研究生课程考试卷
学号、姓名： j20112001 苗天锦
年级、专业：2011生物化学与分子生物学
培养层次：硕士
课程名称：生物信息学
授课学时学分： 32学时 2学分
考试成绩：
授课或主讲教师签字：
生物信息学现状与展望
摘要：生物信息学是一门新兴学科，起步于20世纪90年代，至今已进入"后基因组时代"，本文对生物信息学的产生背景及其研究现状等方面进行了综述，并展望生物信息学的发展前景。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。
关键词：生物信息学；生物信息学背景；发展前景
一、生物信息学概述
1.生物信息学发展历史
随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”【1】。
研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA 的三维结构（双螺旋）。Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出DNA 聚合酶I（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。Meselson与Stahl （1958）用实验方法证明了DNA复制是一种半保留复制。Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白质的模板，称之为中心法则（Central dogma），这一中心法则对以后分子生物学和生物信息学的发展都起到了极其重要的指导作用。经过Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，编码20氨基酸的遗传密码得到了破译。限制性内切酶的发现和重组DNA的克隆（clone）奠定了基因工程的技术基础【2】。自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。
2.生物信息学研究方向
2.1 序列比对
序列比对是指为确定两个或多个序列之间的相似性以至于同源性，而将它们按照一定的规律排列。序列比对是生物信息学的重要研究方向。生物信息学的研究重点主要体现在基因组学和蛋白质学两方面,具体地说就是从核酸和蛋白质序列出发, 分析序列中表达结构和功能的生物信息。生物信息学的基本任务是对各种生物分析序列进行分析, 也就是研究新的计算机方法, 从大量的序列信息中获取基因结构、功能和进化等知识。而在序列分析中, 将未知序列同已知序列进行相似性比较是一种强有力的研究手段,从序列的片段测定, 拼接, 基因的表达分析, 到RNA和蛋白质的结构功能预测。物种亲缘树的构建都需要进行生物分子序列的相似性比较。生物信息学中的序列比对算法的研究具有非常重要的理论意义和实践意义。【3】
2.2 分子进化和比较基因组学
生物进化过程中生物大分子的演变，包括前生命物质的演变；蛋白质分子和核酸分子的演变以及细胞器和遗传机构（例如遗传密码）的演变。分子进化的研究可以为生物进化过程提供佐证，为深入研究进化机制提供重要依据。近年来较多模式生物基因组测序任务的完成，人们可从整个基因组的角度来研究分子进化。在匹配不同种族的基因时，一般须处理三种情况：Orthologous：不同种族，相同功能的基因；Paralogous：相同种族，不同功能的基因；Xenologs：有机体间采用其他方式传递的基因，如被病毒注入的基因。这一领域常采用的方法是构造进化树，通过基于特征（即DNA序列或蛋白质中的氨基酸的碱基的特定位置）和基于距离（对齐的分数）的方法和一些传统的聚类方法（如UPGMA）来实现【4】。
2.3 蛋白质信息学
目前对蛋白质组研究的技术手段很多,常用的主要有双向凝胶电泳和测序质谱技术等。与它们相比,生物信息学在蛋白质组学的研究中将起着特殊的重要作用。因为蛋白质组研究提供的数据的数量之大在生物学上是史无前例的。当前生物信息学已经不仅是高效地进行对蛋白质数据的分析,而且可以对已知的或新的基因产物进行全面的功能分析。对蛋白质的分析研究产生了蛋白质组信息学。蛋白质组信息学研究包括蛋白质序列对齐、序列比较分析、蛋白质结构-功能关系的研究、点突变的设计及家族鉴定,蛋白质空间结构预测、建模和分子设计以及蛋白质功能预测等。在蛋白质的结构预测方面,由于蛋白质的生物学功能在很大程度上依赖于其空间结构,因而进行蛋白质的结构预测对了解未知蛋白生物学功能具有重要意义。而对蛋白质结构的预测离不开由许许多多的蛋白质数据形成的各种蛋白质数据库。蛋白质由氨基酸组成,它的结构层次包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构等【5】。蛋白质空间结构预测就是利用已知的一级序列来构建其立体结构模型。目前对单一序列的二级结构预测的准确率较高,通过多序列比对可以显著提高预测的效能,如PHDsec程序。对蛋白质三级结构的预测由于
蛋白质折叠过程的复杂性变得更难,目前在利用生物信息学对蛋白质三维空间结构预测方面的主要方法有同源模建、折叠识别和从头预测3种。一般先将目标蛋白与蛋白质结构数据库中的已知结构相比较,如果两者序列同源性较高,则可用同源模建方法对目标蛋白质的结构进行预测。同源模建方法在蛋白质结构预测及药物设计中起着重要的作用【6】。
2.4 生物系统的建模和仿真
随着大规模实验技术的发展和数据累积，从全局和系统水平研究和分析生物学系统，揭示其发展规律已经成为后基因组时代的另外一个研究热点-系统生物学。目前来看，其研究内容包括生物系统的模拟，系统稳定性分析，系统鲁棒性分析等方面。以SBML为代表的建模语言在迅速发展之中，以布尔网络、微分方程、随机过程、离散动态事件系统等方法在系统分析中已经得到应用。很多模型的建立借鉴了电路和其它物理系统建模的方法，很多研究试图从信息流、熵和能量流等宏观分析思想来解决系统的复杂性问题。当然，建立生物系统的理论模型还需要很长时间的努力，现在实验观测数据虽然在海量增加，但是生物系统的模型辨识所需要的数据远远超过了目前数据的产出能力【7】。例如，对于时间序列的芯片数据，采样点的数量还不足以使用传统的时间序列建模方法，巨大的实验代价是目前系统建模主要困难。系统描述和建模方法也需要开创性的发展【8】。
3.生物信息学发展前景
生物学是生物信息学的核心和灵魂，数学与计算机技术则是它的基本工具。这一点必须着重指出。预测生物信息学的未来主要就是要预测他对生物学的发展将带来什么样的根本性的突破。信息学的商业价值十分显著。国外很多大学，研究机构，软件公司甚至政府机构纷纷成立各种生物信息机构，建立自立的生物信息集成系统，研制这方面的软件，重金招聘人才，期望从中获取更多的生物信息和数据加以研究和利用，缩短药物开发周期，抢注基因专利，获取更大利润【9】。国内一些科研单位已经开始摸索着从事这方面的工作。清华大学在基因调控及基因功能分析、蛋白质二级结构预测方面,天津大学物理系和中科院理论物理所在相关算法方面,中科院生物物理所在基因组大规模测序数据的组装和标识方面,北京大学化学学院物理化学研究所在蛋白质分子设计方面,华大基因组研究中心(中科院遗传所人类基因组研究中心)在大规模测序数据处理自动化流程体系及数据库系统建立方面均已展开相关研究。随着生物信息学在国内受到越来越多人的重视和关注，我们有理由相信生物信息学会在未来迅速发展壮大【10,11】。
参考文献：
【1】生命科学发展战略调研小组.迎接生命科学世纪的挑战.世界科技研究与发
展,2001,23(1):1-6
【2】陈润生.生物信息学.生物物理学报,1999,15(1):5-13.
