DNA分子模型的搭建
《DNA的双螺旋结构》教学说明
一、教学设计说明：
1、教材分析：本节内容是第六章第一节《遗传信息》第二课时的内容，主要学习DNA的
双螺旋结构。在第一册教材中，从物质组成角度，对DNA有过较基本的了解，而本课时主要侧重于对DNA的双螺旋结构和DNA的结构特点的学习。理解DNA分子的结构及其特点对随后的教学内容有着重要的作用。
2、学情分析：本校是市实验性示范性高中，学生整体水平较好，因此，本课对教学内容进
行了调整和整合，将实验：DNA分子模型的搭建与DNA双螺旋结构这部分内容融合在一起。在学生一边搭建DNA模型的过程中逐步介绍DNA的结构，最后根据学生搭建的模型来总结DNA分子的特点。
3、教学设计：本课以“DNA分子模型搭建”实验为载体来探讨DNA的双螺旋结构，同时
融合了我校的“二二三四”教学模式。“二二三四”教学模式即“二点”：低起点夯实基础，以蛋白质的结构为基础引导学生推测DNA分子的双螺旋结构；高视点培养能力，通过学生自主探讨搭建DNA分子的模型，培养学生动手实践、建模能力。“二度”：小坡度设置台阶，从两个脱氧核苷酸之间的连接→多核苷酸链形成（双链、碱基对连接、碱基互补连接、反向）等，层次递进；高密度培养思维，通过提供科学信息，让学生整合处理信息并运用到DNA分子的建模过程中。“三动”：动手、动脑、动口相结合，在模型搭建过程中引导学生思考、动手实践、反馈信息等。“四导”：导读、导思、导研、导行。从引导学生阅读探究DNA分子结构的信息为起点，通过思考DNA分子的双螺旋结构构成，转向对结构内在联系的思考，从而体现到时间动手建模的过程中。
二、教学目标：
1、知识与技能：概述DNA分子的化学组成、碱基配对原则、DNA分子的双螺旋结构。
2、过程与方法：经历DNA模型搭建活动。
3、情感态度与价值观：在搭建DNA分子的模型过程中，感受科学探究的过程，感悟科学家
在探究过程中坚持不懈的品质、严谨的科学态度和勇于创新的精神。
三、教学重、难点：
1、重点：DNA分子的结构特点。
2、难点：DNA双螺旋结构。
四、教学准备：
1、多媒体课件
2、每4个学生一个小组，材料袋（每小组一个）：不同颜色剪成的4种脱氧核苷酸各6个，黄色的化学键若干个，蓝色的化学键若干个；A3白色卡纸一张；固体胶一瓶。
3、磁铁、电子白板、投影仪
五、教学过程：
2000年全国大学生数学建模竞赛A题 DNA序列分类
2000年全国大学生数学建模竞赛A题DNA序列分类 2000年6月，人类基因组计划中DNA全序列草图完成，预计2001年可以完成精确的全序列图，此后人类将拥有一本记录着自身生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”。这本大自然写成的“天书”是由4个字符A，T，C，G按一定顺序排成的长约30亿的序列，其中没有“断句”也没有标点符号，除了这4个字符表示4种碱基以外，人们对它包含的“内容”知之甚少，难以读懂。破译这部世界上最巨量信息的“天书”是二十一世纪最重要的任务之一。在这个目标中，研究DNA全序列具有什么结构，由这4个字符排成的看似随机的序列中隐藏着什么规律，又是解读这部天书的基础，是生物信息学（Bioinformatics）最重要的课题之一。 虽然人类对这部“天书”知之甚少，但也发现了DNA序列中的一些规律性和结构。例如，在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段，即由这4个字符组成的64种不同的3 字符串，其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸。又例如，在不用于编码蛋白质的序列片段中，A和T的含量特别多些，于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA序列的结构也取得了一些结果。此外，利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性，等等。这些发现让人们相信，DNA序列中存在着局部的和全局性的结构，充分发掘序列的结构对理解DNA全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节，突出特征，然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于研究规律性和结构。 作为研究DNA序列的结构的尝试，提出以下对序列集合进行分类的问题： 1）下面有20个已知类别的人工制造的序列（见下页），其中序列标号1—10 为A类，1 1-20为B类。请从中提取特征，构造分类方法，并用这些已知类别的序列，衡量你的方法是否足够好。然后用你认为满意的方法，对另外20个未标明类别的人工序列（标号21—4 0）进行分类，把结果用序号（按从小到大的顺序）标明它们的类别（无法分类的不写入）： A类__________ ；B类_______________ 。 请详细描述你的方法，给出计算程序。如果你部分地使用了现成的分类方法，也要将方法名称准确注明。 这40个序列也放在如下地址的网页上，用数据文件Art-model-data 标识，供下载： 网易网址：https://www.360docs.net/doc/377249574.html, 教育频道在线试题； 教育网： https://www.360docs.net/doc/377249574.html, New mcm2000 教育网： https://www.360docs.net/doc/377249574.html,/mcm 2）在同样网址的数据文件Nat-model-data 中给出了182个自然DNA序列，它们都较长。用你的分类方法对它们进行分类，像1）一样地给出分类结果。 提示：衡量分类方法优劣的标准是分类的正确率，构造分类方法有许多途径，例如提取序列
