ارائه الگوریتمی نوین برای حل مساله ساخت درخت فیلوژنتیک ریشه‌دار بر اساس سه‌تایی‌های ریشه‌دار ورودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه میبد، میبد، ایران

2 گروه مهندسی صنایع، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه میبد، میبد، ایران

چکیده

فیلوژنتیک شاخه‌ای از دانش بیوانفورماتیک است که تاریخچه روابط تکاملی بین گونه‌های موجودات زنده را بررسی می‌کند و مدل‌هایی را ارائه می‌دهد و گونه‌ها را دسته‌بندی نیز می‌کند. فیلوژنتیک از شبکه‌ها برای بیان روابط تکاملی در یک مدل جامع استفاده می‌کند. ساده‌ترین مدل شبکه ای، یک درخت است که درخت فیلوژنتیک نامیده می‌شود. درختهای فیلوژنتیک به دو زیرمجموعه ریشه‌دار و بدون ریشه تقسیم می‌شوند. در این پژوهش علاقه ما، درخت‌ها‌‌ی فیلوژنتیک ریشه‌دار است. ورودی‌های مختلفی برای ساخت درخت‌های فیلوژنتیک ریشه‌دار موجود است. سه‌تایی‌های ریشه‌دار یکی از انواع مهم ورودی‌ها در تحلیل روابط بین گونه‌ها و ساخت درخت فیلوژنتیک ریشه‌دارند که در این پژوهش از آن استفاده می‌کنیم. سه‌تایی ریشه‌دار یک درخت دودویی ریشه‌دار با سه برگ است. سه‌تایی ریشه‌دار ساده‌ترین مدل درختی ریشه‌دار است که حاوی اطلاعات است. مساله ساخت درخت فیلوژنتیک ریشه‌داری که دربرگیرنده بیش‌ترین سه‌تایی ورودی باشد، یک مساله بهینه سازی است و به مساله MRTC مشهور است. چالش مهم در فیلوژنتیک، -NP سخت بودن مساله MRTC است. از این‌رو در این مقاله، یک الگوریتم نوین برای مساله MRTC با هدف افزایش میزان سازگاری سه‌تایی‌های ریشه‌دار ورودی با درخت نهایی، معرفی می‌شود. با هدف بیان کارایی الگوریتم نوین، روش معرفی‌شده را با روش TRH و بر روی داده‌های واقعی مقایسه می‌کنیم. الگوریتم TRH یکی از بهترین روش‌ها برای حل مساله MRTC و بر روی سه‌تایی‌های ریشه‌داری است که از روی داده‌های واقعی به‌دست آمده‌اند. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که با در نظر گرفتن زمان اجرا و سازگاری سه‌تایی‌ها با درخت نهایی، الگوریتم ما نتایج TRH را بهبود می‌بخشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A novel Algorithm for constructing rooted phylogenetic trees based on rooted triplets

نویسندگان [English]

  • Hadi Poormohammadi 1
  • Mohsen Sardari Zarchi 1
  • Mohamad Ali Sehati 1
  • Mohamad Mirabi 2
  • Seyaed Hasan Mortazavi Zarch 1
1 Department of Computer Engineering, Meybod University, Meybod, Iran
2 Department of Industrial Engineering, Meybod University, Meybod, Iran
چکیده [English]

Phylogenetics is a field in bioinformatics that categorizes and structures the evolutionary hisotiry of currently living species. Phylogenetics uses network tools to represent evolutionary histories in a comprehensive model. The simpleset possible network model is a tree model that is called a phylogenetic tree. Phylogenetic trees are divided into two categories, which are rooted and un-rooted. In this research, rooted phylogenetic trees are of interest. There are different types of input for constructing rooted phylogenetic trees. Rooted triplets are one of the important inputs for constructing rooted phylogenetic trees, which are used in this study. A rooted triplet is a rooted binary tree with three leaves. The rooted triplet is the most simplest model, which contains valuable information. The problem of building a rooted phylogenetic tree that includes the maximum number of a set of rooted triplets is an optimizataion problem, known as MRTC problem. The important challenge in phylogenetics is that MRTC is NP-hard. Therefore, the focus of this research is to introduce a novel algorithm for MRTC problem. The aim of the new algorithm is to improve the consistency of input rooted triplets with the final rooted phylogenetic tree. In order to indicate the performance of the new algorithm, it is compared with on of the best methods on biological data which is called TRH. The Experimental results on triplets that are obtained from biological data show that our new algorithm outperforms TRH base on time complexity and consistency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioinformatics
  • Biological sequence
  • MRTC problem
  • Rooted phylogenetic tree
  • Rooted triplet

کتب

بابک بابادی : نویسنده سوم, ,فلسفه تعلیم و تربیت، ج ۱،‌ دفتر همکاری حوزه و دانشگاه ,انتشارات سمت ,۱۳۷۲ ,ایران - تهران - تهران ,
 

مقالات

Mixed Liu estimator in linear measurement error models , Fateme Ghapani : First author,babak babadi : second author, , COMMUNICATIONS IN STATISTICS-THEORY AND METHODS , ۲۰۱۸-۰۲-۰۹ , ۱۵۶۱-۱۵۷۰ , USA - PHILADELPHIA - PHILADELPHIA