Bioinformatics Algorithms

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出版者:Active Learning Publishers
作者:Phillip Compeau
出品人:
页数:392
译者:
出版时间:2014
价格:0
装帧:Paperback
isbn号码:9780990374602
丛书系列:
图书标签:
  • Algorithm
  • 生物信息学
  • bioinfomatics
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  • 编程
  • 生物信息
  • 高通量测序
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具体描述

《计算生物学:揭示生命密码的算法之旅》 在这本引人入胜的书籍中,我们将一同踏上一段激动人心的计算生物学探索之旅,深入解析生命编码的奥秘。我们将从生物信息学的基础概念出发,循序渐进地构建对复杂生物数据的理解框架。本书并非枯燥的理论堆砌,而是将核心概念与实际应用巧妙结合,引领读者走进一个充满挑战与机遇的科学前沿。 第一部分:数据驱动的生命探索 我们从生物信息学的基石——数据——讲起。您将了解到各种生物数据的来源、性质及其在现代生物学研究中的关键作用,包括DNA测序数据、蛋白质序列、基因表达谱以及高通量筛选数据等。本书将详细阐述如何有效地采集、存储、管理和预处理这些海量且异质化的数据,为后续的分析奠定坚实基础。我们将重点介绍数据质量控制的重要性,以及处理缺失值、异常值和噪声的常用技术,确保分析结果的准确性和可靠性。 第二部分:序列分析的艺术 DNA和蛋白质序列是生命信息最直接的载体。本书将深入探讨序列比对的原理与算法,从简单的全局比对(如Needleman-Wunsch算法)到高效的局部比对(如Smith-Waterman算法),再到启发式算法(如BLAST和FASTA),您将理解它们如何在庞大的数据库中快速找到具有相似性的序列,从而推断基因功能、进化关系和疾病相关性。 我们还将聚焦于基因组学中最具挑战性的问题之一——序列组装。从短读长测序到长读长测序,本书将解析不同的组装策略,包括de Bruijn图方法和Overlap-Layout-Consensus方法,以及它们在构建完整基因组方面的优势与局限。同时,我们将探讨基因预测、转录本识别等关键的基因组注释任务,理解隐藏在DNA序列中的功能信息是如何被提取和解读的。 第三部分:结构与功能的协同 生命分子的三维结构决定了其功能。本书将引导您理解蛋白质结构预测的复杂性,从基于同源建模到从头预测,您将了解不同方法的原理、优缺点以及在实际应用中的效果。此外,我们还将探讨分子动力学模拟,它如何帮助我们理解蛋白质的动态行为、药物分子与靶点的相互作用,以及预测蛋白质复合物的形成。 您还将学习到如何利用生物信息学方法分析基因表达数据,例如差异表达分析、聚类分析和网络分析。通过这些方法,我们可以洞察细胞在不同状态下的分子变化,识别与特定生物过程或疾病相关的基因集,进而揭示潜在的生物通路和调控机制。 第四部分:进化与网络的智慧 理解生命的进化历程是生物学的重要目标。本书将教授您构建和分析系统发育树的方法,从构建多序列比对到使用不同的推断方法(如最大似然法、最大简约法),您将学会如何可视化和解释进化关系,追溯物种的起源和演化路径。 此外,我们还将深入探讨生物分子网络的分析。基因调控网络、蛋白质互作网络以及代谢网络是理解复杂生命系统的重要工具。本书将介绍网络构建的基本方法,以及各种网络分析技术,例如中心性分析、模块识别和通路富集分析,帮助您发现网络中的关键节点和功能模块,从而理解疾病的发生机制和潜在的治疗靶点。 第五部分:新兴领域与未来展望 随着技术的发展,计算生物学正以前所未有的速度拓展其边界。本书还将对一些新兴领域进行介绍,例如单细胞测序数据分析、宏基因组学以及人工智能在生物信息学中的应用。您将了解到如何利用机器学习和深度学习技术解决更复杂的生物学问题,例如疾病诊断、药物研发和个性化医疗。 《计算生物学:揭示生命密码的算法之旅》旨在为读者提供一套扎实的理论基础和实践技能,使其能够独立运用计算工具解决实际的生物学问题。无论您是生物学、计算机科学还是医学领域的学生、研究人员,亦或是对生命科学充满好奇的探索者,本书都将为您打开一扇通往计算生物学精彩世界的大门,让您掌握解读生命密码的强大力量。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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关于书中可能涉及的进化计算和算法优化部分,也让我感到非常兴奋。生物信息学的一个重要领域就是理解生命进化的过程,而进化算法,如遗传算法(GA)和粒子群优化(PSO),正是模拟和解决进化问题的强大工具。我非常期待书中能够深入讲解这些算法在生物信息学中的具体应用,例如在基因组比对、系统发育树构建、蛋白质结构预测等方面的应用。我希望它能详细解释这些算法的原理,包括选择、交叉、变异等操作,以及它们如何被应用于解决复杂的生物信息学问题。更重要的是,我希望书中能够探讨这些算法的收敛性、鲁棒性以及在处理生物数据时可能遇到的挑战,例如如何设计合适的适应度函数,如何调整算法参数以获得最优结果。此外,我还对书中可能介绍的元启发式算法(metaheuristics)在优化生物信息学问题中的应用感兴趣。例如,模拟退火算法(Simulated Annealing)和蚁群优化算法(Ant Colony Optimization)等,它们在解决NP-hard问题时往往能取得很好的效果。我希望书中能够提供一些具体的案例,展示这些算法如何被用来解决生物信息学中的计算难题,并对比不同算法的优劣。

