Essential Bioinformatics

Essential Bioinformatics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Cambridge Univ Pr
作者:Xiong, Jin
出品人:
页数:338
译者:
出版时间:2006-3
价格:$ 87.01
装帧:Pap
isbn号码:9780521600828
丛书系列:
图书标签:
  • 生物信息学
  • 生物信息
  • 专业书籍(英文)
  • 生物信息学
  • 计算生物学
  • 基因组学
  • 蛋白质组学
  • 序列分析
  • 算法
  • 数据挖掘
  • 生物统计学
  • 系统生物学
  • 进化生物学
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具体描述

Essential Bioinformatics is a concise yet comprehensive textbook of bioinformatics, which provides a broad introduction to the entire field. Written specifically for a life science audience, the basics of bioinformatics are explained, followed by discussions of the state-of-the-art computational tools available to solve biological research problems. All key areas of bioinformatics are covered including biological databases, sequence alignment, genes and promoter prediction, molecular phylogenetics, structural bioinformatics, genomics and proteomics. The book emphasizes how computational methods work and compares the strengths and weaknesses of different methods. This balanced yet easily accessible text will be invaluable to students who do not have sophisticated computational backgrounds. Technical details of computational algorithms are explained with a minimum use of mathematical formulae; graphical illustrations are used in their place to aid understanding. The effective synthesis of existing literature as well as in-depth and up-to-date coverage of all key topics in bioinformatics make this an ideal textbook for all bioinformatics courses taken by life science students and for researchers wishing to develop their knowledge of bioinformatics to facilitate their own research.

