基于机器学习的格兰杰因果网络重构算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903161
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0303.系统建模理论与仿真技术
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The aim of complex network reconstruction is to infer inter-relationships among nodes from real datasets,so as to analyze overall dynamic behavior, structural properties, and influence mechanisms of the networked system. For the nonlinearity, causality and insufficient sample size of data together with temporal and spatial heterogeneity, this project mainly focuses on the Granger causality network reconstruction method based on machine learning. Firstly, the nonlinear modeling of complex networked systems is designed and implemented, and a nonlinear Granger causality network reconstruction method based on Bayesian group-sparse is proposed. Furthermore, the efficiency of large-scale network reconstruction could be improved by parallel computing. Secondly, the Granger causality network reconstruction method based on multi-task learning is given by using prior information of network. Finally, in order to solve the model-dependence of the reconstruction method, the model-free Granger causality network reconstruction method based on multi-classification is proposed. Then directed path consistency algorithm is designed to eliminate the false edges of network. In addition, the problem of network reconstruction with nonuniform lags is considered in the Granger causality method. In this project, nonlinear system modeling, machine learning and other means are used comprehensively, and it is expected to discover network structure by means of function approximation theory, Bayesian theory, multi-classification learning and multi-task learning, so as to provide a new approach and effective algorithm for reconstructing the topology structure of complex networks from massive data.
复杂网络重构旨在基于实际数据去推断网络中节点间的相互作用关系,以便分析系统动力学行为、结构特性和影响机制。本项目针对实际复杂网络中的非线性、因果性及数据样本量不足且存在时空异质性等主要特征,重点研究基于机器学习的格兰杰因果网络重构方法。首先设计实现复杂网络化系统的非线性建模,提出了基于贝叶斯组稀疏的非线性格兰杰因果网络重构方法,再结合并行计算提高大规模网络的重构效率;其次提出了融合先验结构信息的多任务学习格兰杰因果网络重构算法;最后为解决重构算法对模型的依赖性,提出一种无模型的基于多分类格兰杰因果网络重构方法,并设计有向路径一致性算法,消除网络中的虚假连边,另外考虑了格兰杰因果的时滞非均匀嵌入问题。本项目综合运用非线性系统建模和机器学习等手段,期望凭借函数逼近论、贝叶斯理论、多分类学习以及多任务学习等方法去研究复杂的网络关系,为从海量数据中挖掘复杂网络的拓扑结构提供新的途径和有效的算法。

结项摘要

复杂网络重构是分析系统动力学行为、结构特性和影响机制的前提和基础,是近年来网络科学领域研究的一个热点。本项目针对实际复杂网络中的非线性、因果性及稀疏性等主要特征,重点研究基于机器学习的网络重构方法。主要完成了如下子课题:. (1) 提出了一种块正交匹配追踪-非线性条件格兰杰因果(BOMP-NCGC)方法,基于高斯核函数构建非线性条件格兰杰因果关系模型,再结合块正交匹配追踪选择组稀疏变量,并进行后续的因果行分析;. (2) 提出了基于组稀疏惩罚非线性最小二乘方法,基于函数逼近理论和特征选择,通过求解这个稀疏组优化问题,来获得复杂网络化系统的拓扑结构。. (3) 提出了基于条件互信息的集成路径一致性算法(EPCACMI),首先采用主成分分析,将大规模网络分解成若干个小规模的子网络,然后采用基于条件互信息的路径一致性算法,消除间接关系,接着将所有子网进行整合,获得最终的网络结构。. (4) 提出了基于条件互信息的局部Lasso路径一致性算法(Loc-Lasso-PCACMI),从局部网络推断的角度,集成了Lasso算法和PCACMI的优点,提高了网络重构算法的性能和效率。. (5) 设计了一种基于重采样策略的动态阈值条件互信息算法(DTCMI),不像传统的相关性算法需要设置固定的阈值,另外使用基于折叠刀的重采样策略,进一步提高了重构网络的精度。. 本项目的仿真研究数据来源主要基于经典的网络化系统模型和基因调控网络数据集(包括DREAM竞赛的数据集)。当今时代,构建准确的基因调控网络已成为近年来生物信息学领域的重要研究课题。因此,尤其是针对基因调控网络的仿真研究,有助于我们分析和理解基因之间的调控机制,进而去揭示一些复杂的生物现象。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Inferring Gene Regulatory Networks Via Ensemble Path Consistency Algorithm Based on Conditional Mutual Information.
通过基于条件互信息的集成路径一致性算法推断基因调控网络。
  • DOI:
    10.1109/tcbb.2022.3220581
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jie Xu;Guanxue Yang;Guohai Liu;Hui Liu
  • 通讯作者:
    Hui Liu

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

基于神经网络广义逆的感应电机变频系统内模控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    江苏大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨官学;刘国海
  • 通讯作者:
    刘国海
两电机变频系统神经网络广义逆内模控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    控制工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨官学;刘国海
  • 通讯作者:
    刘国海
基于神经网络广义逆的两电机变频系统内模控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    沈跃;刘国海;陈兆岭;杨官学
  • 通讯作者:
    杨官学

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码