Statistical Methods in Bioinformatics

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出版者:Springer
作者:Warren J. Ewens
出品人:
页数:588
译者:
出版时间:2006-4-20
价格:USD 115.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387400822
丛书系列:
图书标签:
  • bioinformatics
  • Biostatistics
  • 统计
  • Statistics
  • 计算基因组学
  • 统计学习
  • 学术女
  • and
  • 生物信息学
  • 统计学
  • 生物统计学
  • 数据分析
  • 基因组学
  • 蛋白质组学
  • 计算生物学
  • 机器学习
  • 算法
  • 医学统计学
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具体描述

Advances in computers and biotechnology have had a profound impact on biomedical research, and as a result complex data sets can now be generated to address extremely complex biological questions. Correspondingly, advances in the statistical methods necessary to analyze such data are following closely behind the advances in data generation methods. The statistical methods required by bioinformatics present many new and difficult problems for the research community. This book provides an introduction to some of these new methods. The main biological topics treated include sequence analysis, BLAST, microarray analysis, gene finding, and the analysis of evolutionary processes. The main statistical techniques covered include hypothesis testing and estimation, Poisson processes, Markov models and Hidden Markov models, and multiple testing methods. The second edition features new chapters on microarray analysis and on statistical inference, including a discussion of ANOVA, and discussions of the statistical theory of motifs and methods based on the hypergeometric distribution. Much material has been clarified and reorganized. The book is written so as to appeal to biologists and computer scientists who wish to know more about the statistical methods of the field, as well as to trained statisticians who wish to become involved with bioinformatics. The earlier chapters introduce the concepts of probability and statistics at an elementary level, but with an emphasis on material relevant to later chapters and often not covered in standard introductory texts. Later chapters should be immediately accessible to the trained statistician. Sufficient mathematical background consists of introductory courses in calculus and linear algebra. The basic biological concepts that are used are explained, or can be understood from the context, and standard mathematical concepts are summarized in an Appendix. Problems are provided at the end of each chapter allowing the reader to develop aspects of the theory outlined in the main text. Warren J. Ewens holds the Christopher H. Brown Distinguished Professorship at the University of Pennsylvania. He is the author of two books, Population Genetics and Mathematical Population Genetics. He is a senior editor of Annals of Human Genetics and has served on the editorial boards of Theoretical Population Biology, GENETICS, Proceedings of the Royal Society B and SIAM Journal in Mathematical Biology. He is a fellow of the Royal Society and the Australian Academy of Science. Gregory R. Grant is a senior bioinformatics researcher in the University of Pennsylvania Computational Biology and Informatics Laboratory. He obtained his Ph.D. in number theory from the University of Maryland in 1995 and his Masters in Computer Science from the University of Pennsylvania in 1999. Comments on the first edition: "This book would be an ideal text for a postgraduate course...[and] is equally well suited to individual study...I would recommend the book highly." (Biometrics) "Ewens and Grant have given us a very welcome introduction to what is behind those pretty [graphical user] interfaces." (Naturwissenschaften) "The authors do an excellent job of presenting the essence of the material without getting bogged down in mathematical details." (Journal American Statistical Association) "The authors have restructured classical material to a great extent and the new organization of the different topics is one of the outstanding services of the book." (Metrika)