“制作DNA分子双螺旋结构模型”教学设计
“制作DNA分子双螺旋结构模型”教学设计 【活动目的与意义】 1制作模型的过程是一个知识内化的过程，通过亲手制作，可以促进学生对DNA分子“双螺旋结构”和“反向平行”特点的理解和认识。 2通过讨论、交流与撰写活动报告，培养学生观察问题、分析和归纳问题的能力以及语言表达和书面表达能力。 3通过制作DNA分子双螺旋结构模型，培养学生互助合作的精神和严谨的科学态度，并使他们在具体的制作过程中体验到成功的喜悦。 4通过分析DNA分子结构模型，将抽象知识形象化，有利于学生准确把握DNA分子结构的知识，为后续学习遗传部分的知识奠定良好的基础。 【活动程序】 1制定活动方案 1.1课前进行相应的知识储备 课前学生学习了DNA分子结构的基础知识，以及通过图书馆、网络等途径收集和掌握了一些有关DNA结构发现的科学史的材料，为课上进行相互讨论、交流与模型的顺利制作提供了必要的知识准备。
1.2活动材料用具的准备 硬塑料方框、不同颜色的硬纸板、金属细丝、订书机、订书钉、剪刀、粗铁丝。 1.3提供模型制作的参考数据 1.4设计活动方案流程 2实施活动方案 2.1分组并发放活动材料 每班分若干个小组，每小组4人。各组都配发硬塑料方框2个（5cm×10?M）、六种不同颜色的硬纸板各1张（20?M ×20?M）、细铁丝2根（长0.5m）、粗铁丝2根（长约10?M）订书机1个、订书钉若干、剪刀1把、活动报告（每人一份）。 2.2分组讨论制作模型的步骤和注意事项 在学生讨论之前，教师先展示预设的问题和制作模型的参考数据，为学生讨论模型的制作提供帮助。设计的问题如下： （1）分别用何材料表示磷酸基团、脱氧核糖、各种含氮碱基？这几种物质在什么部位相连接？ （2）如何表示磷酸二酯键、氢键以及氢键的数目？ （3）如何体现DNA分子两条链之间的反向平行关系？ （4）怎样才能使DNA分子的平面模型改变成立体模型？ 以实验小组为单位，观察并分析教材上的DNA分子结构的立体图和平面图，然后根据实验桌上所提供的材料，以
数学建模DNA序列分类模型终
DNA序列分类模型DNA序列分类模型
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
制作DNA双螺旋结构模型的教学设计
制作DNA双螺旋结构模型的教学设计 一、教学背景分析 【教材分析】 本实验既可加深学生对“DNA结构”的感性认识和理解，也可以培养学生的动手能力。教材首先介绍了该实验的“实验原理”。从制作DNA模型前应该考虑的问题、制作过程做了详细阐述。教材接着说明了制作的“目的要求”。要求通过制作DNA双螺旋结构模型，加深对DNA分子结理解和认识。 教材第三部分清楚地列出了该实验所需要的“材料用具”。特别应明白用什么代表磷酸、什么代表糖、什么代表含氮碱基。以及用什么对它们进行连接。 教材第四部分更为详细地介绍该实验的“方法步骤”。从制作“基本单位→脱氧核苷酸长链→DNA结构→DNA的空间结构”这一步骤详细地作了说明。 因此，我们从如下几方面对该实验做本质性的准备： 1．知识结构的联系：要明确DNA的化学元素是C、H、O、N、P，由它们组成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，再由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子的含氮碱基组成基本单位一—脱氧核苷酸；再由脱通过聚合作用形成DNA分子。 2．掌握该实验的知识点：对理解和掌握“DNA分子的功能（复制和表达)”、“遗传和变异”以及“基因工程”打下了较好的理论基础。 3．实验操作的关键：该实验成败的关键是连接。 【学情分析】 学生在学习了相关的遗传物质的结构和功能之后，对DNA有了初步的了解，但是对于双螺旋结构的巧妙之处还是不能很好的掌握和理解，因此通过这个实验，怎样引导才能使学生对DNA知识有更深的理解是本课的关键所在。 二、教学目标 【知识目标】 （1）．初步学会制作DNA双螺旋结构模型，掌握制作技术。 （2）．进一步理解和掌握DNA分子的结构。 （3）．理解碱基互补配对原则。 【能力目标】 （1）．通过引导学生进行动手操作，并进行实验观察，培养学生投身科学实验的参与精神；（2）．通过组织学生活动，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力； 【情感态度与价值观目标】
DNA序列的一种分类方法
收稿日期:2002203210 作者简介:刘志(1965— )男,山东东平人,空军工程大学工程师文章编号:100123857(2002)Sup.20114203 D NA 序列的一种分类方法 刘 志 (空军工程大学导弹学院,陕西西安713800) 摘 要:基于小波变换和相关技术,提出了一种DNA 序列的分类方法.首先将DNA 序列转换成数字序列,然后对此序列进行Matlab 快速分解,计算未知类别序列与已知类别序列的相关系数,由此判定序列的类别.结果表明,该方法是切实可行的. 关键词:DNA 序列;相关技术;小波变换 中图分类号:O357 文献标识码:A 2000年6月,人类基因组计划中DNA 全部草图完成,预计2002年可以完成精确的全序列图,此后人类将拥有一本记录着自己生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”.这本大自然写成的“天书”是由4个字符A ,T ,C ,G 按一定的顺序排成的长约30亿的序列,其中没有“断句”也没有“标点符号”,除了这4个字符表示4种碱基以外,人们对它包含的“内容”知之甚少,难以读懂.破译这部世界上最巨量信息的天书是21世纪最重要的任务之一.虽然人类对这部天书知之甚少,但也发现了DNA 序列中的一些规律和结构.