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比对软件BWA及其算法(下)

在播种阶段,找到读段的短子字符串(称为种子序列)在参考序列中的精确比对,允许比对中有零或非常少量的差异。这给出了整个读段可能比对到的位置。...在延伸阶段,延伸种子序列的两侧直至覆盖整个读段,通常使用基于动态规划的算法如Smith-Waterman算法(Smith and Waterman 1981),计算每个比对位置的得分并报告最佳比对结果。...F列是每种碱基按字母表顺序重复其在参考基因组中出现的次数,L列即为BWT字符串(Burrows-Wheeler transform)。 查询读段的所有精确比对都是BW矩阵中旋转序列的前子字符串。...3.2 BWA-MEM算法 BWA-MEM算法是BWA-MEM2软件包执行比对的核心部分,用于将测序得到的读段序列比对到参考基因组上。...最大精确比对(MEM, maximal exact matches)是读段的子字符串在参考基因组上的精确比对,且不能在任何方向上进一步延伸。超精确比对是查询读段每个位置中覆盖该位置的最长精确匹配。

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比对软件BWA及其算法(上)

BWA-backtrack 算法是为了illumina测序100bp长的read设计的,其余两个算法用于比对在70到1Mbp之间的较长的序列。...BWA软件在压缩参考基因组,构建参考基因组的索引,以及比对过程中使用BWT算法。BWT算法是M. Burrows和D.J. Wheeler最开始提出对较大字符串文本进行压缩的算法。...二、BWT算法 我们以文献中的字符串googol 为例, 代表结束的字符,在字符串中有且仅有一个,且在字母表顺序中排第一位,例如在26字母表中 首先我们要生成左边形式的矩阵,他是将上一行的字符串的第一个字符放到最后一位形成的...可以看到他将部分o和g重排到一起了,所以我们也可以将这个字符串记为lo2o2g。在这个短字符串的例子中可能无法体现其压缩效率,但是当我们对长字符串如参考基因组处理时,BWT算法可以有效的压缩文本。...BWT算法是可逆的,即我们知道BWT string和SA矩阵中index为0的字符串,即上图左边矩阵的第一条字符串(我们的原始输入),我们就可以进行backtrace。

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    详解序列比对算法 01 | 两条序列比对与计分矩阵

    算法类似于连连看,规则是上下两个水果一样,就可以连起来,计如得分: 现在如果上下两行代表两条序列,把水果换成碱基,可消除的碱基中间连线,就像下面这样: AACGGGGTG | ||| | CATGGGATT...但更多的是一种算法规则,即在计算打分时,需要遵循以下规则: 碱基匹配加分:+1,也就是中间有连线的碱基对 碱基错配罚分:-1,也就是没有连线的碱基对 碱基空位罚分:-3,也就是空位,不组成碱基对...根据规则,上述的比对结果为:8-1-3=4 这种比对常常用于基因家族分析,系统发育树构建等 2、局部比对 Local Alignment 目的是在两条序列比对后,获取序列比对分数或置信度最高的匹配序列片段...那么现在有两个需要解决的问题: 设计一种规则,用于计算最真实的比对得分 设计一种算法,来快速精准的比对序列 这时,有大牛提出计分矩阵和最优比对算法来解决这两个问题。...下一篇我们详细探究序列比对算法: Needleman-Wunsch 算法 Smith-Waterman 算法

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    blast比对

    相似性仅仅是指字符串的相似 ,并不具有不具有生物学意义 ,因为 DNA 序列一共就有 ATCG 四种碱基,由于组合造成两段片段字符串组合比较接近。同源序列一般是相似的,但是相似的序列不一定同源。...两种比对采取不同的比对算法和策略,因此,同样的一段序列,采用全局比对和局部比对不同的比对方法结果也会有很大的不同。...因为,局部比对的话,遇到大的空位往往就断开了,例如上面的例子,采用局部比对的算法中,只追求局部的最优比对,而不会考虑整体的空位等。所以,基因组的大片段的插入或者缺失检测,可以使用全局比对软件。...三、blast 简介 Blast 全称 Basic Local Alignment Search Tool,即"基于局部比对算法的搜索工具",。...2009年 7 月,NCBI 发布了 BLAST 升级版——BLAST+,BLAST+使用了 BLAST 的核心算法,延续了 BLAST 的优势功能,发展并增强了如 BLAST 的 fastacmd 程序

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    序列比对:多序列比对与MAFFT

    多序列比对算法 相比于双序列比对,多序列比对涉及的记分方法、替换记分矩阵、比对算法等都要更为复杂。...; ⑴动态规划算法 标准动态规划算法可以直接由二维的双序列比对推广到多维,且能够确保全局比对产生最优的解。...因此标准动态规划法多序列比对的算法复杂度高达O(nm2m),这使得标准动态规划算法进行大量较长的多序列比对十分困难。...⑵渐进多序列比对 渐进多序列比对(progressive multiple alignment)又称步进法,从动态规划算法优化而来,实质上也是一种启发式算法。...除了以上算法外,多序列比对算法还有隐马尔可夫模型(Hidden Markov models)、遗传算法(Genetic algorithms)、模拟退火算法(simulated annealing)、仿真量子计算