深入探索生物信息学中的统计学方法:理论、应用与前沿 本书(暂定名) 旨在为生物学、计算科学以及统计学领域的学生、研究人员和从业者提供一个全面、深入且实用的指南,专注于生物信息学核心领域中统计学工具的构建、应用和解释。我们深知,在海量生物数据(如基因组学、转录组学、蛋白质组学等)的时代,数据驱动的决策和严谨的统计推断是发现生物学意义的关键。 本书的独特视角与结构: 本书摒弃了对基础统计学概念的冗长重复,而是将焦点直接锁定在生物信息学特有的挑战和数据结构上。我们将统计学理论作为解决生物学问题的工具箱,而非孤立的数学分支。全书结构精心设计,从基础的概率模型到复杂的高维数据分析,层层递进,确保读者不仅学会“如何做”分析,更能理解“为什么”选择某种方法。 第一部分:生物数据与概率基础的桥梁 (Foundations) 本部分建立起统计学与生物数据之间的基本联系。我们不会停留在传统的正态分布假设上,而是着重讨论生物数据固有的特性,如计数数据的泊松或负二项分布、高通量测序数据的离散性和过分散散现象。 章节一:生物学数据的内在噪声与模型选择: 探讨不同组学数据(如RNA-seq、ChIP-seq)的数据生成过程,重点分析技术误差、生物学变异和批次效应如何影响统计推断的有效性。我们将详细介绍如何根据数据的类型选择恰当的概率分布模型,并使用极大似然估计(MLE) 和贝叶斯方法进行参数估计。 章节二:假设检验的生物学语境: 超越简单的t检验或ANOVA。我们深入探讨多重检验校正的必要性(如Bonferroni、FDR控制),并针对基因集富集分析(GSEA)中常见的依赖性问题,介绍非参数检验和重采样方法(Permutation Testing)的精确应用。 第二部分:高维度的挑战:基因组学与转录组学的统计推断 (High-Dimensional Inference) 这是本书的核心部分,聚焦于现代基因组学研究中面临的“$p gg n$”(变量远多于样本量)困境。 章节三:特征选择与维度缩减的统计框架: 详细解析稀疏回归模型在生物学特征选择中的作用,特别是LASSO、Ridge和Elastic Net的机制及其在识别关键生物标志物时的优势和局限性。同时,我们将引入主成分分析(PCA)和t-SNE/UMAP等降维技术,并从统计推断的角度审视它们的适用性,包括如何评估降维结果的稳定性和可解释性。 章节四:差异表达分析的统计模型精细化: RNA-seq分析是本领域的基石。本章将深度剖析DESeq2和edgeR背后的负二项模型和分散度估计(Dispersion Estimation)的数学原理。重点将放在如何处理低计数数据、如何准确估计协变量效应以及如何构建稳健的混合效应模型来处理配对样本或时间序列数据。 章节五:生存分析与临床生物信息学: 讨论Cox比例风险模型的统计假设及其在识别预后基因签名中的应用。我们将对比参数模型(如Weibull分布)和半参数模型,并引入机器学习方法(如随机森林、梯度提升树) 在生存预测中的整合,重点在于如何从黑箱模型中提取可解释的统计特征。 第三部分:网络、结构与空间统计学 (Structure and Space) 生物学问题往往涉及相互作用的网络和空间分布。本部分将这些复杂结构纳入统计建模的范畴。 章节六:网络推断的统计稳健性: 探讨如何使用高斯图模型(Graphical Models) 和稀疏精度矩阵估计来推断基因调控网络或蛋白质相互作用网络。重点讨论网络拓扑的统计显著性检验,以及如何区分真阳性关联与随机共现。 章节七:空间转录组学与统计映射: 随着空间组学技术的发展,数据具有内在的空间自相关性。本章将介绍空间自相关性检验(如Moran's I) 和空间回归模型在识别组织微环境中关键细胞邻域和空间模式中的应用。 第四部分:前沿与整合:贝叶斯方法与因果推断 (Frontiers) 展望未来,本书将介绍更灵活和强大的统计工具。 章节八:贝叶斯统计在生物信息学中的复兴: 阐述贝叶斯框架如何优雅地处理先验知识的整合和不确定性的量化。我们将通过实例展示马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC) 方法在复杂层次模型构建中的实际操作,尤其是在群体遗传学和疾病风险评分模型中的应用。 章节九:从关联到机制:生物信息学中的因果推断基础: 这是一个新兴且关键的领域。我们将介绍潜在结果框架(Potential Outcomes Framework) 和工具变量(Instrumental Variables) 等概念,探讨如何利用遗传变异作为工具来更强有力地推断基因与表型之间的因果关系,超越简单的相关性分析。 面向的读者与预期收获: 本书假定读者具备基础的线性代数和微积分知识,并对R或Python编程环境有基本操作能力。完成本书的学习后,读者将能够: 1. 批判性评估现有的生物信息学统计软件和方法背后的假设。 2. 设计具备足够统计功效和鲁棒性的实验分析方案。 3. 独立构建针对特定生物学问题的定制化统计模型。 4. 准确解释复杂模型(如混合模型、贝叶斯模型)的输出,将其转化为可操作的生物学结论。 本书的最终目标是培养出能够将统计严谨性与生物学洞察力无缝结合的下一代数据科学家。

作者简介

目录信息

读后感

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Ewens是经典理论群体遗传学的大师,自1990s后,经典理论群体遗传学的发展于到了瓶颈,在加上测序技术如洪水猛兽般的发展,大量有作为的年轻科学家大都被吸引去做基因组数据的分析,而鲜有人来安下心来,默默、地作理论铺垫。这不能不说是是理论群体遗传学的一大损失。 这本书...

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用户评价

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topic很全面但是讲的不够详细。其实我也就只是翻翻而已,读了还算不上。书也是罗老板的。

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