計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件

計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用講述計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中應(yīng)用的共性問題具體內(nèi)容：生命科學(xué)中的數(shù)值方法、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、生命科學(xué)中的數(shù)學(xué)模型及其求解、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、生物信息學(xué)、生命科學(xué)中的常用軟件等幾個(gè)部分。主要應(yīng)用MATLAB為計(jì)算工具。計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用講述計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中應(yīng)用的共性問題1課程教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)其中：課堂教學(xué)/32學(xué)時(shí)，上機(jī)練習(xí)/16學(xué)時(shí)(生物樓三樓機(jī)房),大作業(yè)/6學(xué)時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)50%，考試成績(jī)50%教材：《計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用》參考書籍：計(jì)算機(jī)數(shù)值方法、MATLAB、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、回歸分析、數(shù)學(xué)建模、生物信息學(xué)等相關(guān)書籍課程教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)2計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)的結(jié)合用計(jì)算機(jī)技術(shù)（數(shù)學(xué)方法）研究和解決生命科學(xué)問題。生命科學(xué)問題的數(shù)量化用生物物質(zhì)制造計(jì)算機(jī)，解決計(jì)算機(jī)發(fā)展存在的問題（存儲(chǔ)和計(jì)算速度）。DNA計(jì)算機(jī)蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)的結(jié)合用計(jì)算機(jī)技術(shù)（數(shù)學(xué)方法）研究和解決生命32004年交大科技消息12004/1/30-“Science”發(fā)表了署名“中國(guó)SARS分子流行病學(xué)協(xié)作課題組”的論文“中國(guó)SARS流行期間SARS冠狀病毒的分子進(jìn)化”論文將2002/2003期間的SARS流行劃分為早、中、晚三期進(jìn)行分析，揭開沙斯分子流行病學(xué)之謎，破解了沙斯冠狀病毒變異和進(jìn)化的規(guī)律。2004年交大科技消息12004/1/30-“Science4主要內(nèi)容課題組完成了來自廣東和香港的SARS發(fā)展各階段的24個(gè)病人的18株SARS冠狀病毒及11份含病毒生物樣品的病毒基因組全序列測(cè)定，結(jié)合已經(jīng)公開的其他32條人類SARS冠狀病毒及2條果子貍的SARS樣冠狀病毒的基因組全序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，研究SARS冠狀病毒在流行過程中的分子變異規(guī)律。通過進(jìn)化模型的計(jì)算獲得了一系列關(guān)鍵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SARS冠狀病毒基因組的中性突變率是穩(wěn)定的，認(rèn)識(shí)到了SARS冠狀病毒基因組各主要片段對(duì)于環(huán)境選擇壓力的不同的響應(yīng)及其與SARS流行過程的相關(guān)性。主要內(nèi)容課題組完成了來自廣東和香港的SARS發(fā)展各階段的245交大科技消息2上海交大和中科院上海營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所協(xié)作攻關(guān)，在試管中完成了DNA計(jì)算機(jī)的雛形研制工作，在實(shí)驗(yàn)上把自動(dòng)運(yùn)行與表面DNA計(jì)算結(jié)合到了一起。這在中國(guó)屬首次，相關(guān)論文已發(fā)表在中國(guó)《科學(xué)通報(bào)》49卷第1期的英文版上。交大科技消息2上海交大和中科院上海營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所協(xié)作攻關(guān)，在6主要內(nèi)容采用雙色熒光標(biāo)記對(duì)輸入與輸出分子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，用測(cè)序儀對(duì)自動(dòng)運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用磁珠表面反應(yīng)法固化反應(yīng)提高可控性操作技術(shù)等，以至最終在一定程度上完成模擬電子計(jì)算機(jī)處理0、1信號(hào)的功能主要內(nèi)容采用雙色熒光標(biāo)記對(duì)輸入與輸出分子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，用測(cè)序7生物計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每個(gè)片段就是一個(gè)鏈。對(duì)問題以新的DNA編碼形式加以解答。蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)利用分子內(nèi)電子或質(zhì)子的傳遞、狀態(tài)的變化等原理制備蛋白質(zhì)晶片代替現(xiàn)有芯片。