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这本书的另一部分内容,即关于机器学习在生物信息学中的应用,更是让我感到眼前一亮。我一直认为,人工智能和生物学是未来科技发展的两大驱动力,而将它们结合起来,无疑会产生巨大的影响力。特别是关于序列分析的机器学习方法,比如支持向量机(SVM)和隐马尔可夫模型(HMM),它们在蛋白质功能预测、基因识别等方面的应用,让我觉得这本书的内容非常具有前瞻性。我尤其想了解的是,这本书会如何解释这些机器学习模型在生物序列数据上的训练过程,以及如何评估它们的性能。例如,对于蛋白质序列,如何将其转化为机器学习模型能够理解的特征表示?对于基因组数据,如何处理高维性和稀疏性问题?这些都是我在之前的学习中感到困惑的地方,希望这本书能够提供清晰的解答。此外,关于聚类分析和降维技术,例如主成分分析(PCA)和t-SNE,在分析大规模生物数据(如基因表达数据)时的应用,也引起了我的极大兴趣。能够从海量数据中发现潜在的生物学模式,这本身就是一件非常令人着迷的事情。我希望这本书能提供一些具体的案例研究,展示这些技术是如何帮助科学家们揭示新的生物学见解的。同时,我对书中可能涉及的深度学习在生物信息学领域的应用也抱有很高的期望。随着深度学习技术的飞速发展,它在处理图像(如显微镜图像)和序列数据方面都展现出了强大的潜力。如果这本书能够涵盖一些卷积神经网络(CNN)或循环神经网络(RNN)在生物信息学中的应用,那将是对我来说非常有价值的学习内容。

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这本书中关于蛋白质组学和代谢组学的算法内容,也是我非常关注的一部分。蛋白质的结构、功能和相互作用是理解生命活动的关键。我期待书中能够深入讲解蛋白质序列分析和结构预测的算法,例如同源建模、从头预测以及机器学习在蛋白质结构预测中的应用。我希望了解书中如何解释二级结构预测、三级结构预测以及四级结构预测的算法原理和挑战。此外,蛋白质相互作用网络的构建和分析也是一个重要的领域。我希望书中能够介绍如何从实验数据(如酵母双杂交、质谱数据)中提取相互作用信息,并运用图算法来分析这些网络。对于代谢组学,我期待书中能够讲解如何从质谱数据中识别和量分代谢产物,以及如何构建和分析代谢通路网络,以理解细胞的代谢调控和疾病机制。这些领域都涉及大量的生物数据和复杂的计算问题,我希望这本书能够提供一套系统性的算法和方法论。