例如,在全序列中有一些是用于,即由这4个字符组成的64种不同的3字符串,其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸.此外,利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性,等等.本文利用小波变换和相关技术,提出了一种DNA 序列的分类方法. 1 Matlab 快速算法 信号的小波分析相当于对信号加上一个可调的时—频窗.Matlab 根据多分辨分析的观点,利用共轭正交镜像滤波器,给出了离散小波变换的金字塔算法,使信号快速分解和重构得以实现.在Matlab 算法基础上,进一步对高频信号进行分解,将信号分解到不同的频带上,滤波时根据需要,选取所需频带内的信号进行重构,就可以完成信号的多通带滤波.小波变换不改变信号所引起的小波变换系数的极值点的位置,而噪声所引起的小波变换系数的极值点主要表现在第一、二尺度上,且随着尺度增大,小波系数的极值点越来越少.由第三级小波变换系数重构的信号的自相关函数的极大值的位置和原函数的自相关函数的极大值的位置完全相同,这是本文所提方案的依据.由第三级小波变换系数重构的信号的自相关函数图形比较光滑,而且,没有影响自相关函数的极大值的位置.此结论对信号检测非常有用. 根据多分辨分析理论,在二进正交小波基下,Matlab 快速算法[1]为 A k j f =∑n ∈Z h (n -2k )A n j -1f , j =1,2,…,J .第30卷 专 辑 陕西师范大学学报(自然科学版)Vol.30 Sup. 2002年5月Journal of Shaanxi Normal University (Natural Science Edition )May.2002
数学建模竞赛试题--基因识别问题及其算法实现
基因识别问题及其算法实现 一、背景介绍 DNA 是生物遗传信息的载体，其化学名称为脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid ，缩写为DNA ）。DNA 分子是一种长链聚合物，DNA 序列由腺嘌呤（Adenine, A ），鸟嘌呤（Guanine, G ），胞嘧啶（Cytosine, C ），胸腺嘧啶（Thymine, T ）这四种核苷酸（nucleotide ）符号按一定的顺序连接而成。其中带有遗传讯息的DNA 片段称为基因（Gene ）（见图1第一行）。其他的DNA 序列片段，有些直接以自身构造发挥作用，有些则参与调控遗传讯息的表现。 在真核生物的DNA 序列中，基因通常被划分为许多间隔的片段（见图1第二行），其中编码蛋白质的部分，即编码序列（Coding Sequence ）片段，称为外显子（Exon ），不编码的部分称为内含子（Intron ）。外显子在DNA 序列剪接（Splicing ）后仍然会被保存下来，并可在 图1真核生物DNA 序列（基因序列）结构示意图 蛋白质合成过程中被转录（transcription ）、复制（replication ）而合成为蛋白质（见图2）。DNA 序列通过遗传编码来储存信息，指导蛋白质的合成，把遗传信息准确无误地传递到蛋白质（protein ）上去并实现各种生命功能。 DNA 序列 外显子(Exon ) 内含子(Intron)
DNA序列 剪接、转录、复制 蛋白质序列 图2蛋白质结构示意图 对大量、复杂的基因序列的分析，传统生物学解决问题的方式是基于分子实验的方法，其代价高昂。诺贝尔奖获得者W.吉尔伯特（Walter Gilbert，1932—；【美】，第一个制备出混合脱氧核糖核酸的科学家）1991年曾经指出：“现在，基于全部基因序列都将知晓，并以电子可操作的方式驻留在数据库中，新的生物学研究模式的出发点应是理论的。一个科学家将从理论推测出发，然后再回到实验中去，追踪或验证这些理论假设。” 随着世界人类基因组工程计划的顺利完成，通过物理或数学的方法从大量的DNA序列中获取丰富的生物信息，对生物学、医学、药学等诸多方面都具有重要的理论意义和实际价值，也是目前生物信息学领域的一个研究热点。 二、数字序列映射与频谱3-周期性： 对给定的DNA序列，怎么去识别出其中的编码序列（即外显子），也称为基因预测，是一个尚未完全解决的问题，也是当前生物信息学的一个最基础、最首要的问题。 基因预测问题的一类方法是基于统计学的[1]。很多国际生物数据网站上也有“基因识别”的算法。比如知名的数据网站https://www.360docs.net/doc/377249574.html,/GENSCAN.html提供的基因识别软件GENSCAN（由斯坦福大学研究人员研发的、可免费使用的基因预测软件）,主要就是基于隐马尔科夫链（HMM）方法。但是，它预测人的基因组中有45000个基因，相当于现在普遍认可数目的两倍。另外，统计预测方法通常需要将编码序列信息已知的DNA序列作为训练数据
DNA序列分类实验报告
数理学院专业实践报告题目： 专业 学生姓名 班级学号 指导教师(签字) 指导教师职称 实习单位 负责人签字 日期