生物計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)首先是體積小，存儲(chǔ)的信息量大。其次，這種電腦運(yùn)算速度極快。第三是最大限量的減少能耗，DNA電腦的能耗，僅為普通電腦的十億分之一。生物計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每個(gè)片8生物數(shù)學(xué)生物數(shù)學(xué)是生物學(xué)與數(shù)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它以數(shù)學(xué)方法研究和解決生物學(xué)問題，并對(duì)與生物學(xué)有關(guān)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行理論研究。生物數(shù)學(xué)的分支學(xué)科較多，從生物學(xué)的應(yīng)用去劃分，有數(shù)量分類學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)、數(shù)量生態(tài)學(xué)、數(shù)量生理學(xué)和生物力學(xué)等；從研究使用的數(shù)學(xué)方法劃分，又可分為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物信息論、生物系統(tǒng)論、生物控制論和生物方程等分支。生物數(shù)學(xué)生物數(shù)學(xué)是生物學(xué)與數(shù)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它以數(shù)學(xué)方法研9生物數(shù)學(xué)生物學(xué)遺傳學(xué)生態(tài)學(xué)生理學(xué)生物動(dòng)力學(xué)生物分類學(xué)等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)線性代數(shù)信息論微分方程概率論積分變換等計(jì)算機(jī)生物數(shù)學(xué)生物學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)10生物數(shù)學(xué)的發(fā)展過程1901——Pearson,“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)雜志”1920s——Rashevsky,Lotka,生物方程、生物數(shù)學(xué)模型1940s——計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，數(shù)量分類學(xué)、生物控制論、信息論隨之產(chǎn)生1970s——數(shù)學(xué)的各項(xiàng)內(nèi)容應(yīng)用于生物學(xué)，包括經(jīng)典數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)1990s——生物信息處理2000s——計(jì)算生物學(xué)、生物數(shù)學(xué)復(fù)雜模型等生物數(shù)學(xué)的發(fā)展過程1901——Pearson,“生物統(tǒng)計(jì)11

SCIENCEVOL303：6FEBRUARY2004

SCIENCEVO12IntroductoryScienceandMathematicsEducation

for21st-CenturyBiologists

WilliamBialekandDavidBotsteinGalileowrotethat“thebookofnatureiswritteninthelanguageofmathematics”;Nearly400yearslater,thefragmentedteachingofscienceinouruniversitiesstillleavesbiologyoutsidethequantitativeandmathematicalculturethathascometodefinethephysicalsciencesandengineering.IntroductoryScienceandMathe13BialekandBotsteinproposeincorporatingmathematicalandquantitativeapproachesintobiologicalsciencescurricula,notmerelyasprerequisitecoursestobesufferedasariteofpassagebutasfull-fledgedcomponentsofthetrainingofacontemporaryscientist.BialekandBotsteinproposein14第一章緒論第一節(jié)計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用

一、應(yīng)用現(xiàn)狀1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用普遍，計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)、人口學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域。2、生物信息學(xué)、數(shù)值方法、數(shù)據(jù)模型化、最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等在生命科學(xué)中越來越顯示出強(qiáng)有力的作用。3、生命科學(xué)領(lǐng)域中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用起步較晚，主要因?yàn)樯^程非常復(fù)雜，影響因素眾多，內(nèi)在機(jī)理研究難以深入。第一章緒論第一節(jié)計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用15生物產(chǎn)物形成中的細(xì)胞代謝與環(huán)境變化過程生物產(chǎn)物形成中的細(xì)胞代謝與環(huán)境變化過程16計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件17帶有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制的生物反應(yīng)器系統(tǒng)帶有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制的生物反應(yīng)器系統(tǒng)18計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件19雙向凝膠電泳圖雙向凝膠電泳圖20酵母的完整基因表達(dá)圖譜酵母的完整基因表達(dá)圖譜21計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用類型