【3】Humphery Smith I,Cordwell SJ,Blackstock WP.Proteome research: complementarity and limitations with respect to the RNA and DNA worlds. Electrophoresis 1997，18(8):1217-42
【4】郑国清,张瑞玲,段韶芬,徐丽敏;生物信息学的形成与发展，河南农业科学;2002（11）
【5】殷志祥.蛋白质结构预测方法的研究进展，计算机工程与应用，2004,40（20）:54-7
【6】Baker D,Sali A.Protein structure prediction and structural genomics.Science，2001，294(5540):93-6
【7】Krawetz SA,Womble DD.Design and implementation of an introductory course for computer applications in molecular genetics，A case study.Molecular Biotechnology,2001,17(1):27-41
【8】杨福愉. 展望 21 世纪的分子生物学 . 生物物理学报 ,1999 ;15 (1) :1-5 【9】黄科，曹家树.生物信息学.情报学报,2002(8):491-496
【10】陈成.生物信息学的现状与未来.生物技术通报,2000(2):51-53
【11】郝鲁江,梁泉峰.生物信息学的发展及其应用.山东轻工业学院学报,2000,14(2):37-41
混沌理论要点： 1. 非线性系统的非因果性 当原因与结果间的关系并不确定时，便产生非线性现象。比如说利率提高1％（原因），市场反应（结果）就是不确定的——结果取决于人群对该消息的解释。 再如美国家森林公园，每年都由雷电引起数百起火灾（起因相同），仿佛老天爷每年都要向大地投放火星大小相同的成百上千个未熄的烟头，于是几百次火灾被引发，并蔓延、终止，有时烧毁数亩、有时蔓延数百亩，有时……1988年那次，使黄石公园全部150万亩森林片草无存（该公园去年已被世界自然遗产目录剔除）。以致其它森林公园为防止枯草积得太厚，还不得不让消防人员，每年人为制造些火灾。 量子世界、人类历史、地震、天气运行……莫不如此。远至恐龙时代的大小生态灭绝事件，近至非典、上月的北美大停电、各国证券市场，每年无数个烟头被仍向场内，引发或大或小的震动，并蔓延、终止……但到底哪个烟头，才是那颗重要的烟头？ 相同的初始力，令人瞠目的结果，是所有混沌系统的基本特征。大家都不难理解，曾救了萨达姆命的藏身之所，这次偏就成了送命之处，但很多人却很难理解同样一个历史点位，并不代表同样的未来。许多历史学家在逐次的趋势和循环中，搜寻说得过去的理由与解释，显然是用错了工具。这些传统观念产生于匀衡物理和天文学中，而合适的工具，却在非线性的非匀衡物理中。新物理学家们则开始用模拟游戏代替方程式，去发现事态运行的规律。 2.对初始条件的极端敏感依赖性 伦敦气象局计算机系统每日处理覆盖全欧洲的数千个气象站的上亿条数据，一次洛伦兹将5.06127输入为5.06，万分之一的省略，提供了两份截然不同的天气预报。于是洛伦兹在美国科学促进会提出：“一只蝴蝶在巴西煽动翅膀可能会在美国德克萨斯引起一场龙卷风”，从此，令人着迷、发人深省的“蝴蝶效应”，就以其大胆的想象力与迷人美学色彩，更加之深刻科学内涵与内在哲学魅力，倾倒了不断在复杂系统中苦苦求索的芸芸众生。“蝴蝶效应”反映了混沌运动的一个基本特征：对初始条件的极端敏感依赖性。 经典动力学认为，初始条件的微小变化，对未来状态所造成的差别也微小。但混沌理论认为，初始条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。 大家不妨想像一下台球桌面：撞击母球不到1度的微小偏差，会使台面出现纵线与横折两种极端迥异的走势。一个储蓄组合的未来资产变化模拟图，也仅因规则改为不计零数，模型便立即报废。导致蝗灾的因素有不下两百种，漏算或误算其中2％，不久20％的因素都会相应改换，一切也就大相径庭。西方流传的一首民谣更是对此作了形象的说明：“醉了一个农夫，丢了一颗铁钉；丢了一颗铁钉，少安一付马掌；少了一付马掌，跛了一匹战马；跛了一匹战马，摔坏一位将军；死了一个将军，输了一场战争；输了一场战争，亡了一个国家！” 系统对无数变化，何时极度敏感，何时能消化掉而不予理会，对此人类不是无能为力，而是丝毫都无能为力——地球上每天亿万只蝴蝶上下翻飞、百万只苍鹰鼓翼、千百只大鹏展翅……初始力或相同、或不同，初始因素本身虽不大，但经时间积累后的结果，已远非人们当初之想当然。 从前我们经常听到“明年将现暖冬”“下月平均气温将低于去年同期”等说法，但拥有超乎想像的完备数据的美国家气象局去年已宣布：“从此再不对超过10天的气象做任何预测。”这是人类科学认识的又一步飞跃。 3. 能量法则 完全不同于线性代数的产物——概率论。该法则是不同国度的学者们，耗时巨大的独立研究后，最终共同发现的一项新的重要自然法则，已被证实是一个适用于上千种的模板的、普遍
中兽医医药杂志J TCVM 2005年第4期 综述专论兽用中草药研究开发展望 梁剑平1,张应禄2,李滋睿2 (1.中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所农业部新兽药工程重点开放实验室,甘肃兰州730050;2.中国农业科学院) 中图分类号:S85311文献标识码:A文章编号:1000-6354(2005)04-0021-03 兽用中草药被广泛应用于预防和治疗畜禽疾病,或促进动物生长,提高饲料报酬。由于它无药物残留,对人类健康不构成危害,所以受到了广大消费者和畜禽养殖者的欢迎。有关专家认为,兽用中草药由于不会对食品安全构成威胁,将在很大程度上逐步取代化学药品,有广阔的发展前景,使其开发商机凸现。兽用中草药是我国兽医药学的宝贵遗产,长期以来对畜禽的繁殖和发展做出了不可磨灭的贡献。它不仅在中国得到了继承和发展,而且在国际上也产生了巨大的影响,亚洲的很多国家和地区把兽用中草药当成提高畜禽健康质量的重要手段,与西方现代兽医药共同用于临床。欧美各国在/回归大自然0的口号影响下,也越来越重视兽用中草药的研究,一些兽用中草药的治疗作用逐渐得到了临床的认可。 1畜牧业发展对兽用中草药开发及其技术需求分析近些年来,食品安全、药残与耐药性等问题日益受到重视,许多发达国家已经禁用了许多兽用药品饲料添加剂。美国基于人畜交叉抗药性的顾虑而撤销了恩诺沙星与沙拉沙星在禽类使用的注册标准,并且在可预见的未来也不再审批任何氟喹诺酮类作为兽药。