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随着控制领域涉及范围的扩展及知识自动化的兴起,人工设计工作的自动化变得越来越重要。而药物设计工作的自动化对药物设计具有重要的理论与实际意义。在知识自动化背景下,分子对接预测是实现药物设计自动化的重要手段,其是一种复杂的NP-hard优化问题,在新药设计过程中起着关键作用,然而目前尚未有一种通用方法能够有效解决该问题。因此,深入研究智能优化方法并将其应用于分子对接预测问题,具有重要的理论与实际意义。
本文首先介绍了智能优化方法及分子对接预测问题的发展现状,选取广泛应用于工程领域的差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,DE)及人工蜂群算法(Artificial Bee Colony Algorithm,ABC)展开研究。针对各算法特点,提出改进方法以提高其寻优性能。通过在DE算法中加入学习机制和多变异方程结构,实现了搜索过程中参数的自适应调整,从而增强算法的鲁棒性及适应性,提出了改进DE算法;针对ABC算法存在的问题,引入扰动参数个数动态调整的机制,以加强搜索的收敛速度,同时在变异方程中引入种群信息,以提高对种群进化方向的指引,增强算法的全局搜索能力,进而提出改进ABC算法。通过分子对接预测试验,验证了所提出两种改进算法应用于分子对接预测问题的有效性。但仍然存在预测精度低且难以有效解决高维蛋白的问题。为了进一步解决上述问题,首先引入模拟退火超启发式算法结构,针对分子对接问题设计了特定的底层启发式算法池,并通过向底层引入问题域种群,课题组提出一种适用于分子对接预测问题的模拟退火超启发式算法。通过对包含有23个复合物以及广泛使用的GOLD经典测试集的测试,验证了该模拟退火超启发式算法在分子对接预测问题的有效性,且同当前经典分子对接预测程序相比,具有较好的预测精度。在此基础上,针对模拟退火超启发式算法存在的不足,对上层启发式结构和底层启发式组合进行改进。通过在底层加入变异和交叉操作,完善启发式组合;在上层引入种群,加强上层启发式对底层启发式空间的搜索,课题组提出了一种改进模拟退火超启发式算法,通过分子对接预测试验,验证了改进模拟退火超启发式算法的有效性。
本文首先介绍了智能优化方法及分子对接预测问题的发展现状,选取广泛应用于工程领域的差分进化算法(Differential Evolution Algorithm,DE)及人工蜂群算法(Artificial Bee Colony Algorithm,ABC)展开研究。针对各算法特点,提出改进方法以提高其寻优性能。通过在DE算法中加入学习机制和多变异方程结构,实现了搜索过程中参数的自适应调整,从而增强算法的鲁棒性及适应性,提出了改进DE算法;针对ABC算法存在的问题,引入扰动参数个数动态调整的机制,以加强搜索的收敛速度,同时在变异方程中引入种群信息,以提高对种群进化方向的指引,增强算法的全局搜索能力,进而提出改进ABC算法。通过分子对接预测试验,验证了所提出两种改进算法应用于分子对接预测问题的有效性。但仍然存在预测精度低且难以有效解决高维蛋白的问题。为了进一步解决上述问题,首先引入模拟退火超启发式算法结构,针对分子对接问题设计了特定的底层启发式算法池,并通过向底层引入问题域种群,课题组提出一种适用于分子对接预测问题的模拟退火超启发式算法。通过对包含有23个复合物以及广泛使用的GOLD经典测试集的测试,验证了该模拟退火超启发式算法在分子对接预测问题的有效性,且同当前经典分子对接预测程序相比,具有较好的预测精度。在此基础上,针对模拟退火超启发式算法存在的不足,对上层启发式结构和底层启发式组合进行改进。通过在底层加入变异和交叉操作,完善启发式组合;在上层引入种群,加强上层启发式对底层启发式空间的搜索,课题组提出了一种改进模拟退火超启发式算法,通过分子对接预测试验,验证了改进模拟退火超启发式算法的有效性。