1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)，如常規(guī)的溫度、壓力、pH值、溶氧濃度；生物醫(yī)學(xué)中的葡萄糖濃度、腦電流等生物電信號(hào)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離線檢測(cè)，如蛋白質(zhì)濃度和DNA、RNA等核酸濃度的測(cè)定，生物特性物質(zhì)的檢測(cè)，生物種群數(shù)目的統(tǒng)計(jì)等。由于生物數(shù)據(jù)的量大面廣，依靠傳統(tǒng)的人工采集數(shù)據(jù)的方法已不能適應(yīng)需要。計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用類型1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)22計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件23計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件24應(yīng)用現(xiàn)狀2、計(jì)算機(jī)對(duì)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理包括生命科學(xué)中各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，生命科學(xué)數(shù)學(xué)模型的建立和求解，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)的控制和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)跟蹤生物量、生物參數(shù)，以及生命科學(xué)和生物工程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如將所測(cè)定的DNA序列對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和處理后確定核苷酸的位置；放射性示蹤物在生物分子中的研究應(yīng)用；利用計(jì)算機(jī)按分子量大小或其它特性自動(dòng)分離生物物質(zhì)；利用計(jì)算機(jī)對(duì)生物工廠進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的誤差自動(dòng)分析處理等。應(yīng)用現(xiàn)狀2、計(jì)算機(jī)對(duì)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理25計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件26cDNAmicroarrayexpressionpatternsofsmall(S)andlarge(L)neuronscDNAmicroarrayexpressionpat27應(yīng)用現(xiàn)狀3、計(jì)算機(jī)在生物信息學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)生物信息的處理是數(shù)據(jù)處理中的一個(gè)特殊部分，生物信息學(xué)已成為一個(gè)單獨(dú)應(yīng)用領(lǐng)域。生物信息學(xué)是以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索、傳輸和分析的科學(xué)，涉及范圍很廣。其研究重點(diǎn)一般為兩個(gè)方面，即基因組學(xué)(Genomics)和蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)。它們涉及對(duì)核酸和蛋白質(zhì)序列信息的獲取、分析和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的查詢和校對(duì)等，包括對(duì)大量基因組數(shù)據(jù)、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)信息，如GenBank、生物分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫MMDB，以及生物類文獻(xiàn)，如MEDLINE和BA（BiologicalAbstract）數(shù)據(jù)庫的檢索等。應(yīng)用現(xiàn)狀3、計(jì)算機(jī)在生物信息學(xué)的應(yīng)用28基因序列同源性比較基因序列同源性比較29應(yīng)用現(xiàn)狀4、計(jì)算機(jī)數(shù)值方法在生命科學(xué)中的應(yīng)用事實(shí)上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，包括生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)處理都是以數(shù)值方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)代生命科學(xué)提出了相當(dāng)多的數(shù)學(xué)問題及復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，涉及到許多非線性的代數(shù)或微分方程，這些方程常常是大量耦合的。對(duì)于這類復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的研究，經(jīng)典的數(shù)學(xué)解析法是無能為力的，必須借助數(shù)值方法應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解。