Data Mining in Bioinformatics (Advanced Information and Knowledge Processing) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Wang, Jason T. L. (EDT)/ Zaki, Mohammed J. (EDT)/ Toivonen, Hannu T. T. (EDT)/ Shasha, Dennis (EDT)

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:2004-09-17

价格:USD 119.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781852336714

丛书系列:

图书标签:

• Data Mining
• Bioinformatics
• Knowledge Discovery
• Machine Learning
• Computational Biology
• Genomics
• Proteomics
• Algorithms
• Pattern Recognition
• Statistical Analysis

Data Mining in Bioinformatics (Advanced Information and Knowledge Processing) 聚焦于新兴交叉学科的深度剖析与前沿应用 本书旨在为信息科学、计算机科学、生物学以及生物信息学领域的学者、研究人员和高级学生提供一个关于数据挖掘在生物信息学中应用的全面、深入且高度实用的指南。在海量生物学数据（如基因组学、蛋白质组学、转录组学、代谢组学等）呈爆炸式增长的背景下，如何有效地从这些复杂、高维、异构的数据集中提取有意义的知识、发现潜在的生物学规律，已成为现代生命科学研究的核心挑战。本书正是为了应对这一挑战而精心编撰的。 本书并非对生物信息学所有领域的全面综述，而是将焦点精确地锁定在数据挖掘技术如何被创新性地应用于解决生物信息学中的关键问题上。我们摒弃了对基础生物学概念或标准数据处理流程的冗长介绍，转而深入探讨高级数据挖掘算法如何与生物学模型相结合，实现知识发现的飞跃。 第一部分：基础框架与数据特性（Foundational Frameworks and Data Specifics） 本部分为后续高级应用奠定坚实的理论基础，重点阐述了生物信息学数据的独有挑战及其对传统数据挖掘方法的特殊要求。 第一章：生物信息学数据的复杂性与数据准备 本章细致剖析了高通量测序（NGS）数据、蛋白质结构数据以及生物网络数据的内在复杂性，如稀疏性、高维性、噪声水平和内在的生物学偏差。我们探讨了针对这些数据特性的预处理技术，包括：多尺度特征提取、缺失值的高级插补方法（基于深度生成模型的插补）、数据降维在保持生物学信息完整性方面的策略（如非线性流形学习在基因表达谱分析中的应用）。重点对比了不同生物学数据类型（如序列数据与网络数据）在数据结构化方面所需采取的不同数据挖掘范式。 第二章：生物学知识表示与特征工程 成功的生物数据挖掘依赖于有效的特征表示。本章深入研究了如何将复杂的生物学概念（如通路、结构域、表观遗传标记）转化为可供算法处理的数值特征向量。内容涵盖：图论方法在生物网络特征化中的应用（如PageRank在蛋白质相互作用网络中的权重分配）、基于语义的特征选择技术，以及如何利用知识图谱（Knowledge Graphs, KGs）作为高级特征集，以提升模型的解释性和预测精度。我们特别关注了如何将时间序列数据（如单细胞轨迹分析）转化为有效的特征序列，以适应深度学习模型的需求。 第二部分：核心数据挖掘方法在生物学中的深度应用（Advanced Mining Techniques in Biological Contexts） 本部分是本书的核心，详细介绍了多种高级数据挖掘范式在特定生物学问题上的创新应用。 第三章：无监督与半监督学习在表型发现中的应用 本章探讨了如何利用聚类和密度估计技术揭示隐藏的生物学亚群。