連続モデルを用いた遺伝子間相互作用ネットワーク同定システムの構築

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12024219
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: 岡本 正宏 九州工業大学, 情報工学部, 助教授 (40211122)
• Keywords: 逆問題 / 遺伝的アルゴリズム / 数値最適化 / S-システム / ゲノム情報科学 / クラスタリング / 人工知能 / バイオインフォマティクス

Research Abstract

遺伝的アルゴリズムを基本とする従来の最適化手法では、各世代の個体を1つの集団と捉えていたが、この方法では世代を重ねるごとに局所解に陥ってしまい評価値の上昇が抑えられる傾向にあった。そこで本研究では、1)島モデル遺伝的アルゴリズムを導入する、2)各サンプリングポイントの実験データの値にあわせようとする値評価に、タイムコースの形をあわせようとする形評価を加えた評価関数を導入する、の2点を検討した。その結果、島モデルGAを導入することで、目標精度の個体を得る確率(ヒット率)を上昇させることができた。島数が多い場合は、個体の多様性が保たれていて、最適化の大域探索が行われ、島数が少ない場合は、収束が速いが局所探索になるため、局所解に陥りやすいことが明らかになった。適切な島数を設定することで、単一集団よりも確実に目標精度の個体を見つけることができる。上記の2)については、サンプリング点での値評価と形評価を重み付き評価関数で表し、その値で評価した。その結果、目標精度を高くするほど、形評価の重みをあげることで、速く確実に目標精度の解を得ることができた。
また、タイムコースにどの程度のノイズが含まれても推定可能なのか、サンプリングポイントの数が少ない場合の推定をどのように行なうかなどの検討をした結果、サンプリングポイントの少ない[-20%,+20%]の誤差を含むデータに対し、スプライン補間により仮想的にデータポイントを増やすことで、ネットワークの構造推定が可能なシステムを開発した。

Research Products

• [Publications] Tominaga,D.,Koga,N.,Okamoto,M.: "Efficient numerical optimization algorithm based on genetic algorithm for inverse problem"Proc.Genetic and Evolutionary Computation Conference(GECCO 2000). 251-258
• [Publications] Maki,Y. et al.: "Development of a system for the inference of large scale genetic networks"Pacific Symposium on Biocomputing '01. 446-458
• [Publications] 岡本正宏: "S-systemによる遺伝子の相互作用推定"ゲノム情報科学(高木、富田編、中山書店). 165-188