計(jì)算機(jī)數(shù)值法在生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位，是現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)因素。應(yīng)用現(xiàn)狀4、計(jì)算機(jī)數(shù)值方法在生命科學(xué)中的應(yīng)用30應(yīng)用現(xiàn)狀5、計(jì)算機(jī)用于生物工程和生命活動(dòng)的過程控制和過程監(jiān)督。如發(fā)酵工程中，控制方式有人工控制和計(jì)算機(jī)控制兩種，但目前大部分還是人工控制或半人工控制為主，包括經(jīng)典的自動(dòng)控制、順序控制、模擬控制等。計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制能直接實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化，如醫(yī)學(xué)上人工血液輸送系統(tǒng)（人工心臟等）的控制。應(yīng)用現(xiàn)狀5、計(jì)算機(jī)用于生物工程和生命活動(dòng)的過程控制和過程監(jiān)督31本課程內(nèi)容生物信息學(xué)生命科學(xué)中的數(shù)值方法生物統(tǒng)計(jì)學(xué)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理生命科學(xué)中的數(shù)學(xué)模型及其求解生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)生命科學(xué)中的常用軟件實(shí)例涉及到生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域本課程內(nèi)容生物信息學(xué)32課程內(nèi)容——數(shù)值方法主要介紹如何掌握各種數(shù)值計(jì)算技巧，利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際計(jì)算問題，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在各種算法的應(yīng)用，學(xué)以致用。學(xué)習(xí)關(guān)鍵不僅在于能從原理上理解各種算法，而且更重要的是在于合理選擇和應(yīng)用這些算法去解題。數(shù)值方法的基本內(nèi)容包括非線性方程求根、代數(shù)方程組求解、插值法、數(shù)值積分、常微分方程及其方程組求解等。課程內(nèi)容——數(shù)值方法主要介紹如何掌握各種數(shù)值計(jì)算技巧，利用計(jì)33課程內(nèi)容——數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)：定量、簡(jiǎn)便、計(jì)算機(jī)應(yīng)用在生命科學(xué)中，傳統(tǒng)的研究方法如經(jīng)驗(yàn)歸納法等已不能滿足學(xué)科發(fā)展的需要，在工程上數(shù)學(xué)模型已成為一種重要的研究方法?，F(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展越來越多地要求用數(shù)學(xué)的方法對(duì)生命過程進(jìn)行定量研究，建立數(shù)學(xué)模型，以揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。課程內(nèi)容——數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)：定量、簡(jiǎn)便、計(jì)算機(jī)應(yīng)用34課程內(nèi)容——數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一門綜合性的學(xué)科，它和生命科學(xué)相結(jié)合，被具體用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、生命科學(xué)的建模和生命科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展發(fā)揮了積極作用。具體內(nèi)容包括生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差及其分布、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用的處理方法、生命科學(xué)中數(shù)學(xué)模型的建立方法以及生命科學(xué)中常見的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析及其檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用的設(shè)計(jì)方法、回歸正交設(shè)計(jì)和序貫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。課程內(nèi)容——數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一門綜合性35本課程的學(xué)習(xí)目的探索生命科學(xué)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，提高分析數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的能力。了解和掌握計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)數(shù)據(jù)處理與分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模型化中應(yīng)用的基本思想和方法。了解生命科學(xué)的一些相關(guān)軟件。本課程的學(xué)習(xí)目的探索生命科學(xué)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，提高分析數(shù)36第二節(jié)生命科學(xué)中常用的計(jì)算機(jī)軟件概述

