复性数据、同属性数据,但由于传统方法构建的模型跟踪效果较差,导致挖掘技术遗失了部分数据特征,影响多源目标数据融合,因此研究基于时序挖掘的异构网络多源目标数据融合方法.该方法利用构建的跟踪模型,搜索异构网络全局多源目标;并对搜索结果进行标准化处理后,规约标准数据;采用时序挖掘...     

基于多重注意力机制的图神经网络股市波动预测方法

股票市场是金融市场关键组成部分,因此对股票市场波动的研究对合理化控制金融市场风险、提高投资收益提供了重要支持,一直以来都是学术界和相关业界的关注焦点,然而,股票市场会受到各种因素的影响。面对股票市场中多源化、异构化的信息,如何高效挖掘、融合股票市场的多源异构数据具有挑战性。为了充分解释不同信息及信息间相互作用对于股票市场价格波动的影响,提出一种基于多重注意力机制的图神经网络来预测股票市场的价格波动。首先,引入关系维度构建股票市场交易数据和新闻文本的异构子图,并利用多重注意力机制实现图数据的融合;其次,通过图神经网络门控循环单元（GRU）进行图分类,在此基础上完成对股票市场中上证综合指数、沪深300指数、深证成份指数这三个重要指数波动的预测。实验结果表明,从异构信息特性角度,相较于股票市场交易数据,股市新闻信息对于股票价格影响存在滞后性;从异构信息融合角度,所提方法与支持向量机（SVM）、随机森林、多核k-means （MKKM）聚类等算法相比,预测准确率分别提升了17.88个百分点、30.00个百分点和38.00个百分点,并进行了模型交易策略的量化投资模拟。     

一种协作的异构传感器最优栅栏覆盖模型

栅栏覆盖中相邻的连通异构节点可以通过数据融合进行协作地感知以提高检测准确性并减少构建栅栏的活跃节点数量.首先提出一个基于数据融合的异构协作监测覆盖模型,其次分析了影响栅栏覆盖生命期的因素,并将其描述为一个多目标优化问题,最后,基于该优化模型,提出了增强覆盖图的概念.实验结果表明,基于本文提出的覆盖模型和增强覆盖图的活跃调度算法在网络生存期与覆盖率方面的性能明显高于它们在传统覆盖模型中的性能.     

基于PPI网络与机器学习的蛋白质功能预测方法

针对现有的基于蛋白质相互作用（PPI）网络的蛋白质功能预测方法预测精度不高、易受数据噪声影响的问题,提出一种基于机器学习（层次聚类、主成分分析和多层感知器）的蛋白质功能预测方法HPMM。该方法综合考虑蛋白质宏观和微观层面的信息,将蛋白质家族、结构域和重要位点信息作为顶点属性整合到PPI网络中以减轻网络中数据噪声的影响。首先,基于层次聚类和主成分分析进行特征提取,得到功能模块和属性主成分特征,然后训练多层感知器模型,建立多特征与多功能之间的映射关系以用于功能预测。在三个分别被分子功能（MF）、生物过程（BP）和细胞组件（CC）注释的人类PPI网络上进行测试,对HPMM、余弦迭代算法（CIA）和有向PPI网络基因本体术语传播（GoDIN）算法的功能预测效果进行比较分析。实验结果表明,相比CIA和GoDIN这两种完全基于PPI网络的方法,HPMM的精确度与F值更高。     

多源异构用户生成内容的融合向量化表示学习

随着移动网络和APPs的发展,包含用户评价、标记、打分、图像和视频等多源异构数据的用户生成内容(User Genera-ted Contents,UGC)成为提高个性化服务质量的重要依据,对这些数据的融合和表示学习成为其应用的关键.对此,提出一种面向多源文本和图像的融合表示学习.采用Doc2vec和LDA模型,给出多源文本的向量化表示,采用深度卷积网络获取与评价文本相关的图像特征;给出多源文本向量化表示的多策略融合机制,以及文本和图像卷积融合的表示学习.将所提算法应用于亚马逊含UGC内容的商品数据集上,基于UGC向量化表示物品的分类准确率说明了该算法的可行性和有效性.     