重点不在于标准的K-Means，而是基于密度的空间聚类（如DBSCAN的生物学变体）在识别罕见细胞类型或药物反应亚群中的优势。此外，我们深入研究了半监督学习（Semi-Supervised Learning, SSL）如何在标注数据稀缺的疾病分类（如罕见病或早期癌症）中，利用大量未标注的基因组数据来优化模型边界，特别是基于图的半监督方法在基因功能注释中的实践。 第四章：监督学习在疾病诊断与预后预测中的前沿建模 本章聚焦于利用监督学习构建高精度分类和回归模型。我们超越了传统的支持向量机（SVM）或随机森林，转而关注： 1. 集成学习的高级构造： 如何通过Stacking或Blending策略，融合来自不同组学层面的预测结果，构建更稳健的癌症预后模型。 2. 生存分析与时间依赖性预测： 应用Cox比例风险模型结合深度神经网络（DeepSurv模型）来处理高维协变量和非线性风险趋势。 3. 可解释性AI（XAI）在生物医学决策中的部署： 使用SHAP值和LIME等技术，解释复杂模型如何基于基因变异或表达水平做出诊断决策，从而建立临床可信度。 第五章：深度学习驱动的序列与结构预测 这是对当前生物信息学热点领域的深度挖掘。本章专门讨论深度学习，尤其是卷积神经网络（CNNs）、循环神经网络（RNNs）/长短期记忆网络（LSTMs）和Transformer架构在处理生物序列数据上的优势。内容包括： 基因组学中的上下文学习： 使用Transformer模型解析非编码区的调控元件识别，捕捉远距离的基因组相互作用。 蛋白质功能与相互作用的预测： 结合3D结构信息（如残基距离矩阵）与深度学习，预测蛋白质结构域的边界和潜在的结合位点。 从头设计（De Novo Design）： 利用生成对抗网络（GANs）和变分自编码器（VAEs）探索新的蛋白质序列空间，以实现特定功能的分子设计。 第三部分：网络分析、知识发现与系统生物学（Network Analysis, Knowledge Discovery, and Systems Biology） 本部分将数据挖掘的视角提升到系统层面，关注生物体内复杂的相互作用和动态过程。 第六章：生物网络挖掘与模块化识别 生物系统本质上是网络。本章深入探讨了用于发现网络核心组件和功能模块的高级算法。这包括： 动态网络分析： 如何利用时间序列数据来推断基因调控网络（GRNs）的因果关系，并使用动态贝叶斯网络进行建模。 多层异构网络集成： 针对蛋白质-蛋白质相互作用（PPIs）、代谢通路和转录因子调控网络相互交织的现实，提出整合不同网络信息的统一挖掘框架。 网络中心性指标的生物学意义： 不仅仅是计算度中心性，而是深入分析不同网络拓扑指标（如介数中心性、接近中心性）在识别关键“枢纽基因”和疾病靶点上的有效性。 第七章：关联规则与模式挖掘在药物重定位中的应用 本章关注如何利用数据挖掘技术从庞大的生物医学文献和电子健康记录（EHRs）中发现新的关联。我们重点讨论： 高阶关联规则挖掘： 寻找基因、药物、疾病和环境因素之间的复杂、多维关联。 知识图谱嵌入（KGE）： 利用TransE、RotatE等方法将生物知识图谱转化为低维向量空间，从而预测新的药物靶点或发现现有药物的潜在新用途（Drug Repurposing），这极大地依赖于对现有生物学知识的挖掘和推理。 第八章：高维数据可视化与交互式知识探索 即使是最先进的挖掘结果，如果不能被人类理解，其价值也会大打折扣。本章探讨了用于处理高维生物数据的先进可视化技术： 流形可视化技术： 如t-SNE、UMAP的改进版本，如何更清晰地揭示高维基因表达数据中的亚群结构。 交互式系统： 如何设计用户界面，允许生物学家在可视化环境中动态调整数据挖掘参数，并即时反馈挖掘结果的生物学意义，实现真正的人机协同知识发现。 本书的每一章都配有详实的案例分析和来自前沿研究的实例，确保读者不仅掌握理论，更能理解其在解决实际生物学难题时的操作流程和结果解读。本书期望成为推动下一代生物信息学研究人员掌握复杂数据挖掘工具，并将其应用于解决生命科学最迫切问题的必备参考资料。

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