2000年7月23日,世界卫生组织在日内瓦召开会议,提出了限制对家畜使用化学抗菌药新建议。近年来发现化药、抗生素类具有毒副作用及其残留,严重地影响人类健康,甚至引起/三致0和损害免疫功能。自1987年以来,英国和法国植物药的购买力分别上升了70%和50%,而美国市场每年亦以高于20%的速度增长。日本的汉方制剂从90年代开始,每年都以15%以上的速度增长。国际植物药市场份额每年已达270亿美元。 标准化是我国传统医药进入国际市场的突破口,是兽用中草药现代化发展的必要条件。我国物种丰富,药物种植面积大,品种齐全,但所占市场份额还不足5%。其中最大的制约因素是我国中药标准化程度低,生产工艺较落后,缺乏科学规范的质量标准和质量控制手段。这是中兽药界的难点问题,同时也是制约中兽药走出国门,走向世界的/瓶颈0。因此,必须要建立健全中药材的质量规范标准,在现行的《中华人民共和国兽药典》所列的药材的基础上进一步完善。 2国内外科技发展水平比较分析 国外由于受到中药资源的限制,中兽药的发展起步较晚,主要是通过微生物发酵制备多糖、寡糖。多糖能提高动 收稿日期:2004-12-27 项目来源:/十五0国家攻关计划资助 作者简介:梁剑平(1963-),男,研究员,博士,主要从事兽药研究。物免疫力,其中消化道免疫占动物免疫系统的很大部分,因而能对消化道起到很好的保护作用,另外,肠道黏膜内的IgA 抗体还可通过其自身产生的抗体细胞毒素直接杀灭细菌。寡糖为1~9个单糖所组成,由于其能促进猪、鸡肠道内有益菌群优势形成,其中主要是拟杆菌、双歧杆菌及乳酸杆菌等,能有效地降低病原菌的致病力,结合吸收外源性病原菌及调节机体免疫系统,提高动物免疫力等功能,成为研究的热点。在国外寡糖是最有希望替代化药与抗生素的天然物质。其研究主要通过完成了菌种鉴定与系统发育分析、酶的生产条件、酶的纯化与特性、酶基因的克隆表达与序列分析、酶的高产菌株选育、寡糖的组分、结构及生理功能分析,以及酶和寡糖的工业生产试验等涉及多学科的系统工程,结合极端菌及极端酶的特性,以新的方法解决了酶的碱、盐、热稳定性、酶活力、寡糖生成率等,实现了极端B-聚糖酶以及寡糖的生产及应用。国内在多糖、寡糖研究方面也进行了诸多的研究,已通过对酵母菌培养,成功的生产出甘露寡糖。除多糖、寡糖研究外,中兽药主要是围绕我国丰富的中药资源进行了中药的方剂学,有效单体的提取、合成及结构修饰,与中兽药的稳定性方面进行了一系列的研究,因为在新兽药创制中,重要的环节是要保证有高质量的、稳定可控的中药材原料。 2.1中药资源开发取得新的进展 我国现有的中药资源种类已达12807种,其中药用植物11146种,药用动物1581种,药用矿物80种。仅对320种常用植物类药材的统计,总蕴藏量就达850万吨。全国药材种植面积超过580万亩,药材生产基地600多个,常年栽培的药材达200余种。野生变家种取得了积极成果,许多已成为主流商品。对珍稀濒危野生动植物品种开展了人工种植、养殖和人工替代品研究,对进口药材的引种也取得了可喜的成就,形成了一定的生产能力,药材进口的数量明显减少。云南西双版纳分布的植物锡生藤已合成新药/傣肌松0,与进口的/氯化箭毒碱0有相似的肌肉松弛作用。从进口药材的国产近缘植物中寻找代用品的实例还有很多,如以国产安息香代进口安息香;以国产马钱子代进口马钱子;以西藏胡黄连代进口胡黄连;以白木香代沉香等等,应用有效成分为指标,从近缘科、属中扩大药源,这方面中国已做了大量比较系统和深入的研究工作,已进行研究的主要种类有小檗属、薯蓣属、鼠尾草属、葛属、黄连属、大黄属、甘草属、石蒜属、丹参属、金银花属、莨菪类、蒿类、柴胡属、淫羊藿属、苦参属等植物。 2.2科研开发形成新的局面 2.2.1提取和合成制药在提取和合成制药的研究及生产 21
实、叙述的写作手法来记录检查的情况,切忌在笔录中作评论、推断。现场笔录应该是执法人员在现场所看、所听的实录,而不应是询问笔录。2.2 贴近案情 可以采取“由大到小”、“由粗到细”的方法,首先简要描述大环境、方位地点,再收缩到具体需要重点检查的位置;从物品总体摆放、堆码再聚焦到具体商品数量,包装标签及现场痕迹等等。同时,对现场从业人员在从事何种活动,也要作好记录。对与具体案情关联不大的内容,可以简写,而对于与案情关联紧密的商品、标识、人员作业情况、工具、原料、广告、检查过程,甚至能证明案件事实的地面污水痕迹、废弃损毁物品的状况都应详记,并尽可能地加以固定、提取。2.3 抓住重点 现场检查中,往往可以意外地发现一些对定案十分关键的证据,要注意策略,可以采取以虚掩实、迂回反抄的方法将这些证据予以固定、提取。3 制作要点 3.1 当事人在被检查场所开展经营活动的由来或 当事人与被检查场所的关系。3.2 场所的概况。情况复杂的场所应交代方位,必 要时绘图说明。 3.3 与违法行为有关的物品、工具、设施的名称、规格、数量、状况、摆放位置、使用情况及相关的书证、物证。3.4 与违法行为有关的人员的活动情况,包括当事人及其职工、帮工以及顾问、消费者的情况。3.5 检查人员检查的活动及结果。3.6 当事人在检查活动中的异常表现及其行为。3.7 交代现场询问当事人、旁证人员,现场摄影、录像、绘图,当事人主动提交的证据的情况。3.8 交代抽样取证、强制措施的情况。情况复杂、 规模较大的场所,可以按照分工,由检查人员按照各自的检查任务,分别制作笔录,但最后应制作汇总笔录,总结整个检查情况。3.9 《现场检查笔录》应在现场检查时当场制作,不能今天检查,第二天才完成笔录。3.10 笔录写好后要交给当事人阅读或向其宣读,并由当事人签章(逐页)。当事人拒绝签名或不能签名的应当注明原因,并且由2名以上执法人员在笔录上签字。有其他人在场时,可由其他人签名。法律、法规和规章对现场检查笔录的制作形式另有规定的,从其规定。 ?综 述? 尘肺病临床治疗研究概况 崔 萍,侯 强 (山东省职业卫生与职业病防治研究院,山东 济南 250002) [收稿日期]2007204230 山东省医药卫生计划科技项目 项目号:(2003-133) [摘要] 我国尘肺病是危害人数最多的职业病,发病率约占所有职业病的80%,建国以来,政府对尘肺病的防治一直十分重视,开展了大量的研究工作,作者回顾了近50年尘肺病临床治疗的几个主要阶段,从基础治疗(营养、运动)、西药、中药、肺灌洗几个方面,分别概述了与其相关的药物成分、作用机制、临床研究和疗效。提倡目前依病人的病情进行肺灌洗、抗纤维化、减轻非特异性炎性反应、调节免疫功能、抗脂质过氧化、对症支持等综合治疗措施。提出霜桑叶有望成为疗效高、无毒副作用、价格低廉、依从性好治疗尘肺病的新药。 [关键词] 尘肺病;治疗方法;药物疗法;中医中药;肺灌洗 [中图分类号]R13512 [文献标识码]A [文章编号]1007-6131(2007)0320226204 尘肺病是由于在职业活动中长期吸入生产性粉尘并在肺内潴留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为 主的全身性疾病。尘肺病被称为中国头号职业病,卫生部称截至2005年,中国尘肺累积病例607570