基于网络表示学习的论文影响力预测算法

基于图的随机游走算法在预测论文影响力时,仅利用学术网络的全局结构信息而未考虑局部结构信息,对预测准确率造成影响。针对该问题,提出一种基于异构学术网络表示学习和多变量随机游走的论文影响力预测算法。通过构建异构学术网络表示模型,将网络中的论文、作者和期刊/会议等不同类型的节点表征到同一个低维向量空间中,同时保留网络的局部结构信息,将节点的向量相似度应用于多变量随机游走方法,实现对论文影响力的准确预测。在AMiner网站公开数据集上的实验结果表明,相比于PageRank、FutureRank等算法,该算法的预测准确性较高。     

异质网中基于图卷积神经网络的链路预测方法

综合考虑异质信息网络具有的复杂性和异质性的特点,提出一种异质网中基于图卷积神经网络(heterogeneous graph convolution neural network embedding,HeGCNE)的链路预测方法.针对经典图卷积神经网络逐层传递规则的不足,提出改进的逐层传递规则,对异质节点进行表征学习,融...     

基于元路径的图Transformer神经网络

图神经网络作为一种新的深度学习模型,被广泛运用在图数据中,并极大地推动了推荐系统、社交网络、知识图谱等应用的发展.现有的异构图神经网络通常事先定义了多条元路径来学习异构图中的复合关系.然而,这些模型通常在特征聚合步骤中只考虑单条元路径,导致模型只关注了元路径的局部结构,忽略了元路径之间的全局相关性;还有一些模型则是忽略掉了元路径的中间节点和边信息,导致模型无法学习到元路径内部的语义信息.针对以上问题,本文提出一种基于元路径的图Transformer神经网络(MaGTNN).该模型首先将异构图采样为基于元路径的多关系子图,利用提出的位置编码和边编码的方法来获取元路径中的语义信息.随后使用改进的图Transformer层计算出目标节点与其元邻居的相似度,并利用该相似度来聚合其所有的元邻居信息.在3个公开数据集的节点分类和节点聚类任务中, MaGTNN均高于最新的基准模型.     

考虑时空相似性的动态图卷积神经网络交通流预测

高精度的交通流预测对于大型城市的交通管理和智慧出行具有重要作用,而交通流动态时空相关性的挖掘则是提高预测精度的关键.针对现有研究中存在的对交通流在不同时间尺度下呈现出的高度相似性,以及处于相似功能区的非邻近节点间交通流变化的相似性考虑不足的问题,构建考虑时空相似性的动态图卷积神经网络(dynamic graph convolution neural network considering spatio-temporal similarity,STS-DGCN).以相邻时段、日和周等多时间尺度下的数据输入张量表达交通流数据的时间相似性,以路网节点间距离度量、相似性度量、自适应嵌入、动态相关性等多属性特征的邻接矩阵表达交通流数据的时空相似性,进而基于这些邻接矩阵构建反映路网节点时空动态变化的动态图,并设计相应的时空特征挖掘算法.在公开数据集上的实验结果表明,所提出模型的预测结果优于目前较为先进的对比基线模型,具有更高的预测精度.     

多视图对比增强的异质图结构学习方法

异质图神经网络作为一种异质图表示学习的方法,可以有效地抽取异质图中的复杂结构与语义信息,在节点分类和连接预测任务上取得了优异的表现,为知识图谱的表示与分析提供了有力的支撑.现有的异质图由于存在一定的噪声交互或缺失部分交互,导致异质图神经网络在节点聚合、更新时融入错误的邻域特征信息,从而影响模型的整体性能.为解决该问题,提出了多视图对比增强的异质图结构学习模型.该模型首先利用元路径保持异质图中的语义信息,并通过计算每条元路径下节点之间特征相似度生成相似度图,将其与元路径图融合,实现对图结构的优化.通过将相似度图与元路径图作为不同视图进行多视图对比,实现无监督信息的情况下优化图结构,摆脱对监督信号的依赖.最后,为解决神经网络模型在训练初期学习能力不足、生成的图结构中往往存在错误交互的问题,设计了一个渐进式的图结构融合方法.通过将元路径图和相似度图递增地加权相加,改变图结构融合过程中相似度图所占的比例,在抑制了因模型学习能力弱引入过多的错误交互的同时,达到了用相似度图中的交互抑制原有干扰交互或补全缺失交互的目的,实现了对异质图结构的优化.选择节点分类与节点聚类作为图结构学习的验证任务,在4种...     