生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域以及和生命科學(xué)相交叉的各學(xué)科，均開發(fā)了多種應(yīng)用軟件；如用于數(shù)值計(jì)算的MATLAB軟件、藥物設(shè)計(jì)的分子構(gòu)型軟件、微生物發(fā)酵工程中的控制軟件、生物醫(yī)學(xué)的仿真軟件、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)AUTOCAD等。從網(wǎng)絡(luò)資源來看，提供相關(guān)新聞、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、應(yīng)用軟件和軟件在線服務(wù)、算法等。第二節(jié)生命科學(xué)中常用的計(jì)算機(jī)軟件概述生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域37GCG軟件生物信息學(xué)中使用較廣的軟件。GCG(GeneticsComputerGroup)主要是提供一種計(jì)算機(jī)集成環(huán)境，它將大量序列分析和數(shù)據(jù)庫搜索程序集成在一起，可以訪問各種不同來源的序列數(shù)據(jù)庫。它提供的集成環(huán)境SeqLab（圖形用戶界面）是WisconsinPackage的一部分。WisconsinPackage則是一種綜合性的序列分析程序，由120多個(gè)獨(dú)立的程序組成，用戶為適應(yīng)不同要求，可對(duì)其程序進(jìn)行組合使用。GCG軟件生物信息學(xué)中使用較廣的軟件。GCG(Genetic38GCGGCG支持5種數(shù)據(jù)庫供WisconsinPackage使用，分別是2種核酸數(shù)據(jù)庫和3種蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫。2種核酸數(shù)據(jù)庫是GenBank數(shù)據(jù)庫和EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫。這兩種數(shù)據(jù)庫也可被組合成為一個(gè)庫，稱為GenEMBLPlus。3種蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫是ProteinInformationResource(PIR)國(guó)際蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，SWISS-PROT蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，SP-TrEMBL數(shù)據(jù)庫（由歐洲生物信息學(xué)研究所等開發(fā)）。GCG可以用于核酸和蛋白質(zhì)序列的編輯、搜索、比較、分析等。GCGGCG支持5種數(shù)據(jù)庫供WisconsinPackag39SASSAS(Statisticsanalysissystem)軟件是目前國(guó)際上較流行的、較權(quán)威的一種統(tǒng)計(jì)分析軟件，是由美國(guó)SAS公司研制的，其版本不斷更新，它可作為統(tǒng)計(jì)計(jì)算和繪圖的工具。由于在生命科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理上常需要應(yīng)用回歸的方法、統(tǒng)計(jì)的方法，因此SAS軟件被廣泛用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等的研究中。SASSAS(Statisticsanalysissys40SAS軟件SAS軟件是模塊式結(jié)構(gòu)，具有約20個(gè)模塊，其中常用的有SAS/BASE（基礎(chǔ)）模塊SAS/STAT（統(tǒng)計(jì)）模塊、SAS/GRAPH（圖形）模塊、SAS/ETS（預(yù)測(cè)）模塊、SAS/IML（矩陣運(yùn)算）模塊、SAS/QC（質(zhì)量控制）模塊等。這些SAS模塊可以獨(dú)立使用，也可以相互結(jié)合使用。SAS軟件能夠解決統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一些問題。SAS軟件的使用是建立在SAS數(shù)據(jù)庫之上的，而實(shí)現(xiàn)SAS程序的成功應(yīng)用必須由用戶編制SAS引導(dǎo)程序。SAS引導(dǎo)程序由一系列符合SAS語言的語法規(guī)則的語句所組成。使用前必須對(duì)SAS語言有一定的了解。SAS軟件SAS軟件是模塊式結(jié)構(gòu)，具有約20個(gè)模塊，其中常用41ExcelExcel為Microsoft公司的產(chǎn)品，Excel擴(kuò)展圖表為一特制的數(shù)學(xué)軟件，用戶可在數(shù)據(jù)行或列中輸入數(shù)據(jù)并運(yùn)算，可完成大量的報(bào)表的運(yùn)算和輸出。圖表中任何一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，軟件都會(huì)更新計(jì)算結(jié)果。Excel內(nèi)部也具有部分?jǐn)?shù)值計(jì)算的功能，如方程求解、曲線擬合和最優(yōu)化等，同時(shí)Excel以VisualBASIC作為用戶開發(fā)應(yīng)用的編程語言，可用于數(shù)值計(jì)算。另外Excel也具有可視化工具（如三維立體作圖），將數(shù)值計(jì)算和作圖結(jié)合起來使用，可以進(jìn)行具有相當(dāng)難度的數(shù)值分析。ExcelExcel為Microsoft公司的產(chǎn)品，Exc42MATLABMATLAB為Mathworks公司的主要產(chǎn)品，MATLAB出自于MATrixLABoratory,原意為矩陣實(shí)驗(yàn)室，最開始是專門用于矩陣計(jì)算的軟件。隨著MATLAB推向市場(chǎng)，MATLAB不僅具有了數(shù)值運(yùn)算功能、符號(hào)運(yùn)算功能，而且還具有了數(shù)據(jù)圖示功能。在目前的最新版本MATLAB6.0中，MATLAB不僅在數(shù)值、符號(hào)和圖形等功能上做了進(jìn)一步增強(qiáng)，而且又增加了一些工具箱，以方便不同專業(yè)技術(shù)人員使用（包括生命科學(xué)）。