常用数据库 在DNA序列方面有GenBank、EMBL和等 在蛋白质一级结构方面有SWISS-PROT、PIR和MIPS等 在蛋白质和其它生物大分子的结构方面有PDB等 在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等 生物信息学的主要研究内容 1、序列比对（Alignment） 基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础，非常重要。两个序列的比对有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA，可以免费下载使用。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。 2、结构比对 基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。已有一些算法。 3、蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之一 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构。同源模建（Homology）和指认（Threading）方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力，蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。 4、计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因)。最重要的课题之一 基本问题是给定基因组序列后，正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置.这是最重要的课题之一，而且越来越重要。经过20余年的努力，提出了数十种算法，有十种左右重要的算法和相应软件上网提供免费服务。原核生物计算机辅助基因识别相对容易些，结果好一些。从具有较多内含子的真核生物基因组序列中正确识别出起始密码子、剪切位点和终止密码子，是个相当困难的问题，研究现状不能令人满意，仍有大量的工作要做。 5、非编码区分析和DNA语言研究，是最重要的课题之一 在人类基因组中，编码部分进展总序列的3~5%，其它通常称为“垃圾”DNA，其实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知道其重要的功能。分析非编码区DNA 序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在编码序列之中，而且隐含在非编码序列之中。 6、分子进化和比较基因组学，是最重要的课题之一 早期的工作主要是利用不同物种中同一种基因序列的异同来研究生物的进化，构建进化树。既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做，甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化。以上研究已经积累了大量的工作。近年来由于较多模式生物基因组测序任务的完成，为从整个基因组的角度来研究分子进化提供了条件。 7、序列重叠群（Contigs）装配 一般来说，根据现行的测序技术，每次反应只能测出500或更多一些碱基对的序列，这就有一个把大量的较短的序列全体构成了重叠群（Contigs）。逐步把它们拼接起来形成序列更长的重叠群，直至得到完整序列的过程称为重叠群装配。拼接EST数据以发现全长新基因也有类似的问题。已经证明，这是一个NP-完备
研究生课程考试卷 学号、姓名： j20112001 苗天锦 年级、专业：2011生物化学与分子生物学 培养层次：硕士 课程名称：生物信息学 授课学时学分： 32学时 2学分 考试成绩： 授课或主讲教师签字：
生物信息学现状与展望 摘要：生物信息学是一门新兴学科，起步于20世纪90年代，至今已进入"后基因组时代"，本文对生物信息学的产生背景及其研究现状等方面进行了综述，并展望生物信息学的发展前景。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。 关键词：生物信息学；生物信息学背景；发展前景 一、生物信息学概述 1.生物信息学发展历史 随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”【1】。 研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA 的三维结构（双螺旋）。Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出DNA 聚合酶I（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。Meselson与Stahl （1958）用实验方法证明了DNA复制是一种半保留复制。Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白质的模板，称之为中心法则（Central dogma），这一中心法则对以后分子生物学和生物信息学的发展都起到了极其重要的指导作用。经过Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，编码20氨基酸的遗传密码得到了破译。限制性内切酶的发现和重组DNA的克隆（clone）奠定了基因工程的技术基础【2】。自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。 2.生物信息学研究方向 2.1 序列比对