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    全局比对

    全局比对与局部比对有什么不同呢。全局序列比对尝试找到两个完整的序列之间的最佳比对。而局部序列比对不必对两个完整的序列进行比对;可以在每个序列中使用某些部分来获得最大得分。...两种比对采取不同的比对算法和策略,因此,同样的一段序列,采用全局比对和局部比对不同的比对方法结果也会有很大的不同。...例如我们现在有两条序列 S1 和 S2,如果采用全局比对,会得到这种比对效果,而采用局部比对,序列中间的 GCG 满足了最优比对。...因为,局部比对的话,遇到大的空位往往就断开了,例如上面的例子,采用局部比对的算法中,只追求局部的最优比对,而不会考虑整体的空位等。所以,基因组的大片段的插入或者缺失检测,可以使用全局比对软件。...,对资源的消耗比较少,官方的给出的数据是两个 5M 左右的基因组,只用 20 秒左右的时间就可以比对完成,消耗的内存大约是 90M,它是使用一种后缀树的算法。

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    React学习(9)—— 高阶应用:虚拟Dom差异比对算法

    这篇文章会介绍React的差异比对算法——“融合算法”是如何执行的。...针对以上问题,有一些通用的算法可供参考,比如比对2颗树的差异,在前一个颗树的基础上生成最小操作树,但是这个算法的时间复杂度为n的三次方=O(n*n*n),当树的节点较多时,这个算法的时间代价会导致算法几乎无法工作...假设在我们使用React时,一共使用了1000个Dom标签元素,那么使用上面的算法,我们要比对数亿次才能得到比对的结果,根本不可能在一个浏览器中短时间完成。...差异算法 对于2颗有差异的树,React首先比对2颗树的根节点。根据跟节点的类型是否相同,算法接下来会执行不同的操作。...然后, render() 方法会被调用并返回一个Dom,差异算法会递归比对之前返回Dom的差异。

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    序列比对:双序列比对与BLAST

    双序列比对算法 ⑴基本算法(LCS算法) 序列比对实质上是一个路径寻找问题,若有序列v=ATGTTAT和w=ATCGTAC两个短序列,其比对过程可以用下图表示: 从(0,0)到(7,7),每穿过一个顶点相当于成功匹配一个碱基...⑵动态规划算法 动态规划(dynamic programming)算法是目前最基本的序列比对算法。...,其算法后被称为NeedlemanWunsch算法,其主要思想是把多阶段过程转化为一系列单阶段问题,利用各阶段之间的关系,逐个求解。...BLAST采用一种局部的算法获得两个序列中具有相似性的序列,能迅速与公开数据库进行相似性序列比较,BLAST结果中的得分是对一种对相似性的统计说明。...,需要根据要比对的序列类型选择软件工具以及数据库,如下所示: Blast算法基于动态规划算法开发。

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    2️⃣ 双序列比对(1):算法及数据库

    序列比对和序列特征分析总目录 包括DNA,RNA和蛋白组在内的生物序列(也就是一级结构)本质是固定的字母表中的字母组成的字符串,两条序列s和t的比对可以简单的解释为: s和t两条序列上下排列起来,在某些位置需要插入空位...自身比对可以 寻找序列中的正向和反向重复序列 查找蛋白质的重复结构域 相同残基重复出现的低复杂区 RNA二级结构中的互补区域 ---- 常用的算法有 1 最早的:点阵图法dotplot 网页版工具...全局比对: 参与比对的两条序列里面的所有字符进行比对。...优点是非常精确 缺点是运行时间长,不适合数据量庞大的序列数据库搜索 ---- 3 目前大多数数据库搜索工具中使用的算法:BLAST算法(Basic local alignment search tool...前者适合较少量序列间比对,BLAST适合从一组大量序列中搜索与查询相似的序列 BLAST总体比对算法的思想是:首先通过完全匹配来查找序列,然后通过允许有误匹配的方式来扩展比对区域。

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    字符串匹配算法_字符串模式匹配算法

    Boyer-Moore算法 当可以在文本字符串中回退时,如果从右向左扫描模式字符串并将它和文本串匹配,那么就能得到一种非常快的字符串查找算法——Boyer-Moore算法。...Rabin-Karp算法 Michael O. Rabin和Richard M. Karp在1987年提出一个算法——对模式串进行哈希运算并将其哈希值与文本中子串的哈希值进行比对。...事实上,由于哈希函数无法保证对不同的字符串产生不同的哈希值,有哈希冲突的现象存在,所以即使模式串的哈希值和文本子串的哈希值相等,也需要对这两个长度为m的字符串进行额外的比对(当然,如果不相等也就不用比对了...,其实大部分的时间省在这上面),这时比对的开销是O(M)。...然而实际情况下,需要进一步比对的子串个数总是有限的(假设为c个),那么算法的期望匹配时间就变成O((N-M+1)+cM)=O(N+M)。 显然,RK算法的性能在很大程度上取决于一个好的哈希函数。