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我对这本书的另一个期待是,它能在统计学和概率模型在生物信息学中的应用方面提供深入的讲解。生物信息学研究的核心往往离不开对数据的统计分析和概率建模。我希望书中能够详细阐述如何运用概率论来理解生物序列的随机性,以及如何构建概率模型来描述和预测生物现象。例如,在隐马尔可夫模型(HMM)的应用中,如何理解其状态空间、转移概率和发射概率,以及它们如何被用来识别基因、预测蛋白质结构等。我对书中如何解释贝叶斯统计方法在生物信息学中的应用也充满期待,特别是其在序列比对、系统发育分析以及基因表达数据分析中的作用。贝叶斯方法能够有效地整合先验知识,并提供参数的不确定性度量,这在生物学研究中尤为重要。我希望书中能够提供一些具体的例子,展示如何构建贝叶斯模型,如何进行模型推断,以及如何解释推断结果。此外,书中对统计检验在生物信息学中的应用,例如卡方检验、t检验、ANOVA等,也应有所覆盖,以帮助读者理解如何评估实验结果的显著性,以及如何从数据中提取有意义的生物学信息。

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对于这本书所包含的算法,我对其在生物信息学研究中的应用场景和实践经验也充满期待。理论知识的掌握固然重要,但我更希望能够了解这些算法是如何在实际的生物信息学项目中应用的。我期待书中能够提供一些经典的案例研究,例如如何利用序列比对算法来鉴定新的基因,如何运用聚类算法来发现基因表达模式,或者如何使用进化算法来优化系统发育树的构建。我希望书中能够详细阐述这些案例的具体步骤,包括数据准备、算法选择、参数设置以及结果解读。我更希望了解在实际应用中可能会遇到的挑战,例如数据噪声、算法效率问题、以及如何处理生物学上的不确定性。这本书如果能提供一些关于常用生物信息学软件工具的介绍,并说明它们如何实现书中介绍的算法,那将是极具实践价值的。例如,介绍BLAST、Clustal Omega、ClueGo等工具的使用方法,并解释其背后的算法原理,将极大地帮助我更好地掌握和应用这些知识。

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我对这本书的另一个重要关注点在于它可能涵盖的关于系统生物学和网络分析的内容。生物系统往往是极其复杂的,由大量的分子相互作用构成一个庞大的网络。理解这些网络的结构和动态,对于揭示生命活动的规律至关重要。我非常期待书中能详细介绍如何利用图论和算法来构建和分析生物分子网络,比如蛋白质-蛋白质相互作用网络、基因调控网络等。这不仅包括了如何从实验数据中提取网络信息,更重要的是,如何运用算法来分析这些网络的特性,比如识别关键节点、发现模块化结构、预测网络动态行为等等。我希望书中能够深入讲解一些经典的图算法,比如PageRank算法在识别重要蛋白中的应用,或者如何在网络中寻找通路,以及如何利用这些分析结果来理解疾病的发生机制。此外,我对模拟生物系统动力学的相关内容也抱有很高的期望。理解基因表达的调控、信号转导通路的激活等过程,往往需要借助数学模型和计算方法。如果这本书能够介绍一些动力学建模和仿真技术,比如常微分方程(ODE)或布尔网络模型,并在生物学背景下进行解释,那将是极具启发性的。我希望它能不仅仅停留在理论层面,而是能够提供一些实际的工具或软件库的介绍,让我能够动手尝试构建和分析自己的生物网络模型。

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我对这本书关于药物发现和个性化医疗中算法的应用内容非常期待。这两者都是当前生物医学研究的热点,并且都依赖于大量的计算和数据分析。我希望书中能够深入讲解如何运用计算方法来进行药物靶点识别,例如基于蛋白质结构预测和分子动力学模拟。我期待书中能介绍如何使用机器学习算法来筛选潜在的药物分子,以及如何评估药物的有效性和毒性。此外,在个性化医疗方面,如何利用患者的基因组学、转录组学等数据来指导治疗方案的选择,是一个极具挑战但又至关重要的课题。我希望书中能够介绍相关的算法,例如基因分型算法、关联分析算法,以及如何利用这些信息来预测疾病风险或药物反应。我特别感兴趣的是,书中是否会涉及如何构建预测模型,以实现对患者疾病进展的预测,或者对治疗效果的个性化评估。这些应用不仅具有重要的科学意义,也具有巨大的临床价值。