1．2000 年6月，人类基因组计划中DNA 全序列草图完成，预计2001 年可以完成精确的全序列图，此后人类将拥有一本记录着自身生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”。这本大自然写成的“天书”是由4 个字符A，T，C，G 按一定顺序排成的长约30 亿的序列，其中没有“断句”也没有标点符号，除了这4 个字符表示4 种碱基以外，人们对它包含的“内容”知之甚少，难以读懂。破译这部世界上最巨量信息的“天书”是二十一世纪最重要的任务之一。在这个目标中，研究DNA 全序列具有什么结构，由这4 个字符排成的看似随机的序列中隐藏着什么规律，又是解读这部天书的基础，是生物信息学（Bioinformatics）最重要的课题之一。虽然人类对这部“天书”知之甚少，但也发现了DNA 序列中的一些规律性和结构。例如，在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段，即由这4 个字符组成的64 种不同的3 字符串，其中大多数用于编码构成蛋白质的20 种氨基酸。又例如，在不用于编码蛋白质的序列片段中，A 和T 的含量特别多些，于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA 序列的结构也取得了 一些结果。此外，利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性，等等。这些发现让人们相信，DNA 序列中存在着局部的和全局性的结构，充分发掘序列的结构对理解DNA 全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节，突出特征，然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于研究规律性和结构。作为研究 DNA 序列的结构的尝试，提出以下对序列集合进行分类的问题：
人教版高中生物必修2实验题专练-制作DNA双螺旋结构模型
2020届高中生物人教版必修2实验专练：（9）制作DNA双螺旋结构模型 1、在制作DNA分子的双螺旋结构模型时,会发现制成的DNA分子的平面结构像一架“梯子”,那么组成这架“梯子”的“扶手”、“扶手”间的“阶梯”、连接“阶梯”的化学键依次是( ) ①磷酸和脱氧核糖②氢键③碱基对④肽键 A.①②③ B.①③② C.③①② D.①③④ 2、某同学在构建DNA分子模型时,想用不同的几何图形代表核苷酸的三个不同组成部分。那么该同学组建的DNA分子模型中共有多少种不同的几何图形( ) A.五种 B.六种 C.七种 D.八种 3、某研究小组用下图所示的6 种卡片、脱氧核糖和磷酸之间的连接物、脱氧核糖和碱基之间的连接物、代表氢键的连接物若干，成功搭建了一个完整的DNA分子模型,模型中有4 个T和6 个G。下列有关说法正确的是( ) A.代表氢键的连接物有24 个 B.代表胞嘧啶的卡片有4 个 C.脱氧核糖和磷酸之间的连接物有38 个 D.理论上能搭建出410种不同的DNA分子模型 用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是 ( ) A. 最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对 B.构成的双链DNA片段最多有10个氢键 C.DNA中每个脱氧核糖均与1分子磷酸相连 D.最多可构建44种不同碱基序列的DNA 5、在DNA分子模型搭建实验中,如果用一种长度的塑料片代表C和T,那么由此搭建而成的DNA双螺旋的整条模型( ) A.粗细相同,因为嘌呤环必定与嘧啶环互补 4、卡片类 型 脱氧核糖磷酸 碱基 A T G C 卡片数量10 10 2 3 3 2
19398-数学建模-DNA序列分类模型
DNA序列分类模型 陈荣生张海军张旭东指导教师：数模组 海军航空工程学院 摘要本文讨论了在给定A类和B类各10个DNA序列的情况下，如何找出判断DNA 序列类型的方法，并具体分析了DNA序列的局部特征，最后将总体特征与局部特征综合考虑。 文中我们先根据给出的已知类型的20组DNA序列，考虑了四个碱基及其组合形式出现的频率，以此为研究对象进行深入研究，并建立了两个数学模型，即信息熵模型和Z曲线模型，最后还给出了模型的改进方向。 本文采取的用Z曲线来研究DNA序列的方法很有意义。 一、问题的重述 2000年6月，人类基因组计划中DNA全序列草图完成，预计2001年可以完成精确的全序列图，DNA全序列是由4个字符A，T，C，G按一定顺序排成的长约30亿的序列，其中没有“断句”也没有标点符号。人们发现了DNA序列中的一些规律性和结构。例如，在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段，即由这4个字符组成的64种不同的3字符串，其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸。又例如，在不用于编码蛋白质的序列片段中，A 和T的含量特别多些，于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA序列的结构也取得了一些结果。此外，利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性，等等。这些发现让人们相信，DNA序列中存在着局部的和全局性的结构，充分发掘序列的结构对理解DNA全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节，突出特征，然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于研究规律性和结构。 作为研究DNA序列的结构的尝试，提出以下对序列集合进行分类的问题： 1）下面有20个已知类别的人工制造的序列，其中序列标号1—10 为A类，11-20为B 类。请从中提取特征，构造分类方法，并用这些已知类别的序列，衡量你的方法是否足够好。然后用你认为满意的方法，对另外20个未标明类别的人工序列（标号21—40）进行分类，把结果用序号（按从小到大的顺序）标明它们的类别（无法分类的不写入）： A类； B类。 请详细描述你的方法，给出计算程序。如果你部分地使用了现成的分类方法，也要将方法名称准确注明。 2），用你的分类方法对182个自然DNA序列进行分类，像1）一样地给出分类结果。二、问题的分析 为了找出分类方法，我们可以省略细节，突出特征，以某 种碱基出现的频率或以两种甚至三种碱基的组合出现的频率， 或者以几种碱基出现的频率之和为依据来考虑。现分别就A、 B两组DNA序列针对以下20个方面做一些简单分析： 1)A出现的频率； 2)C出现的频率； 3)G出现的频率； 4)T出现的频率；