国内外生物信息学发展状况 1.国外生物信息发展状况 国外非常重视生物信息学的发展各种专业研究机构和公司如雨后春笋般涌现出来，生物科技公司和制药工业内部的生物 信息学部门的数量也与日俱增。美国早在1988年在国会的支持 下就成立了国家生物技术信息中心（NCBI），其目的是进行计 算分子生物学的基础研究，构建和散布分子生物学数据库；欧 洲于1993年3月就着手建立欧洲生物信息学研究所（EBI）， 日本也于1995年4月组建了信息生物学中心（CIB）。目前， 绝大部分的核酸和蛋白质数据库由美国、欧洲和日本的3家数 据库系统产生，他们共同组成了 DDBJ/EMBL/Gen Bank国际核 酸序列数据库，每天交换数据，同步更新。以西欧各国为主的 欧洲分子生物学网络组织（EuropeanMolecular Biology Network, EMB Net）是目前国际最大的分子生物信息研究、开 发和服务机构，通过计算机网络使英、德法、瑞士等国生物信 息资源实现共享。在共享网络资源的同时，他们又分别建有自 己的生物信息学机构、二级或更高级的具有各自特色的专业数 据库以及自己的分析技术，服务于本国生物（医学）研究和开 发，有些服务也开放于全世界。 从专业出版业来看,1970年，出现了《Computer Methods and Programs in Biomedicine》这本期刊；到1985年4月， 就有了第一种生物信息学专业期刊《Computer Application
in the Biosciences》。现在，我们可以看到的专业期刊已经很多了。 2 国内生物信息学发展状况 我国生物信息学研究近年来发展较快,相继成立了北京大学生物信息学中心、华大基因组信息学研究中心、中国科学院上海生命科学院生物信息中心,部分高校已经或准备开设生物信息学专业。2002年国家自然科学基金委在生物化学、生物物理学与生物医学工程学学科设立了生物信息学项目,并列入生命科学部优先资助的研究项目。国家 863计划特别设立了生物信息技术主题,从国家需求的层面上推动我国生物信息技术的大力发展[3]。 但是由于起步较晚及诸多原因，我国的生物信息学发展水平远远落后于国外。在PubMed收录的以关键词“Bioinformatics”检索到的历年发表的文章数，可以看出大量的研究文献出现在21世纪以后。其中我国共有138篇占全部5548篇的2.5%，而美国则发表2160篇占全部的39%之多（统计数据截至2004年2月15日）。我国学者在生物信息学领域发表的有高影响力的论文只有不到美国学者发表数量的6%，差距相当大[4]。在生物信息学领域，一些著名院士和教授在各自领域取得了一定成绩，显露出蓬勃发展的势头，有的在国际上还占有一席之地。如北京大学的罗静初和顾孝诚教授在生物信息学网站建设方面、中科院生物物理所的陈润生研究员在EST
浅谈生物信息学在生物方面的应用 生物信息学（bioinformaLics）是以核酸和蛋白质等生物大分子数据库及其相关的图书、文献、资料为主要对象，以数学、信息学、计算机科学为主要手段，对浩如烟海的原始数据和原始资料进行存储、管理、注释、加工，使之成为具有明确生物意义的生物信息。并通过对生物信息的查询、搜索、比较、分析，从中获得基因的编码、凋控、遗传、突变等知识；研究核酸和蛋白质等生物大分子的结构、功能及其相互关系；研究它们在生物体内的物质代谢、能量转移、信息传导等生命活动中的作用机制。 从生物信息学研究的具体内容上看，生物信息学可以用于序列分类、相似性搜索、DNA 序列编码区识别、分子结构与功能预测、进化过程的构建等方面的计算工具已成为变态反应研究工作的重要组成部分。针对核酸序列的分析就是在核酸序列中寻找过敏原基因，找出基因的位置和功能位点的位置，以及标记已知的序列模式等过程。针对蛋白质序列的分析，可以预测出蛋白质的许多物理特性，包括等电点分子量、酶切特性、疏水性、电荷分布等以及蛋白质二级结构预测，三维结构预测等。 生物信息学中的主要方法有：序列比对，结构比对，蛋白质结构的预测，构造分子进化树，聚类等。基因芯片是基因表达谱数据的重要来源。目前生物信息学在基因芯片中的应用主要体现在三个方面。 1、确定芯片检测目标。利用生物信息学方法，查询生物分子信息数据库，取得相应的序列数据，通过序列比对，找出特征序列，作为芯片设计的参照序列。 2、芯片设计。主要包括两个方面，即探针的设计和探针在芯片上的布局，必须根据具体的芯片功能、芯片制备技术采用不同的设计方法。 3、实验数据管理与分析。对基因芯片杂交图像处理，给出实验结果，并运用生物信息学方法对实验进行可靠性分析，得到基因序列变异结果或基因表达分析结果。尽可能将实验结果及分析结果存放在数据库中，将基因芯片数据与公共数据库进行链接，利用数据挖掘方法，揭示各种数据之间的关系。 生物信息学在人类基因组计划中也具有重要的作用。 大规模测序是基因组研究的最基本任务，它的每一个环节都与信息分析紧密相关。目前，从测序仪的光密度采样与分析、碱基读出、载体标识与去除、拼接与组装、填补序列间隙，到重复序列标识、读框预测和基因标注的每一步都是紧密依赖基因组信息学的软件和数据库的。特别是拼接和填补序列间隙更需要把实验设计和信息分析时刻联系在一起．拼接与组装中的难点是处理重复序列，这在含有约30％重复序列的人类基因组中显得尤其突出。 人类基因组的工作草图即将完成，因此发现新基因就成了当务之急。使用基因组信息学的方法通过超大规模计算是发现新基因的重要手段，可以说大部分新基因是靠理论方法预测出来的。比如啤酒酵母完整基因组（约1300万bp）所包含6千多个基因，大约60％是通过信息分析得到的。 当人类基因找到之后，自然要解决的问题是：不同人种间基因有什么差别；正常人和病人基因又有什么差别。”这就是通常所说的SNPs（单核苷酸多态性）。构建SNPs及其相关数据库是基因组研究走向应用的重要步骤。1998年国际已开展了以EST为主发现新Spps 的研究。在我国开展中华民族SNPs研究也是至重要的。总之，生物信息学不仅将赋予人们各种基础研究的重要成果，也会带来巨大的经济效益和社会效益。在未来的几年中DNA 序列数据将以意想不到的速度增长，这更离不开利用生物信息学进行各类数据的分析和解释，研制有效利用和管理数据新工具。生物信息学在功能基因组学同样具有重要的应用目前应用最多的是同源序列比较、模式识别以及蛋白结构预测。所谓同源序列，是指从某一共同祖先经趋异进化而形成的不同序列。利用数据库搜索找出未知核酸或蛋白的同源序列，是序列分析的基础[lol。如利用BLASTn和BLASTx两种软件分别进行核苷酸和氨基
一、前言 目前肺癌的辅助和新辅助治疗、晚期肺癌一线方案、二线方案、甚至三线方案的选择，到分子靶向治疗，治疗手段和方法，似乎有了飞速的发展，但是治疗结果却给人总的感觉正像美国化疗之父Kennidy教授所说的，"肺癌治疗的进步像蜗牛一样缓慢"。尽管各类新的化疗药物还在不断研发和问世，但它们对肺癌的治疗已基本进入一个平顶期。分子靶向药物的出现以及根据各种癌症的不同基因表型而无意或有意设计的用药方案，却出现了很多值得我们重视的结果和现象，为此，以新的观点重新审视目前肿瘤治疗的方法，具有重要的意义。 二、混沌理论简介 混沌现象广泛存在于自然界。混沌学(Scientific Chaos)与相对论、量子力学一起被誉为二十世纪人类的三大发现。事实上，混沌学、相对论与量子力学是上世纪三次重大的科学革命，成为正确的宇宙观和自然哲学的里程碑。正如美国著名科学家詹姆斯.格莱克所说的那样："混沌学排除了拉普拉斯决定论的可预测性的狂想"。 1892 年，法国数学家J. H. Poincare己经发现按照哈密顿方程进行时间演化的某些力学系统可能出现混沌运动。1963年麻省理工学院著名的气象学家洛伦兹(Lorenz)发现[1]：在一个特定的方程组中，小小差异就可引起相去甚远的最终结果，显示确定论的系统表现出随机行为。这一论点打破了拉普拉斯决定论的
