複雑生体構造のデータ圧縮を通じた発生原理の解明

• Project/Area Number: 19650053
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Sensitivity informatics/Soft computing
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 阿久津 達也 Kyoto University, 化学研究所, 教授 (90261859)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2008: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2007: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
• Keywords: L-system / グラフ文法 / 文法圧縮 / 複雑系 / 代謝ネットワーク / 木構造 / 文脈自由文法 / 発生 / オイラー文字列 / 文字列圧縮 / 生体構造 / データ圧縮 / 編集距離 / 無順序木 / グラフ構造 / Eulerツアー / 画像圧縮 / タンパク質立体構造

Research Abstract

本年度はグラフ構造の圧縮を中心に研究を行い、以下の成果を得た。
(1) グラフ圧縮手法の開発とその代謝ネットワーク比較への応用
文字列の圧縮法として、与えられた文字列を生成する最小もしくはそれに近い文法を見つける文法圧縮という手法がある。特に複数回現れるパターンを繰り返し置換するSEQUITURという圧縮法がある。この方法をグラフの圧縮に拡張したGRAPHITOURという手法が提案されていた。しかしながら、GRAPHITOURでは同型なグラフを入力しても必ずしも同じように圧縮されないという問題点があった。そこで、同型なグラフは必ず同じように圧縮されるようにGRAPHITOURを拡張した手法を開発した。さらに、この手法を代謝ネットワークの比較に適用し有効性を確認した。
(2) 木の文法圧縮を行う分割型アルゴリズム
文法圧縮をグラフなどの構造データに拡張する試みは上記のように色々と行われてきたが、最小の文法と比べた時の圧縮率に理論的保証のあるアルゴリズムは知られていなかった。本研究では理論的保証のある木構造に対する文法圧縮アルゴリズムを開発するために、まず、枝の置き換えにより順序木を生成する文法を定義した。次に、文字列に対して知られていた分割型の文法圧縮アルゴリズムをもとに、この文法を用いて木構造の圧縮を行う分割型のアルゴリズムを開発した。そして、このアルゴリズムの近似率が0(n^{5/6})であることを示した。さらに、これらの結果を無順序木に拡張できることを示した。

Research Products

• [Journal Article] Approximating tree edit distance through string edit distance (2010)
  • Author(s): T.Akutsu, D.Fukagawa, A.Takasu
  • Journal Title: Algorithmica 57 Pages: 325-348
  • NAID: 120002141662
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tree edit distance problems : algorithms and applications to bioinformatics (2010)
  • Author(s): T.Akutsu
  • Journal Title: IEICE Transactions on Information and Systems E93-D Pages: 208-218
  • NAID: 10026813476
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constant factor approximation of edit distance of bounded height unordered trees (2009)
  • Author(s): D.Fukagawa, T.Akutsu, A.Takasu
  • Journal Title: Lecture Notes in Computer Science 5721 Pages: 7-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparing biological networks via graph compression (2009)
  • Author(s): M.Hayashida, T.Akutsu
  • Journal Title: Lecture Notes in Operations Research 11 Pages: 168-176
  • NAID: 120002561281
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved approximation of the largest common subtree of two unordered trees of bounded height (2008)
  • Author(s): T. Akutsu, D. Fukagawa, A. Takasu
  • Journal Title: Information Processing Letters 109 Pages: 165-170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Image compression-based approach to measuring the similarity of protein structures (2008)
  • Author(s): M. Hayashida and T. Akutsu
  • Journal Title: Proceedings of the 6th Asia-Pacific Bioinformatics Conference Pages: 221-230
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 木構造および化学構造に対する特徴ベクトル : 埋め込み、検索、構造推定 (2009)
  • Author(s): 阿久津達也
  • Organizer: 第12回情報論的学習理論ワークショップ
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2009-10-20
• [Presentation] 木の文法圧縮を行う分割型アルゴリズム (2009)
  • Author(s): 阿久津達也
  • Organizer: 人工知能学会 第77回人工知能基本問題研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学百年記念会館
  • Year and Date: 2009-03-18
• [Presentation] 無順序木の編集距離計算のための厳密アルゴリズム (2009)
  • Author(s): 阿久津達也, 深川大路, 高須淳宏, 田村武幸
  • Organizer: 情報処理学会 第129回アルゴリズム研究会
  • Place of Presentation: 東芝科学館
  • Year and Date: 2009-03-05
• [Presentation] 木の編集距離の近似アルゴリズム (2008)
  • Author(s): 阿久津達也
  • Organizer: 日本オペレーシヨンズ・リサーチ学会コンピュテーシヨン研究部会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] Improved approximation of the largest common subtree of two unordered trees of bounded height (2008)
  • Author(s): T. Akutsu, D. Fukagawa, A. Takasu
  • Organizer: 電子情報通信学会コンピューテーション研究会
  • Place of Presentation: 九州産業大学
  • Year and Date: 2008-05-13
• [Presentation] Image compression-based approach to measuring the similarity of protein structures (2007)
  • Author(s): M. Hayashida and T. Akutsu
  • Organizer: The Seventh Annual International Workshop on Bioinformatics and Systems Biology
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所
  • Year and Date: 2007-07-31