异质信息网络表征学习综述

随着信息技术的快速发展,信息网络无处不在,例如社交网络、学术网络、万维网等.由于网络规模不断扩大以及数据的稀疏性,信息网络的分析方法面临巨大挑战.作为应对网络规模及数据稀疏挑战的有效方法,信息网络表征学习旨在利用网络的拓扑结构、节点内容等信息将节点嵌入到低维的向量空间中,同时保留原始网络固有的结构特征和内容特征,从而使...     

Spectral evolution in dynamic networks

We introduce and study the spectral evolution model, which characterizes the growth of large networks in terms of the eigenvalue decomposition of their adjacency matrices: In large networks, changes over time result in a change of a graph’s spectrum, leaving the eigenvectors unchanged. We validate this hypothesis for several large social, collaboration, rating, citation, and communication networks. Following these observations, we introduce two link prediction algorithms based on the learning of the changes to a network’s spectrum. These new link prediction methods generalize several common graph kernels that can be expressed as spectral transformations. The first method is based on reducing the link prediction problem to a one-dimensional curve-fitting problem which can be solved efficiently. The second algorithm extrapolates a network’s spectrum to predict links. Both algorithms are evaluated on fifteen network datasets for which edge creation times are known.     

面向COVID-19疫情预测的图卷积神经网络时空数据学习

目的 当前的疾病传播研究主要集中于时序数据和传染病模型,缺乏运用空间信息提升预测精度的探索和解释。在处理时空数据时需要分别提取时间特征和空间特征,再进行特征融合得到较为可靠的预测结果。本文提出一种基于图卷积神经网络（graph convolutional neural network,GCN）的时空数据学习方法,能够运用空间模型端对端地学习时空数据,代替此前由多模块单元相集成的模式。方法 依据数据可视化阶段呈现出的地理空间、高铁线路、飞机航线与感染人数之间的正相关关系,将中国各城市之间的空间分布关系和交通连接关系映射成网络图并编码成地理邻接矩阵、高铁线路直达矩阵、飞机航线直达矩阵以及飞机航线或高铁线路直达矩阵。按滑动时间窗口对疫情数据进行切片后形成张量,依次分批输入到图深度学习模型中参与卷积运算,通过信息传递、反向传播和梯度下降更新可训练参数。结果 在新型冠状病毒肺炎疫情数据集上的实验结果显示,采用GCN学习这一时空数据的分布特征相较于循环神经网络模型,在训练过程中表现出了更强的拟合能力,在训练时间层面节约75%以上的运算成本,在两类损失函数下的平均测试集损失能够下降80%左右。结论 本文所采用的时空数据学习方法具有较低的运算成本和较高的预测精度,尤其在空间特征强于时间特征的时空数据中有着更好的性能,并且为流行病传播范围和感染人数的预测提供了新的方法和思路,有助于相关部门在公共卫生事件中制定应对措施和疾病防控决策。     

异质信息网络分析与应用综述

实际系统往往由大量类型各异、彼此交互的组件构成.目前,大多数工作将这些交互系统建模为同质信息网络,并未考虑不同类型对象的复杂异质交互关系,因而造成大量信息损失.近年来,越来越多的研究者将这些交互数据建模为由不同类型节点和边构成的异质信息网络,从而利用网络中全面的结构信息和丰富的语义信息进行更精准的知识发现.特别是随着大...     

Generic form feature recognition and operation selection using connectionist modelling

For the purpose of enhancing the adaptability of computer-aided process planning systems, two connectionist modelling methods, namely neocognitron (i.e. neural network modelling for pattern recognition) and fuzzy associative memories (FAM), are applied to the phases of feature recognition and operation selection respectively in order to provide the system with the ability of self-learning and the ability to integrate traditional expert planning systems with connectionism-based models. In this paper, the attributed adjacency graph (AAG) extracted from a (B-Rep) solid model is converted to attributed adjacency matrices (AAM) that can be used as input data for the neocognitron to train and recognize feature patterns. With this technique, the system can not only self-reconstruct its recognition abilities for new features by learning without a priori knowledge but can also recognize and decompose intersection features. A fuzzy connectionist model, which is created using the Hebbian fuzzy learning algorithm, is employed subsequently to map the features to the appropriate operations. As the algorithm is capable of learning from rules, it is much easier to integrate the proposed model with conventional expert CAPP systems so that they become more generic in dealing with uncertain information processing and perform knowledge updating. mg]Keywords mw]Computer-aided process planning mw]feature recognition mw]neural networks mw]fuzzy neural networks mw]operation selection mw]connectionist model mw]fuzzy associative memories