DNA序列分类
DNA序列分类 2000年6月，人类基因组计划中DNA全序列草图完成，预计2001年可以完成精确的全序列图，此后人类将拥有一本记录着自身生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”。这本大自然写成的“天书”是由4个字符A，T，C，G按一定顺序排成的长约30亿的序列，其中没有“断句”也没有标点符号，除了这4个字符表示4种碱基以外，人们对它包含的“内容”知之甚少，难以读懂。破译这部世界上最巨量信息的“天书”是二十一世纪最重要的任务之一。在这个目标中，研究DNA全序列具有什么结构，由这4个字符排成的看似随机的序列中隐藏着什么规律，又是解读这部天书的基础，是生物信息学（Bioinformatics）最重要的课题之一。 虽然人类对这部“天书”知之甚少，但也发现了DNA序列中的一些规律性和结构。例如，在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段，即由这4个字符组成的64种不同的3字符串，其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸。又例如，在不用于编码蛋白质的序列片段中，A和T的含量特别多些，于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA序列的结构也取得了一些结果。此外，利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性，等等。这些发现让人们相信，DNA序列中存在着局部的和全局性的结构，充分发掘序列的结构对理解DNA全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节，突出特征，然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于研究规律性和结构。 作为研究DNA序列的结构的尝试，提出以下对序列集合进行分类的问题： 1）下面有20个已知类别的人工制造的序列（见下页），其中序列标号1—10 为A类，11-20为B类。请从中提取特征，构造分类方法，并用这些已知类别的序列，衡量你的方法是否足够好。然后用你认为满意的方法，对另外20个未标明类别的人工序列（标号21—40）进行分类，把结果用序号（按从小到大的顺序）标明它们的类别（无法分类的不写入）：A类；B类。 请详细描述你的方法，给出计算程序。如果你部分地使用了现成的分类方法，也要将方法名称准确注明。 2）在同样网址的数据文件Nat-model-data 中给出了182个自然DNA序列，它们都较长。用你的分类方法对它们进行分类，像1）一样地给出分类结果。 提示：衡量分类方法优劣的标准是分类的正确率，构造分类方法有许多途径，例如提取序列的某些特征，给出它们的数学表示：几何空间或向量空间的元素等，然后再选择或构造适合这种数学表示的分类方法；又例如构造概率统计模型，然后用统计方法分类等。 Art-model-data 1.aggcacggaaaaacgggaataacggaggaggacttggcacggcattacacggaggacgaggtaaaggaggcttgtctacggc cggaagtgaagggggatatgaccgcttgg 2.cggaggacaaacgggatggcggtattggaggtggcggactgttcggggaattattcggtttaaacgggacaaggaaggcggctg gaacaaccggacggtggcagcaaagga 3.gggacggatacggattctggccacggacggaaaggaggacacggcggacatacacggcggcaacggacggaacggaggaa ggagggcggcaatcggtacggaggcggcgga 4.atggataacggaaacaaaccagacaaacttcggtagaaatacagaagcttagatgcatatgttttttaaataaaatttgtattattatggt atcataaaaaaaggttgcga 5.cggctggcggacaacggactggcggattccaaaaacggaggaggcggacggaggctacaccaccgtttcggcggaaaggcg gagggctggcaggaggctcattacggggag 6.atggaaaattttcggaaaggcggcaggcaggaggcaaaggcggaaaggaaggaaacggcggatatttcggaagtggatattag gagggcggaataaaggaacggcggcaca
历年全国数学建模试题及其解法归纳
历年全国数学建模试题及解法归纳 赛题解法 93A非线性交调的频率设计拟合、规划 93B足球队排名图论、层次分析、整数规划94A逢山开路图论、插值、动态规划 94B锁具装箱问题图论、组合数学 95A飞行管理问题非线性规划、线性规划 95B天车与冶炼炉的作业调度动态规划、排队论、图论96A最优捕鱼策略微分方程、优化 96B节水洗衣机非线性规划 97A零件的参数设计非线性规划 97B截断切割的最优排列随机模拟、图论 98A一类投资组合问题多目标优化、非线性规划98B灾情巡视的最佳路线图论、组合优化 99A自动化车床管理随机优化、计算机模拟 99B钻井布局0-1规划、图论 00A DNA序列分类模式识别、Fisher判别、人工 神经网络 00B钢管订购和运输组合优化、运输问题 01A血管三维重建曲线拟合、曲面重建