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我对这本书可能涵盖的生物统计学和数据可视化相关的算法也抱有浓厚的兴趣。在生物信息学研究中,从海量数据中提取有意义的信息,离不开严谨的统计学分析和直观的可视化展示。我希望书中能够详细阐述各种统计检验方法在生物学数据分析中的应用,例如如何进行假设检验、如何评估p值,以及如何理解置信区间。我期待书中能介绍回归分析、方差分析(ANOVA)等经典统计方法,以及它们在生物信息学研究中的具体应用场景。此外,我更看重的是书中关于数据可视化算法的介绍。能够将复杂的生物数据,如基因表达矩阵、蛋白质相互作用网络、系统发育树等,通过图表的形式直观地呈现出来,对于理解数据和交流结果至关重要。我希望书中能够介绍一些常用的可视化技术,例如热图(heatmap)、散点图、网络图、箱线图等,以及用于生成这些图表的算法和工具。能够熟练运用这些技术,将极大地提升我的数据分析能力和研究成果的表达能力。

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这本书的内容,从目录上看,就已经让我对接下来的学习充满了期待。那些关于字符串匹配的章节,比如Boyer-Moore算法和Knuth-Morris-Pratt算法,光是名字就带着一种严谨和高效的气息。我一直对如何快速有效地在海量DNA序列中找到特定的模式很感兴趣,而这些算法似乎就是解决这些问题的关键。再加上动态规划在生物信息学中的应用,比如Needleman-Wunsch和Smith-Waterman算法,更是让我觉得这本书简直是为我量身打造的。我之前接触过一些生物信息学的基础知识,但总觉得在算法层面不够深入,这本书正好填补了这个空白。我特别期待的是,它是否会深入讲解这些算法的时间和空间复杂度,以及在实际应用中可能遇到的性能瓶颈和优化方法。毕竟,在处理TB级别的数据时,算法的效率是至关重要的。另外,对于图论在生物信息学中的应用,比如基因组组装中的De Bruijn图,我也充满了好奇。我一直觉得图是一种非常强大的工具,能够直观地表示复杂的生物关系,而将其与算法相结合,解决生物信息学中的难题,想想就令人兴奋。这本书的结构似乎也非常合理,从基础的字符串处理到更复杂的基因组学问题,层层递进,让读者能够循序渐进地掌握生物信息学算法的核心。我甚至已经在构思,读完这本书后,我是否能够尝试自己实现一些算法,或者在某个生物信息学项目中使用它们来解决实际问题。这种理论与实践相结合的学习路径,正是我所追求的。

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我对这本书关于计算基因组学以及其背后算法的详细介绍抱有很高的期望。基因组测序技术的飞速发展产生了海量的基因组数据,如何有效地处理和分析这些数据是当前生物信息学研究中的一个重要课题。我希望书中能够深入探讨基因组比对算法,例如BLAST系列算法,以及它们在序列比对中的原理和应用。此外,对于基因组组装,从短读长或长读长数据中重构完整的基因组序列,这本身就是一个极具挑战性的计算问题。我非常期待书中能详细介绍De Bruijn图和Overlap-Layout-Consensus(OLC)等组装策略,以及相关的图算法和数据结构。我也希望了解书中如何解释基因组变异检测算法,例如SNPs和Indels的识别,以及在处理高通量测序数据时可能遇到的挑战和解决方案。此外,对于基因组注释,包括基因识别、功能预测以及非编码RNA的鉴定,我也希望书中能够提供相关的算法和方法。理解基因组的结构和功能,需要依赖于高效的计算工具和算法,我希望这本书能够为我提供坚实的理论基础和实践指导。

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San Diego大学编的教材,Coursera上有相关课程Bioinformatics Algorithms I(相当艰苦的一门课,一周至少要花数小时。提交作业有时间限制,所以如果你的算法太慢的话是过不了关的)。生物信息学绝对是练习Algorithms的最佳途径,就是累死人。

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San Diego大学编的教材,Coursera上有相关课程Bioinformatics Algorithms I(相当艰苦的一门课,一周至少要花数小时。提交作业有时间限制,所以如果你的算法太慢的话是过不了关的)。生物信息学绝对是练习Algorithms的最佳途径,就是累死人。

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作为本科生教材很好了,不过太偏重DNA序列问题了,而实际上还有很多别的激动人心的问题。

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San Diego大学编的教材,Coursera上有相关课程Bioinformatics Algorithms I(相当艰苦的一门课,一周至少要花数小时。提交作业有时间限制,所以如果你的算法太慢的话是过不了关的)。生物信息学绝对是练习Algorithms的最佳途径,就是累死人。

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作为本科生教材很好了,不过太偏重DNA序列问题了,而实际上还有很多别的激动人心的问题。

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