经典理论，这种新现象也是以前的科学家所无法解释的。后来洛伦兹又提出了"蝴蝶效应" 的理论，即一种对初始条件的极其敏感性依赖性。洛伦兹的发现和研究，开启了现在混沌理论研究的大门。上世纪70 年代是混沌理论基础研究高速发展的年代。1971 年法国物理学家D. Ruell 和荷兰数学家F.Takens引入"奇怪吸引子"概念。1975年，中国学者李天岩和美国数学家J. Yorke在《America Mathematics》杂志上发表了"周期三意味着混沌"的著名文章[2]，深刻揭示了从有序到混沌的演变过程，这也使"混沌"作为一个新的科?F嶂剬畕学学、电子学、信息科学、气象学、宇宙学、地质学、经济学、人脑科学，甚至在音乐、美术、体育等多个领域都得到了广泛的应用。 对于混沌严格的定义，目前科学上还没有确切的定义，但随着研究的深入，混沌的一系列特点和本质被揭示，对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。它包括如下特征：(1) 混沌具有内在的确定性，它虽然貌似噪声，但不同于噪声，系统是由完全确定的方程描述的，无需附加任何随机因数，但系统仍会表现出类似随机性的行为；(2) 混沌具有分形的性质；(3) 混沌具有标度不变性，是一种无周期的有序。在由分岔导致混沌的过程中，还遵从Feigenbaum常数系。(4) 混沌现象还具有对初始条件的敏感依赖性。只要初始条件稍有偏差或微小的扰动，则会使得系统的最终
一、名词解释 1. 生物信息学： 1）生物信息学包含了生物信息的获取、处理、分析、和解释等在内的一门交叉学科； 2）它综合运用了数学、计算机学和生物学的各种工具来进行研究； 3）目的在于阐明大量生物学数据所包含的生物学意义。 2. BLAST（Basic Local Alignment Search Tool） 直译：基本局部排比搜索工具 意译：基于局部序列排比的常用数据库搜索工具 含义：蛋白质和核酸序列数据库搜索软件系统及相关数据库 3. PSI-BLAST：是一种迭代的搜索方法，可以提高BLAST和FASTA的相似序列发现率。 4. 一致序列：这些序列是指把多序列联配的信息压缩至单条序列，主要的缺点是除了在特 定位置最常见的残基之外，它们不能表示任何概率信息。 5. HMM 隐马尔可夫模型：一种统计模型，它考虑有关匹配、错配和间隔的所有可能的组合 来生成一组序列排列。（课件定义）是蛋白质结构域家族序列的一种严格的统计模型，包括序列的匹配，插入和缺失状态，并根据每种状态的概率分布和状态间的相互转换来生成蛋白质序列。 6. 信息位点：由位点产生的突变数目把其中的一课树与其他树区分开的位点。 7. 非信息位点：对于最大简约法来说没有意义的点。 8. 标度树：分支长度与相邻节点对的差异程度成正比的树。 9. 非标度树：只表示亲缘关系无差异程度信息。 10. 有根树：单一的节点能指派为共同的祖先，从祖先节点只有唯一的路径历经进化到达其 他任何节点。 11. 无根树：只表明节点间的关系，无进化发生方向的信息，通过引入外群或外部参考物种， 可以在无根树中指派根节点。 12. 注释：指从原始序列数据中获得有用的生物学信息。这主要是指在基因组DNA中寻找基 因和其他功能元件（结构注释），并给出这些序列的功能（功能注释）。 13. 聚类分析：一种通过将相似的数据划分到特定的组中以简化大规模数据集的方法。 14. 无监督分析法：这种方法没有内建的分类标准，组的数目和类型只决定于所使用的算法 和数据本身的分析方法。 15. 有监督分析法：这种方法引入某些形式的分类系统，从而将表达模式分配到一个或多个 预定义的类目中。 16. 微阵列芯片：将探针有规律地排列固定于载体上，与标记荧光分子的样品进行杂交，通 过扫描仪扫描对荧光信号的强度进行检测，从而迅速得出所要的信息。 17. 虚拟消化：是基于已知蛋白序列和切断酶的特异性的情况下进行的理论酶切（课件定 义）。是在已知蛋白质序列和蛋白外切酶之类切断试剂的已知特异性的基础上，由计算机进行的一种理论上的蛋白裂解反应。 18. 质谱(MS)是一种准确测定真空中离子的分子质量/电荷比(m/z)的方法，从而使分子质量 的准确确定成为可能。 19. 分子途径是指一组连续起作用以达到共同目标的蛋白质。 20. 虚拟细胞：一种建模手段，把细胞定义为许多结构，分子，反应和物质流的集合体。 21. 先导化合物：是指具有一定药理活性的、可通过结构改造来优化其药理特性而可能导致 药物发现的特殊化合物。就是利用计算机在含有大量化合物三维结构的数据库中，搜索能与生物大分子靶点匹配的化合物，或者搜索能与结合药效团相符的化合物，又称原型物，简称先导物，是通过各种途径或方法得到的具有生物活性的化学结构
《学年论文》2学分 要求： 1.一人一篇论文，题目：（1）题目自选；（2）最好与毕业论文相关。 2.格式同毕业论文格式（基本同原文献检索课程论文），后面附件1是基本格式 要求。 3.字数3500-5000字，参考文献原则上不少于20篇。 4.学年论文写完后，交到自己导师那里进行修改，直至导师认为可以并给出成 绩为止！注意：认真完成，格式规范！不合格者需要重写！ 5.学年论文终稿打印提交（提交前让导师在封面上红色签字笔给出成绩并签上 导师姓名，否则按不及格计），提交时间2016.12.31前，由学习委员收齐登记成绩后交给我（包括打印稿<双面打印>和电子稿<每人电子稿WORD文档以学号+姓名方式命名，收齐后打包压缩上传到公共邮箱学年论文文件夹中，同时报送EXCEL版的成绩单，需要信息为姓名、学号、成绩、导师姓名）。6.写作前阅读一下后面的附件2《文献检索与应用文写作》课程论文主要问题 研究。
附件1： LUOYANG NORMAL UNIVERSITY 2013级学年论文 论文题目(2号黑体居中) 院（系）名称生命科学学院 专业名称 学生姓名 学号 指导教师 完成时间年月日