赛题解法 01B 公交车调度问题多目标规划 02A车灯线光源的优化非线性规划 02B彩票问题单目标决策 03A SARS的传播微分方程、差分方程 03B 露天矿生产的车辆安排整数规划、运输问题 04A奥运会临时超市网点设计统计分析、数据处理、优化04B电力市场的输电阻塞管理数据拟合、优化 05A长江水质的评价和预测预测评价、数据处理 05B DVD在线租赁随机规划、整数规划 06A出版社书号问题整数规划、数据处理、优化06B Hiv病毒问题线性规划、回归分析 07A 人口问题微分方程、数据处理、优化07B 公交车问题多目标规划、动态规划、图 论、0-1规划 08A 照相机问题非线性方程组、优化 08B 大学学费问题数据收集和处理、统计分 析、回归分析 2009年A题制动器试验台的控制方法分析工程控制 2009年B题眼科病床的合理安排排队论，优化，仿真，综 合评价 2009年C题卫星监控几何问题，搜集数据
DNA序列的分类与判别分析
ＤＮＡ序列的分类与判别分析 摘要: 本文对DNA 序列分类问题进行了讨论.。从“不同序列中碱基含量不同”入手,建立了欧氏距离判别模型、马氏距离判别模型以及Fisher准则判定模型。接着,本文对三种分类算法进行了对比, 对算法的稳定性进行了讨论。 关键词:DNA分类;欧氏距离;马氏距离;Fisher判别; DNA sequence classification and discriminant analysis MA Fuyu School of Management and Economics, China University of Geosciences, P.R.China, 430074 Abstract: In this paper, the classification of DNA sequences are discussed. From the “content of different base sequence in a different” approach, the establishment of a discriminant model of Euclidean distance, Mahalanobis distance, as well as Fisher discriminant model to determine the model guidelines. Then, this paper three classification algorithms were compared, the stability of the algorithm are discussed. Keywords: DNA taxonomy; Euclidean distance; Mahalanobis distance; Fisher Discriminant 1、问题的重述 2000年6月,人类基因组计划中DNA全序列草图完成,预计2001年可以完成精确的全序列图,此后人类将拥有一本记录着自身生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”。这本大自然写成的“天书”是由4个字符A,T,C,G按一定顺序排成的长约30亿的序列,其中没有“断句”也没有标点符号,除了这4个字符表示4种碱基以外,人们对它包含的“内容”知之甚少,难以读懂。破译这部世界上最巨量信息的“天书”是二十一世纪最重要的任务之一。在这个目标中,研究DNA全序列具有什么结构,由这4个字符排成的看似随机的序列中隐藏着什么规律,又是解读这部天书的基础,是生物信息学(Bioinformatics)最重要的课题之一。 虽然人类对这部“天书”知之甚少,但也发现了DNA序列中的一些规律性和结构。例如,在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段,即由这4个字符组成的64种不同的3字符串,其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸。又例如,在不用于编码蛋白质的序列片段中,A和T的含量特别多些,于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA序列的结构也取得了一些结果。此外,利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性,等等。这些发现让人们相信,DNA序列中存在着局部的和全局性的结构,充分发掘序列的结构对理解DNA全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节,突出特征,然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于
制作DNA双螺旋结构模型
制作D N A双螺旋结构模 型 Document number：PBGCG-0857-BTDO-0089-PTT1998
制作DNA双螺旋结构模型 一、实验背景资料 本实验的来源是人教版高中生物第二册中的实验十二——《制作DNA双螺旋结构模型》，旧人教必修高中生物实验十《制作DNA双螺旋结构模型》。在上课之前同学们学习了DNA的发现历程，了解到DNA是生物的主要遗传物质，且它由四种脱氧核苷酸（腺嘌呤脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸、胸腺嘧啶脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸）组成，它的排列顺序以及数量多少决定了其储存遗传信息的多样性，同时明确组成DNA的化学元素是C、H、O、N、P，由它们组成磷酸、脱氧核糖和含氮碱基，再由1分子磷酸、1分子脱氧核糖和1分子的含氮碱基组成基本单位一—脱氧核苷酸；再通过一定的化学键（氢键、3‘-5’磷酸二酯键）连接作用形成DNA分子。