探索生命的奥秘:现代生物信息学导论 (A Modern Introduction to Bioinformatics) 简介 本书旨在为生物学、计算机科学以及相关领域的研究人员、学生和专业人士提供一个全面、深入且极具实践性的现代生物信息学导论。我们生活在一个数据爆炸的时代,基因组学、蛋白质组学和系统生物学以前所未有的速度产生着海量复杂数据。理解和解析这些数据,已成为推动生命科学前沿研究的核心能力。《现代生物信息学导论》正是为此而设计,它不仅仅是工具和算法的罗列,更是一部关于如何将计算思维应用于生物学问题的思维指南。 本书的独特之处在于,它建立了一个坚实的理论基础,同时紧密结合当前的生物技术前沿,特别是高通量测序(Next-Generation Sequencing, NGS)技术所带来的挑战与机遇。我们将系统地引导读者从基础的数据结构、统计学原理,逐步深入到复杂的生物序列比对、基因组组装、功能注释以及系统生物学建模。 我们深信,一个优秀的生物信息学家不仅需要掌握编程技巧,更需要理解背后的生物学意义。因此,本书在介绍每一个计算方法时,都会附带详细的生物学背景解释,确保读者能够准确地判断何时使用何种工具,以及如何批判性地解读结果。 目标读者群: 生命科学(分子生物学、遗传学、生物化学、生态学)的研究生和博士后研究人员。 希望掌握生物数据分析技能的临床医学和药物研发专业人员。 计算机科学专业学生或工程师,希望将技能应用于生物计算领域。 对人类健康、疾病机制和进化生物学感兴趣的任何专业人士。 --- 第一部分:计算生物学基础与数据基础 (Foundations and Data Infrastructure) 本部分为后续高级主题奠定必要的理论基石,强调数据管理和基础统计学的核心地位。 第一章:生物信息学的范式转换与数据源 生命科学中的“大数据”概念:从Sanger测序到高通量测序的飞跃。 核心数据资源概览:NCBI(GenBank, RefSeq, GEO)、EMBL-EBI、PDB、UniProt等主要数据库的结构与检索策略。 数据格式标准化:FASTA、FASTQ、SAM/BAM、VCF等格式的内在逻辑与解析要点。 计算环境设置:Linux/Unix基础操作、Shell脚本编写入门,以及高性能计算(HPC)集群的基本概念。 第二章:序列的数学描述与相似性度量 DNA、RNA和蛋白质序列的编码与表示。 字符串匹配基础:朴素算法回顾。 得分矩阵的建立:核酸比对(Match/Mismatch)与氨基酸比对(BLOSUM, PAM系列矩阵)的生物学意义。 基础比对算法:Needleman-Wunsch(全局比对)与Smith-Waterman(局部比对)算法的动态规划实现细节与复杂性分析。 统计显著性评估:期望分数与P值在比对结果解读中的作用。 第三章:序列比对的实用化:BLAST家族及其变体 BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)的工作原理:启发式搜索与Heuristic的效率优势。 BLAST的不同模式:blastn, blastp, blastx, tblastn的适用场景。 结果解读的陷阱:如何区分同源性与假阳性。 PSI-BLAST与迭代搜索:构建Profile Hidden Markov Model(HMM)的基础。 --- 第二部分:基因组学核心分析 (Core Genomics Analysis) 本部分聚焦于从原始测序数据中提取结构和功能信息,是现代生物信息学分析的重中之重。 第四章:高通量测序数据质量控制与预处理 测序平台的特性比较(Illumina, PacBio, Oxford Nanopore)。 原始FASTQ文件的质量评估:Per-base quality scores、GC含量分布与接头序列(Adapter)污染检测。 质量过滤与修剪:使用Trimmomatic或Fastp进行高效数据清洗。 数据偏差(Bias)的识别与处理:PCR重复、起始偏好性等对下游分析的影响。 第五章:从头组装与从头映射 (De Novo Assembly and Mapping) 从头组装(De Novo Assembly): 重叠群(Overlap-Layout-Consensus, OLC)与从头组装(De Bruijn Graph)方法的比较。 k-mer 统计分析与组装策略的选择。 组装质量评估:Contig/Scaffold长度、N50值、BUSCO评估。 参考序列比对(Mapping): BWA(Burrows-Wheeler Aligner)的算法原理:BWT索引结构及其在快速比对中的优势。 比对后的数据处理:重复序列的标记(Mark Duplicates)与碱基质量重校正(BQSR)。 第六章:变异检测与注释 (Variant Calling and Annotation) 体细胞与生殖系变异的区分。 SNP和Indel的发现:GATK(Genome Analysis Toolkit)工作流程详解。 HaplotypeCaller与贝叶斯推断。 变异的过滤与质量评估:Hard Filtering与VQSR(Variant Quality Score Recalibration)。 VCF格式深入解析与变异注释:SnpEff、ANNOVAR在预测变异功能(如SIFT, PolyPhen-2)中的应用。 第七章:结构变异(SV)的识别 结构变异的类型:缺失、重复、倒位、易位。 基于Paired-end信息和Read Depth(RD)的SV检测策略。 长读长测序(Nanopore/PacBio)在解析复杂结构变异中的优势。 --- 第三部分:功能基因组学与系统生物学 (Functional Genomics and Systems Biology) 本部分着眼于将基因组学数据转化为生物学洞察,关注基因表达和系统网络的构建。 第八章:转录组学分析:RNA-Seq数据解析 RNA-Seq数据处理流程:质量控制、比对(STAR/HISAT2)与定量。 基因表达定量:FPKM/TPM的局限性与Counts的统计学基础。 差异表达分析(DEA): 基于负二项分布的统计模型(DESeq2, edgeR)。 多重检验校正(FDR)的重要性。 可变剪接(Alternative Splicing)的检测与分析。 第九章:基因组注释与功能预测 基因结构预测:从ESTs到Ab initio预测方法的演进。 功能富集分析(Gene Ontology, GO):Hypergeometric Test与富集P值矫正。 通路分析(KEGG, Reactome):网络连接性在功能理解中的地位。 蛋白质结构预测基础:AlphaFold2对传统方法的冲击与展望。 第十章:进化与比较基因组学 系统发育树的构建:距离法(Neighbor-Joining)与字符法(Maximum Parsimony, Maximum Likelihood)。 序列的同源性分析:Ortholog(直系同源)与Paralog(旁系同源)的界定。 基因组的共线性(Synteny)分析:物种间基因组重排的可视化。 第十一章:表观遗传学与单细胞分析导论 表观遗传学数据分析(ChIP-Seq/ATAC-Seq): 峰值识别(Peak Calling)与染色质状态的关联。 单细胞测序(scRNA-seq)基础: 数据稀疏性(Dropout)的挑战。 细胞聚类(Clustering)方法:Seurat与Scanpy工作流程。 降维可视化:t-SNE与UMAP的原理与应用。 --- 第四部分:计算工具与项目实战 (Practical Implementation and Future Directions) 本部分强调动手能力,将理论知识转化为实际可操作的生物信息学项目。 第十二章:生物信息学脚本与管道构建 Python与R在生物信息学中的核心地位。 Python中的Biopython库:序列处理与数据库交互。 R中的Bioconductor生态系统:数据处理、统计建模与高质量图表生成。 工作流管理系统(Workflow Management Systems):Snakemake或Nextflow在构建可重复分析管道中的优势。 第十三章:数据可视化与报告 基因组浏览器(UCSC Genome Browser, IGV)的使用与定制。 火山图、热图、轨道图的有效绘制技巧。 规范化报告:代码、数据和结果的可追溯性。 结语:生物信息学的未来挑战 AI/机器学习在生物学发现中的深度整合。 因果推断与整合多组学数据的复杂性。 数据隐私与生物信息学伦理。 --- 本书内容结构严谨,逻辑清晰,通过大量的案例研究和代码片段,确保读者不仅“知道”生物信息学是什么,更能“做到”生物信息学分析。它是一座连接生物学实验室与高性能计算集群的坚实桥梁。