理工类样张（上边距30mm,下边距25mm,左边距30mm,右边距20mm ） 混沌及其应用（二号，黑体，居中，与姓名行之间空一行） 李 斌 （物理与电子科学系 物理学专业 学号：010514055 指导教师：王备战讲师）（小四号，仿宋GB_2312，词与词之间空两格，姓名行与学号行之间不空行，学号行与摘要之间空一行） 摘 要：（小四号黑体，顶格） 本文阐述了混沌理论的产生、发展及现状，介绍了平庸吸引子……。（小四号，仿宋GB_2312，摘要与关键词之间空一行） 关键词：（小四号黑体，顶格） 混沌理论；意义；应用；前景(小四号，仿宋GB_2312,词与词之用分号隔开，最后一个关键词后不打标点符号，关键词与正文之间空一行，) 1 混沌（黑体，小四号顶格，一级标题序号用阿拉伯数字1，2，3……） 1.1 混沌的含义（黑体，小四顶格，二级标题用1.1，1.2，1.3……） 混沌学的研究兴起于20世纪60年代初的美国，混沌科学研究是随着现代科 学技术的出现和普遍应用的基础上发展起来的新兴交叉学科。（正文，宋体小四， 1.5倍行距） 耗散系统的运动最终趋向维数比原始相空间低的极限集合，这个极限集合称 为吸引子[2]。（参考文献文中标注用上标，从小到大顺序排列） 2.1.1 平庸吸引子（宋体，小四顶格，三级标题用1.1.1，1.1.2，1.1.3……） （更细分标题与与三级标题一样） 洛伦兹奇异吸引子的动力学方程[3] bz xy z y rx xz y x y x -=-+-=-= )(σ （1）
浅谈生物信息学的发展和前景 摘要：生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。本文对生物信息学的产生背景及其研究现状等方面进行了综述，并展望生物信息学的发展前景。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。因此，这是我国生物学赶超世界先进水平的一个百年一遇的极好机会。 关键字：生物信息学、产生背景、发展现状、前景 随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”。 一、生物信息学产生的背景 生物信息学是80年代未随着人类基因组计划（Human genome project)的启动而兴起的一门新的交叉学科。它通过对生物学实验数据的获取、加工、存储、检索与分析，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。由于当前生物信息学发展的主要推动力来自分子生物学，生物信息学的研究主要集中于核苷酸和氨基酸序列的存储、分类、检索和分析等方面，所以目前生物信息学可以狭义地定义为：将计算机科学和数学应用于生物大分子信息的获取、加工、存储、分类、检索与分析，以达到理解这些生物大分子信息的生物学意义的交叉学科。事实上，它是一门理论概念与实践应用并重的学科。 生物信息学的产生发展仅有10年左右的时间---bioinformatics这一名词在1991年左右才在文献中出现，还只是出现在电子出版物的文本中。事实上，生物信息学的存在已有30多年，只不过最初常被称为基因组信息学。美国人类基因组计划中给基因组信息学的定义：它是一个学科领域，包含着基因组信息的获取、处理、存储、分配、分析和解释的所有方面。自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。截止目前为止，仅登录在美国GenBank 数据库中的DNA序列总量已超过70亿碱基对。此外，迄今为止，已有一万多种蛋白质的空间结构以不同的分辨率被测定。基于cDNA序列测序所建立起来的EST数据库其纪录已达数百万条。在这些数据基础上派生、整理出来的数据库已达500余个。这一切构成了一个生物学数据的海洋。这种科学数据的急速和海量积累，在人类的科学研究历史中是空前的。数据并不等于信息和知识，但却是信息和知识的源泉，关键在于如何从中挖掘它们。与正在以指数方式增长的生物学数据相比，人类相关知识的增长（粗略地用每年发表的生物、医学论文数来代表）却十分缓慢。一方面是巨量的数据；另一方面是我们在医学、药物、农业和环保等方面对新知识的渴求，这些新知识将帮助人们改善其生存环境和提高生活质量。这就构成了一个极大的矛盾。这个矛盾就催生了一门新兴的交叉科学，这就是生物信息学。二、生物信息学研究的发展现状 资金和实力非常重要，生物信息的研究投入短期不算大，但是结合成果，其投入相当的大。因为目前生物信息主要在于教学和和研究，商业领域的应用不算很广。如一套LIMS加上软件就要花上数千万。加上相关项目的研究开发，不是国内相关的机构所能承受的。所以需要得到政府的支持和帮助。以及有识之士的投入。否则我们又将远远落后国外。国内的制药行业将永不得翻身！基因的流失(国外一些国家打着给国内免费治疗，分析疾病的考旗帜，
1、论文（设计）研究目标及主要任务 研究目标：提高学生个人的调研能力和翻译英文的能力，锻炼语言组织能力，培养对物理学的研究兴趣，在实践中达到物理思想的熏陶。 主要任务：简单介绍混沌尤其是量子混沌的概念，重点解释其本质特征及研究现状和研究方法，提高对其的认识和了解，激发研究热情并加快其研究进度。 2、论文（设计）的主要内容 物理规律及其自然现象一般都很复杂，需要用非线性方程来表示它们的运动规律，而在非线性理论中混沌理论是非常重要的。人们普遍把由确定性方程描述的经典系统出现一种随机行为称为混沌现象。而量子混沌是经典动力系统中的混沌现象在量子体系中的表现形式。即是在微观层次上研究那些在经典极限下呈现混沌运动的量子不可积系统所具有的复杂行为。这里将主要介绍一下非线性理论中混沌理论特别是量子混沌的的研究，通过与较为成熟的经典混沌研究的对照，说明与经典混沌对应的量子混沌的特征以及利用半经典近似理论探讨混沌的量子化。重点介绍量子混沌在量子计算机、在低维超晶格的量子输运和核物理等领域的一些进展情况。在最后指出了量子混沌研究的重要意义。 3、论文（设计）的基础条件及研究路线 基础条件：已经搜集了大量的相关材料，学习了其中与论文题目相关的内容并加以理解。认真整理材料和个人的学习体会，对论文相关内容有了统筹的把握。 研究路线：需在原有材料基础上进行总结归纳，介绍其研究方法并适时加入自己的观点和看法，对有关原理进行必要理论分析，并揭示其研究应用前景，突出混沌尤其是量子混沌的研究重要意义。 4、主要参考文献 1、顾雁《量子混沌》上海科技教育出版社,1996. 2、Ze’ev Rudnick 《What is Quangtum Chaos?》Notice of The AMS,55(1):32-34. 3、[美]C.格里博格. 《混沌对科学和社会的冲击》湖南科学技术出版社.2001. 4、郝柏林. 《（从抛物线谈起）混沌动力学引论》上海科技教育出版社,1992. 河北师范大学本科生毕业论文（设计）文献综述