在本实验前中学生物学中与本实验相关的理论知识主要有“基因在染色体上”、“DNA是生物的主要遗传物质”、“DNA的分子结构内容”等内容。即学生在本实验前已经对DNA双螺旋结构模型的制作有了一定的理论基础。 高中生物课程标准对本实验相关内容的要求主要有：1、通过制作DNA分子双螺旋结构模型，深入理解DNA双螺旋结构的特点；2、通过本实验锻炼学生的动手操作能力；3、培养学生对生物的兴趣爱好；4、激发学生的探究能力；5、培养学生的团队合作精神。 本实验现代生物教学中起着举足轻重的作用，在现代生物科学研究中，模型方法被广泛运用，DNA分子双螺旋结构模型的成功就是一个范例。DNA分子双螺旋结构模型是以形象化的具体模型，能使研究对象直观化，既可以促进研究，又可以简略地描述研究成果，又便于理解和传播。在中学生物学教材中，制作DNA分子双螺旋结构模型作为生物技术性设计和制作的第一案例，对学生的学习有很大的帮助。 常见的难题和疑问：1、如何选取更好的实验材料便于更好地制作DNA双螺旋结构模型；2、如何确保模型构建的成功，即构建的关键步骤有哪些；3如何将模型和理论知识结合使学生更好、更全面的弄懂DNA的双螺旋结构；4、怎么通过
DNA序列分类
DNA序列分类
实验目的 学习利用MATLAB提取DNA序列特征建立向量的方法，掌握利用FCM命令进行DNA 分类的方法，学会做出分类图形直接给出分类结果的MATLAB编程。 知识扩展 DNA序列分类 DNA(Deoxyribonucleic acid)，中文译名为脱氧核苷酸，是染色体的主要化学成分，同时也是基因组成的，有时被称为“遗传微粒”。DNA是一种分子，可组成遗传指令，以引导生物发育与生命机能运作。主要功能是长期性的资讯储存，可比喻为“蓝图”或“食谱”。DNA分子是由两条核苷酸链以互补配对原则所构成的双螺旋结构的分子化合物。其中两条DNA链中对应的碱基A-T以双键形式连接，C-G以三键形式连接，糖-磷酸-糖形成的主链在螺旋外侧，配对碱基在螺旋内侧。 FCM算法中样本点隶属于某一类的程度是用隶属度来反映的，不同的样本点以不同的隶属度属于每一类；但是算法中的概率约束∑uij=1使得样本的典型性反映
不出来，不适用于有噪音，样本分布不均衡，存在两个或者两个以上样本分别距两个类的距离相等的样本等等。 欧氏距离（ Euclidean distance）也称欧几里得距离，它是一个通常采用的距离定义，它是在m维空间中两个点之间的真实距离。 公式 在二维和三维空间中的欧式距离的就是两点之间的距离，二维的公式是 d = sqrt((x1-x2)^+(y1-y2)^) 三维的公式是 d=sqrt(x1-x2)^+(y1-y2)^+(z1-z2)^) 推广到n维空间，欧式距离的公式是 d=sqrt( ∑(xi1-xi2)^ ) 这里i=1,2..n xi1表示第一个点的第i维坐标,xi2表示第二个点的第i维坐标 n维欧氏空间是一个点集,它的每个点可以表示为(x(1),x(2),...x(n)),其中x(i)(i=1,2...n)是实数,称为x的第i个坐标,两个点x和y=(y(1),y(2)...y(n))之间的距离d(x,y)定义为上面的公式. 欧氏距离判别准则如下： 若dA
DNA序列研究数学建模问题
题目 DNA 序列 摘要 本文主要研究DNA 序列的结构问题，通过建立相应的数学模型，对DNA 序列中所隐藏的规律进行研究和分析，给出了解决问题的最优方案，并且对模型进行了评价和推广。 对于问题一，为了挖掘DNA 序列的特征将其分为A 类和B 类，以20种基本氨基酸为目标，利用Matlab 软件编程得出每一行每一种氨基酸出现的概率；再运用主成分分析法进行降维，利用SPSS 软件进行数据处理得到矩阵；然后再将模糊聚类问题转化为如下优化问题： 211 1 min (,)(()) ..1(1,2, 6) 01 n c q ik ik k i c ik i ik J U V u d s t u k u ======≤≤∑∑∑ 用模糊聚类分析方法来获取样本与聚类中心的加权距离最小的最佳分类，使其分 题一相同的方法进行分类，分类结果见问题二的求解。 总的来说，本模型在未知数据特征的情况下很好的将数据进行分类，成功地解决了此次数学建模的DNA 序列问题，是聚类分析问题的一个有效而且具有较强实用性的方法。 关键词：主成分分析 模糊聚类分析 Matlab 软件 Spss 软件
一、问题重述 1.1背景分析 随着DNA测序时代的到来，越来越多生物的全基因组序列正逐渐展现于人们的眼前。如何从中挖掘有用的信息成为对当今生物学乃至整个科学领域的一个挑战。本文主要致力于对DNA序列结构以及序列中所隐藏规律的研究。 1.2问题重述 2000年6月，人类基因组计划中DNA全序列草图完成，预计2001年可以完成精确的全序列图，此后人类将拥有一本记录着自身生老病死及遗传进化的全部信息的“天书”。这本大自然写成的“天书”是由4个字符A，T，C，G按一定顺序排成的长约30亿的序列，其中没有“断句”也没有标点符号，除了这4个字符表示4种碱基以外，人们对它包含的“内容”知之甚少，难以读懂。破译这部世界上最巨量信息的“天书”是二十一世纪最重要的任务之一。在这个目标中，研究DNA全序列具有什么结构，由这4个字符排成的看似随机的序列中隐藏着什么规律，又是解读这部天书的基础，是生物信息学（Bioinformatics）最重要的课题之一。 虽然人类对这部“天书”知之甚少，但也发现了DNA序列中的一些规律性和结构。例如，在全序列中有一些是用于编码蛋白质的序列片段，即由这4个字符组成的64种不同的3字符串，其中大多数用于编码构成蛋白质的20种氨基酸。又例如，在不用于编码蛋白质的序列片段中，A和T的含量特别多些，于是以某些碱基特别丰富作为特征去研究DNA序列的结构也取得了一些结果。此外，利用统计的方法还发现序列的某些片段之间具有相关性，等等。这些发现让人们相信，DNA序列中存在着局部的和全局性的结构，充分发掘序列的结构对理解DNA全序列是十分有意义的。目前在这项研究中最普通的思想是省略序列的某些细节，突出特征，然后将其表示成适当的数学对象。这种被称为粗粒化和模型化的方法往往有助于研究规律性和结构。 作为研究DNA序列的结构的尝试，提出以下对序列集合进行分类的问题：问题一：下面有20个已知类别的人工制造的序列（见附录），其中序列标号1—10 为A类，11-20为B类。请从中提取特征，构造分类方法，并用这些已知类别的序列，衡量你的方法是否足够好。然后用你认为满意的方法，对另外20个未标明类别的人工序列（标号21—40）进行分类，把结果用序号（按从小到大的顺序）标明它们的类别（无法分类的不写入）： A类； B类。 请详细描述你的方法，给出计算程序。如果你部分地使用了现成的分类方法，也要将方法名称准确注明。