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读后感

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用户评价

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书中对数据库的讲解非常全面和实用。生物信息学研究离不开对海量生物数据的访问和利用,而各种生物数据库就是这些数据的宝库。作者在这方面的内容非常详尽,从最基础的核酸序列数据库(如GenBank)和蛋白质序列数据库(如UniProt),到更专业的基因组数据库、蛋白质结构数据库,以及各种功能注释数据库,都进行了详细的介绍。我特别欣赏书中对数据库使用技巧的讲解,例如如何有效地进行关键词搜索、如何利用BLAST等工具进行序列相似性搜索,以及如何理解数据库的格式和注释信息。书中还提供了一些案例,展示了如何利用这些数据库来解决具体的生物学问题,这对于我这样希望能够独立开展生物信息学研究的读者来说,是极具指导意义的。

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这本书在讲解算法时,采用了非常人性化的方式,非常容易理解。作者没有一开始就抛出晦涩难懂的数学公式,而是先用生动的比喻和直观的图示来解释算法的核心思想,然后再逐步引入数学原理。我记得在讲解动态规划算法时,作者用了一个非常巧妙的比喻,将复杂的递归关系转化为一个更容易理解的表格填充过程,让我瞬间豁然开朗。而且,书中对每种算法的推导过程都讲解得非常清晰,每一步都有详细的解释,使得读者能够跟随作者的思路,一步步地理解算法是如何构建出来的。这种由易到难,循序渐进的讲解方式,对于我这样的初学者来说,无疑是雪中送炭。我甚至觉得,这本书的讲解方式,完全可以作为学习其他算法类书籍的范本。

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书中对实践操作的指导令人印象深刻。作者深知生物信息学不仅仅是理论知识的堆砌,更需要动手实践来巩固和深化理解。因此,书中穿插了大量的算法示例和代码片段,以及对常用生物信息学工具和数据库的介绍。这些内容并非简单罗列,而是经过精心设计,能够引导读者一步步地完成实际操作。我特别喜欢书中提供的“动手实践”环节,它鼓励读者运用所学知识,去分析真实世界的生物数据。例如,书中有一个章节专门讲解如何使用某个开源软件包来处理基因表达数据,从数据预处理、差异表达分析到可视化展示,每一个步骤都讲解得非常细致,并附有可以直接运行的代码示例。这对我这个希望将理论知识转化为实际技能的读者来说,是极其宝贵的。我甚至可以按照书中的指导,在自己的计算机上复现实验,通过亲身操作来加深对算法原理和数据处理流程的理解,这比单纯阅读文字描述要有效得多。

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我非常欣赏这本书对研究伦理和数据安全问题的关注。在生物信息学领域,随着数据的爆炸式增长,如何保护个人隐私、如何合规地使用和共享数据,已经成为越来越重要的问题。作者在这方面的内容虽然篇幅不多,但却非常精炼和深刻。书中不仅指出了数据隐私泄露的潜在风险,还介绍了相关的法律法规和行业标准,并提供了一些实用的建议,指导读者如何在使用生物信息学工具和处理敏感数据时,遵守伦理规范,保障数据安全。例如,在讲解基因组数据共享时,书中强调了匿名化处理的重要性,并介绍了如何利用加密技术来保护数据的完整性。这种对研究伦理的重视,让我觉得这本书不仅仅是一本技术手册,更是一本引导读者成为负责任的生物信息学研究者的指南。

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我特别赞赏这本书在概念讲解上的深度和广度。作者在处理每一个主题时,都力求做到由浅入深,循序渐进。对于初学者来说,书中清晰的定义和详尽的解释,能够帮助他们快速建立起扎实的理论基础。而对于有一定基础的读者,书中对复杂概念的深入剖析和对不同方法的比较权衡,则提供了宝贵的见解。我注意到,作者在讲解算法时,不仅会介绍算法的原理,还会讨论其计算复杂性、优缺点以及适用场景,这使得读者能够更全面地理解每一种方法的价值。例如,在介绍聚类算法时,书中不仅列举了K-means、层次聚类等常见算法,还详细分析了它们在生物数据分析中的应用,并对不同算法在处理大规模、高维度数据时的表现进行了比较,给出了实用的选择建议。这种详尽的分析,让我不仅知其然,更知其所以然,能够真正地将所学知识应用于实际问题中。而且,作者在讲解过程中,始终保持着清晰的逻辑线索,使得整个阅读过程顺畅且富有启发性。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的第一印象,厚实而富有质感的封面,哑光处理的纸张,以及清晰、优雅的字体排印,都散发着一种严谨而专业的学术气息。我拿到这本书的时候,就能感受到它沉甸甸的分量,这不仅仅是物理上的重量,更是一种知识的厚重感,让人心生期待。打开书页,首先映入眼帘的是目录,清晰的章节划分和主题概括,让我对全书的知识体系有了初步的了解。每一章的标题都简洁明了,但又蕴含着丰富的学术内涵。我特别关注了那些用粗体或斜体强调的关键术语,它们就像是知识宝藏的地图,指引着我深入探索的路径。书中穿插的插图和图表,设计得非常精美,色彩搭配和谐,线条流畅,能够直观地展现复杂的生物信息学概念,极大地降低了理解的门槛。例如,某个关于基因组比对的示意图,通过巧妙的颜色区分和箭头指示,将原本晦涩难懂的算法流程变得一目了然。我还注意到,书中对参考文献的引用非常规范,详尽的文献列表不仅为深入研究提供了丰富的资源,也体现了作者严谨的学术态度。总的来说,从物理形态到视觉呈现,这本书都给我一种物超所值的体验,让人迫不及待地想要翻开第一页,沉浸在知识的海洋中。