生物信息学发展概况及研究进展 韩龙生物化学与分子生物学2010200531 1 概述 生物信息学是在生命科学、计算机科学和数学的基础上逐步发展而形成的一门新兴的边缘学科，它以核酸和蛋白质为主要研究对象，以数学、计算机科学为主要研究手段，对生物学实验数据进行获取、加工、存储、检索与分析，从而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的[1]。 生物信息学的发展大致经历了前基因组时代、基因组时代和后基因组时代。目前，它的主要研究内容已经从对DNA和蛋白质序列比较、编码区分析、分子进化转移到大规模的数据整合、可视化，转移到比较基因组学、代谢网络分析、基因表达谱网络分析、蛋白质技术数据分析处理、蛋白质结构与功能分析以及药物靶点筛选等[1]。在后基因组时代的今天，生物信息学已经成为目前极其热门的系统生物学研究的重要手段。 利用各种功能的软件系统平台，目前生物信息学方法主要通过序列比对与分析、功能基因组与基因表达数据的分析、蛋白质结构预测以及基于结构的药物设计等方面应用于各个生命科学研究领域。 1.1序列比对与分析 序列比对是生物信息学的基础，是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。两个序列的比对现在已有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包——BLAST和FASTA；两个以上序列的多重序列是生物信息学中尚未解决的一个NP完全的组合优化问题，是目前研究的热点[2]。比较经典的算法有SAGA算法[3]、CLUSTAL算法以及隐马尔可夫模型（Hidden Markov Models，HMM）多重序列比对算法，另外，如Notredame等[4]开发的T-Coffee算法、Timo等[5]设计的Kalign算法、张琎等[6]设计的基于GC-GM多序列比对穷举遗传算法，是通过穷举某个特定范围内的所有序列的长度取值，来确定最终最佳比对长度的一种多序列比对算法。这些算法已应用于各种多序列比对软件，并在应用中不断得到优化。 1.2 功能基因组学 在后基因时代的今天，基因组学的研究已从结构基因组学（Structural genomics）转向功能基因组学（Functional genomics）[1] 。功能基因组的任务是进行基因组功能注释（Genome annotation），了解基因功能、认识基因与疾病的关系、掌握基因的产物及其在生命活动中的作用。基因的时空差异表达是功能基因组学研究的理论基础。
神经网络预测控制综述 摘要：近年来，神经网络预测控制在工业过程控制中不仅得到广泛的应用，而且其理论研究也取得了很大进展。对当前各种神经刚络预测控制方法的现状及其工业应用进行了较深入地分析，并对其存在的问题和今后可能的发展趋势作了进一步探讨。 关键词：神经网络；预测控制：非线性系统；工业过程控制 Abstract: In recent years, neural network predictive control has not only been widely used in industrial process control, but also has made great progress in theoretical research. The current status of various neural network prediction control methods and their industrial applications are analyzed in depth, and the existing question and possible future development trends are further discussed. Keywords: neural network; predictive control: nonlinear system; industrial process control
20世纪70年代以来，人们从工业过程的特点出发，寻找对模型精度要去不高而同样能实现高质量控制性能的方法，预测控制就是在这种背景下发展起的[1]。预测控制技术最初山Richalet和Cutler提出[2],具有多步预测、滚动优化、反馈校正等机理，因此能够克服过程模型的不确定性，体现出优良的控制性能，在工业过程控制中取得了成功的应用。如Shell公司、Honeywell公司、Centum 公司，都在它们的分布式控制系统DCS上装备了商业化的预测控制软件包．并广泛地将其应用于石油、化工、冶金等工业过程中[3]。但是，预测函数控制是以被控对象的基函数的输出响应可以叠加为前提的，因而只适用于线性动态系统控制。对于实际中大量的复杂的非线性工业过程。不能取得理想的控制效果。而神经网络具有分布存储、并行处理、联想记忆、自组织和自学习等功能，以神经元组成的神经网络可以逼近任意的：线性系统。使控制系统具有智能化、鲁棒性和适应性，能处理高维数、非线性、干扰强、难建模的复杂工业过程。因此，将神经网络应用于预测控制，既是实际应用的需要，同时也为预测控制理论的发展开辟了广阔的前景。本文对基于神经网络的预测控制的研究现状进行总结，并展望未来的发展趋势。 l神经网络预测控制的基本算法的发展[4] 实际中的控制对象都带有一定的菲线性，大多数具有弱非线性的对象可用线性化模型近似，并应用已有的线性控制理论的研究成果来获得较好的控制效果。而对具有强非线性的系统的控制则一直是控制界研究的热点和难点。 就预测控制的基本原理而言，只要从被控对象能够抽取出满足要求的预测模型，它便可以应用于任何类型的系统，包括线性和非线性系统。 由于神经网络理论在求解非线性方面的巨大优势，很快被应用于非线性预测控制中。其主要设计思想是：利用一个或多个神经刚络，对非线性系统的过程信息进行前向多步预测，然后通过优化一个含有这些预测信息的多步优化目标函数，获得非线性预测控制律。在实际应用与理论研究中形成了许多不同的算法。如神经网络的内模控制、神经网络的增量型模型算法控制等，近来一些学者对有约束神经网络的预测控制也作了相应的研究。文献[5]设计了多层前馈神经网络，使控制律离线求解。文献[6]采用两个网络进行预测，但结构复杂，距离实际应用还有一定的距离，文献[7]利用递阶遗传算法，经训练得出离线神经网络模型．经多步预测得出对象的预测模型，给出了具有时延的非线性系统的优化预测控制。将神经网络用于GPC的研究成果有利用Tank．Hopfield网络处理GPC矩阵求逆的算法，基于神经网络误差修正的GPC算法、利用小脑模型进行提前计算的GPC 算法、基于GPC的对角递归神经网络控制方法以及用神经网络处理约束情形的预