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    【算法】字符串

    字符串相乘 4.1 分析 4.2 代码 1. 14....最长公共前缀 1.1 分析 从第一个字符串开始两两比较,把比较相同的字符部分更新到一个存放目前相同字符的ret中,然后把ret继续向后面的字符串比较,继续更新ret就行。...利用中心扩展算法,固定完中间位置后,用两个指针一个在走左边,一个走右边,如果两个指针执行的字符是一样的,就移动,一直到指针指向的字符不同,或者一个指针越界。...二进制求和 3.1 分析 模拟的竖式计算的步骤,如果相加等于2,那么就进1,然后将这个字符取模就加到要返回的结果中,一直到两个字符串都结束。但是结果是与题目要的是相反的,所以得将得到字符串逆置。...这里得先把两个字符串逆置,再无进位相乘相加,然后处理进位,最后处理前导0。

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    算法:字符串

    Rabin-Karp 算法、BDM 算法、BNDM 算法 和 BOM 算法 使用的就是这种思想。...著名的 「AC 自动机算法」 就是在 KMP 算法 的基础上,与「字典树」结构相结合而诞生的。而「AC 自动机算法」也是多模式串 匹配算法中最有效的算法之一。...所以学习多模式匹配算法,重点是要掌握 「字典树」 和 「AC 自动机算法」。 单模式串朴素匹配算法 Brute Force算法:中文意思是暴力匹配算法,也可以叫做朴素匹配算法。...的字符是一致的,即"ABCAB" == "ABCAB"而根据 「部分匹配表」 中next[4] = = 2 ,所以不用回退i ,而是将j移动到下标为2的位置,让T[i + 5]直接对准p[2],然后继续进行比对...) ,其中n是文本串T的长度 所以KMP整个算法的时间复杂度是 O(n + m) ,相对于朴素匹配算法 O(n*m) 的时间复杂度,KMP算法的效率有了很大的提升 字符串题目一般考虑使用滑动窗,双指针

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    【字符串匹配算法——BF算法】

    BF算法 字符串的暴力法(Brute Force Method)是一种用于字符串匹配的简单算法,也称为“朴素匹配算法”。...它的核心思想是从目标字符串中逐个字符进行比对,直到找到一个匹配或遍历完目标字符串为止。...对应算法的代码实现: public class BF { // 实现暴力法字符串匹配的函数 public static int myBF(String str, String sub)...i表示主字符串的位置,j表示子字符串的位置 for (int i = 0, j = 0; i < strlen && j < sublen;) { // 如果当前主字符串和子字符串的字符相等...{ System.out.println("没找到"); } } } 因为char是一个基本数据类型,所以只能用==进行值相等的比较,这就是今天通过BF算法进行字符串比较的内容

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    【算法】字符串算法技巧系列

    引入:字符串相关算法技巧 1:字符串转数组 String a = “abcdefg” char[] a1= a.toCharArray() //将字符串数组转换为字符数组...字符串长度是length() 数组没有括号 2:子字符串 .substring(): 截取字符串中介于两个指定下标之间的字符,第一个字符下标为0 注意:(就是小写)两个参数:截取的结果,不包括结束位置的字符...一个参数:从起始位置至字符串末尾的字符串 3:数组转字符串 String.ValueOf(数组名称); 4:字符串拼接方式 方式一: String ret = " "; ret += num[i]; 方式二...: 5:返回字符串指定下标的字符 字符串的名字.charAt(下标); 6:StringBuilder/StringBuffer用法 (1) StringBuilder性能更好,StringBuffer...算法工具还需要熟悉,这道题到是不难,中心扩展算法还是很好理解的。

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    字符串匹配算法

    字符串匹配算法是常用的算法,其中最有名的算法就是 kmp 算法和 AC 自动机....另外介于这两个之间的 Trie 树.一些概念字符串的匹配的场景一般是这样的,简单说就是一个大的字符串中有没有一个字符串匹配,我们把大的字符串叫做主串,而匹配最后小的字符串叫做模式串.而字符串匹配算法就是模式串匹配主串....BF 算法在了解 kmp 算法之前,先用最简单的暴力破解的手段,这种方式最简单也最直接.int bf(char* a, int n, char* b, int m){ for(int i =...,如果要降低时间复杂度,必然会提高空间复杂度,当然除非你写的代码很差...算法原理我们计算的大概情况如下:我们先计算出模式串的自我匹配情况:我们这样计算,当模式串下标后一位字符不匹配的时候,我们需要怎么去移动字符串来保证时间复杂度最低...,后续还有 Trie 树和 AC 自动机, 其中一个负责单模式字符串匹配,一个可以实现多模式字符串匹配,AC 自动机就不再实现,下一篇我们实现 Trie 树.

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