DNA序列的分类模型
第31卷第1期2001年1月 数学的实践与认识 M A TH EM A T I CS I N PRA CT I CE AND TH EO R Y V o l131 N o11 Jan.2001 D NA序列的分类模型 汤诗杰, 周 亮, 王晓玲 指导老师: 孙广中 (中国科技大学,合肥 230026) 编者按: 本文提出了DNA序列分类的三种模型,其一,基于A、G、T、C四种碱基出现的频率;其二利用了 同一碱基在序列中的间隔,这一信息是单纯考虑频率所不能包含的;在第三种模型中,作者把DNA序列视 为一个信息流,考虑每增加一个字符所带来的信息增量.尽管文中信息量的定义方式仍可讨论,但本文思想新颖活跃,有其独特之处.本文最后的分类方法,是以上三种的综合使用. 摘要: 本文针对DNA序列分类这个实际问题,提出了相应的数学模型.为了很好的体现DNA序列的局 部性和全局性的特征,我们给出了衡量分类方法优劣的标准,即在满足一定限制条件的情况下,是否能充分反映序列的各方面特性. 依据我们提出的判别标准,单一标准的分类是无法满足要求的.我们的方法是侧重点不同的三种方法的综合集成.这三种方法分别体现了序列中元素出现的概率,序列中元素出现的周期性,序列所带有的信息含量.利用这个方法,完成了对未知类型的人工序列及自然序列的分类工作.最后,对分类模型的优缺点进行了分析,并就模型的推广作了讨论. 1 问题的提出(略) 2 问题的分析 这是一个比较典型的分类问题,为了表述的严格和方便,我们用数学的方法来重述这个问题.已知字母序列S1,S2,S3……S40,S i=x1x2x3…x n i,其中x j∈{a,t,c,g};有字符序列集合A,B,满足A∩B=<,并当1ΦiΦ10时,S i∈A;当11ΦiΦ20时,S i∈B.现要求考虑当21ΦiΦ40时,S i与集合A及集合B的关系. 在这里,问题的关键就是要从已知的分好类的20个字母序列中提取用于分类的特征.知道了这些特征,我们就可以比较容易的对那些未标明类型的序列进行分类.下面我们将首先对用于分类的标准问题进行必要的讨论. 3 分类的标准及评价 首先,我们提取的特征应该满足以下两个条件: (1)所取特征必须可以标志A组和B组.也就是说,我们利用这些特征应该可以很好的区分已经标示分类的20个序列.这是比较显然的一个理由. (2)所取特征必须是有一定的实际意义的.这一点是决不能被忽视的.比如,如果不考虑模型的实际意义,我们就可以以序列的开头字母为分类标准:已知在B类中的十个序列都是以g t开始的,而已知在A类中10个序列没有以g t开始的,甚至以g开始的都没有.显然这是满足上面的第一个条件的.如果仅因此就认为这种特征是主要的,并简单的利用这个特征将所有待分类的序列分成两类,显然是不甚合理的.
DNA序列问题模型详解
2015年芜湖三校数学建模竞赛 题目 DNA序列问题模型 摘要 DNA 序列是由A，T，G，C 四个表示4 种碱基的字符组成的序列。本文研究DNA 序列的结构找出序列间的差异和对八个物种的DNA序列进行分类。 对于问题一首先对数据运用数理统计方法对数据进行计算，得到八个物种的DNA序列的碱基的丰度、碱基的重复出现情况、碱基之间的相邻情况、不同碱 基的丰度之比的四个特征，通过对这四个特征作出相应的散点图比较得出八个物种的DNA序列间的差异：Human 、Opossum、 Lemur 、Rat等4种DNA序列的长度相同，其他四种DNA序列的长度各不相同，每种DNA序列四种碱基的的 重复情况也各不相同；G碱基的丰度相对于本序列的其他碱基的丰度都要高，碱基A的丰度在各个序列中丰度差不多，其他三种碱基在序列中波动性较大，差异性较大；8种DNA序列中GG、GT的相邻的状况比较明显；各个DNA序列中碱基 丰度比 f、GT f、CT f含量差不多且都含量比较高；其中，DNA序列中TA f、CA f、 GC f含量差不多且都含量比较低。 GA 对于问题二我们首先通过对问题一散点图的分析选取以碱基的丰度和碱基间的丰度之比为分类的指标，构建为分类的特征向量，但这些特征向量之间存在着一定的相关性，我们运用R型聚类选择出相关性程度差的特征向量为Q型聚类的指标。通过Q型聚类我们将这8种DNA序列分为3种分类方式，通过利用means方法，检验各类别在所有变量上的差异，再利用单因素方差分析最终确定将8种DNA序列分为四类。分类结果如下： 第一类：Human 、Mouse； 第二类：Goat、Rabbit； 第三类：Opossum、 Lemur 、Rat ； 第四类：Gallus。 关键词：数理统计；R型聚类；Q型聚类；means法；单因素方差分析法 1 问题重述 DNA 序列是由A，T，G，C 四个表示4 种碱基的字符组成的序列。研究DNA 序列的结构及序列中隐藏的规律，成为生物信息学的重要研究课题。根据表 1 中八个物种的β-球蛋白基因的第一个外显子序列，请解决以下问题： 1.建立数学模型刻画序列间的差异； 2. 对表1中八个物种的DNA序列进行分类。 2 基本假设