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翻开这本书,最先吸引我的是它引人入胜的开篇。作者并没有一开始就抛出枯燥的定义和公式,而是以一个引人深思的生物学问题为切入点,将读者自然而然地引入生物信息学的世界。我记得第一章详细阐述了生物信息学在现代生命科学研究中的核心地位,以及它如何以前所未有的方式推动着我们对生命过程的理解。作者用生动的语言,结合大量的案例研究,展示了生物信息学如何解决从基因组学、蛋白质组学到系统生物学等各个领域的关键挑战。我尤其欣赏作者在讲解一些基础概念时,并没有止步于理论的陈述,而是深入到实际应用层面,让读者明白这些知识为何重要,以及它们如何被应用于解决真实的科学难题。例如,在解释序列比对算法时,作者并没有简单地给出公式,而是从一个实际的生物学问题出发,说明为什么我们需要序列比对,以及不同的算法在不同场景下的优势和劣势,并且用图示来辅助说明,使得理解更加深刻。他对研究前沿的洞察力也令人印象深刻,书中不时提及一些最新的技术和发现,让读者感受到生物信息学领域的蓬勃发展和无限可能。

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这本书的语言风格非常独特,既有严谨的学术性,又不失生动的可读性。作者在讲解复杂的概念时,善于运用类比和故事,将枯燥的知识变得鲜活有趣。我记得在讲解某个复杂的生物信息学模型时,作者用了一个关于“解密古代信件”的比喻,将抽象的概率模型转化为一个具体的、易于理解的场景,让我瞬间茅塞顿开。而且,作者在行文中,并没有使用过多的专业术语堆砌,而是尽量用清晰、简洁的语言来表达。即使是涉及到一些晦涩的概念,作者也会通过多角度的解释和例证,来帮助读者理解。这种恰到好处的语言风格,使得本书无论是对于初学者还是有一定基础的读者,都能够轻松阅读,并从中获得乐趣。我甚至觉得,这本书的阅读体验,已经超越了许多学术著作,更像是读一本引人入胜的科学普及读物。

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这本书的另一个亮点在于其对数据可视化的高度重视。在生物信息学研究中,有效的可视化能够帮助我们从海量数据中提取有价值的信息,并清晰地向他人展示研究结果。作者在这方面投入了大量的篇幅,详细介绍了各种常用的可视化技术及其应用。我惊喜地发现,书中不仅仅是介绍了几种图表类型,而是深入探讨了如何根据不同的数据类型和研究目的,选择最合适的可视化方法,并提供了具体的实现技巧。例如,在讲解基因组浏览器时,书中详细介绍了如何通过自定义track来展示不同的注释信息,并提供了如何利用颜色、形状和大小来编码多维度的信息,使复杂的基因组数据一目了然。此外,书中还介绍了如何利用交互式可视化工具来探索数据,这对于发现隐藏的模式和异常值非常有帮助。这本书让我深刻体会到,好的可视化不仅仅是美观,更是洞察力的延伸。

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我对书中对统计学在生物信息学中的应用的阐述印象尤为深刻。生命科学研究本质上是一个充满不确定性的领域,而统计学正是应对这种不确定性的有力武器。作者并没有将统计学知识孤立出来讲解,而是巧妙地将其融入到生物信息学问题的讨论中,让读者理解统计学概念如何指导数据分析和模型构建。我特别喜欢书中对假设检验、P值、多重检验校正等概念的详细解释,并结合具体的生物信息学案例,说明它们在解读实验结果时的重要性。例如,在讲解基因组关联研究(GWAS)时,书中详细阐述了如何通过统计学方法来检测基因与疾病之间的关联,并重点强调了多重检验校正的重要性,以避免假阳性结果。这种将统计学理论与生物信息学实践紧密结合的方式,极大地提升了读者对统计学在生命科学研究中价值的认识。

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