MATLABMATLAB為Mathworks公司的主要產(chǎn)品，43MATLABMATLAB中的函數(shù)和運(yùn)算器有助于多種數(shù)值方法的實(shí)現(xiàn)。MATLAB作為一種高級(jí)語言，它不僅可以以一種人機(jī)交互式的命令行指令操作方式工作，而且還可以如BASIC、FORTRAN、PASCAL、C等高級(jí)語言一樣進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編制一種以m為擴(kuò)展名的文件，即M文件。MATLAB本身的特點(diǎn)，M文件的編制同BASIC、FORTRAN、PASCAL、C等比較起來，有許多無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如語言簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)、調(diào)試容易、調(diào)用方便等，因此可以通過簡(jiǎn)單編程方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算。MATLABMATLAB中的函數(shù)和運(yùn)算器有助于多種數(shù)值方法的44其它的應(yīng)用軟件

DNA分析軟件：GeneConstructKit與大多數(shù)DNA分析的軟件不同，它管理并顯示克隆策略中的分子構(gòu)建過程，包括分子構(gòu)建，電泳條帶。另外，還可以質(zhì)粒作圖。該軟件附有詳細(xì)的在線幫助，可供從事分子生物實(shí)驗(yàn)人員和克隆策略人員備用。其它的應(yīng)用軟件DNA分析軟件：GeneConstruct45其它的應(yīng)用軟件DNA質(zhì)粒構(gòu)建軟件：pDRAW是一個(gè)非常方便的質(zhì)粒繪制工具與DNA分析工具。它包括DNA序列輸入與分析、限制酶消化分析以及環(huán)形與線性DNA圖形輸出等許多功能。主要功能有：（1）對(duì)核酸加上注釋，如基因起點(diǎn)。（2）虛擬克隆酶切片段。（3）序列修改編輯，可以將序列旋轉(zhuǎn)一定的堿基距離，或?qū)⒎较蛳喾础＃?）分析限制性酶切位點(diǎn)，各種酶切位點(diǎn)可以較自由地選擇。（5）ORF分析顯示。（6）在PCR試驗(yàn)中計(jì)算某一對(duì)引物作為PCR的Tm值。（7）可以文本或圖形方式顯示結(jié)果。（8）可以導(dǎo)入的序列。其它的應(yīng)用軟件DNA質(zhì)粒構(gòu)建軟件：pDRAW是一個(gè)非常方便的46蛋白質(zhì)分析軟件：MACAW是一種多序列構(gòu)建與分析軟件。主要用途：通過實(shí)施基因組計(jì)劃，得到了大量的蛋白序列與DNA序列數(shù)據(jù)，了解數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系，查找有用的片段是一個(gè)非常困難的工作。一些片段常常顯示類似的分子結(jié)構(gòu)與生物特性。用人工的方法是不可能完成如此大量的比較工作的。應(yīng)用MACAW程序，借助統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和一定的運(yùn)算規(guī)則，來查找這些片段。其它的應(yīng)用軟件蛋白質(zhì)分析軟件：MACAW是一種多序列構(gòu)建與分析軟件。其它的47蛋白序列分析軟件包ANTHEPROT5.0，包括了蛋白質(zhì)研究領(lǐng)域所包括的大多數(shù)內(nèi)容，功能強(qiáng)大。主要功能：進(jìn)行各種蛋白序列分析與特性預(yù)測(cè),如進(jìn)行蛋白序列二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；在蛋白序列中查找符合PROSITES數(shù)據(jù)庫的特征序列；繪制出蛋白序列的所有理化特性曲線；在Internet或本地蛋白序列數(shù)據(jù)庫中查找類似序列；計(jì)算蛋白序列分子量、比重與各蛋白殘基百分組成；計(jì)算蛋白序列滴定曲線與等電點(diǎn)；選定一個(gè)片段后，繪制HelicalWheel圖；進(jìn)行點(diǎn)陣圖（DotPlot）分析；計(jì)算信號(hào)肽潛在的斷裂位點(diǎn)等。其它的應(yīng)用軟件蛋白序列分析軟件包ANTHEPROT5.0，包括了蛋白質(zhì)研48搜索查看軟件：VectorNTIViewer，方便易用。主要功能：（1）輸入文件格式廣泛，除了moleculedocuments(.gb)本身文件格式外，還能識(shí)別各種數(shù)據(jù)庫應(yīng)用格式軟件：EMBL,GenBank,FASTA,Sequencefiles。（2）全部或部分序列可以拷貝到剪貼板，提供給其他程序使用。（3）載體圖像可以拷貝到剪貼板上供給其他程序使用，或直接存盤成.wmf格式圖像文件。其它的應(yīng)用軟件搜索查看軟件：VectorNTIViewer，方便易用。49主要功能：（4）可以查找特定序列，ORF（可以設(shè)置相關(guān)參數(shù)）、描述載體、限制酶位點(diǎn)、一些功能序列和附注。（5）整個(gè)界面由文本、圖形和序列三部分構(gòu)成，而且點(diǎn)擊任意的序列、RE、基因，圖形和序列均會(huì)自動(dòng)標(biāo)記到相應(yīng)位置，非常直觀方便。（6）載體形狀可以圓形表示，也可以線形表示。（7）可進(jìn)行核酸到蛋白的翻譯。（8）圖形可以放大縮小。其它的應(yīng)用軟件——VectorNTIViewer主要功能：其它的應(yīng)用軟件——VectorNTIViewe50統(tǒng)計(jì)分析軟件：NoSA是一種中文統(tǒng)計(jì)軟件，覆蓋了絕大部分常用的統(tǒng)計(jì)分析方法，融入了當(dāng)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)，從數(shù)據(jù)錄入與管理、統(tǒng)計(jì)分析、繪圖，到結(jié)果管理，能滿足從事各類研究的同學(xué)、專家、學(xué)者對(duì)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析的需要。其它的應(yīng)用軟件統(tǒng)計(jì)分析軟件：NoSA是一種中文統(tǒng)計(jì)軟件，覆蓋了絕大部分常用51檢索軟件：Entrez是NCBI用來在網(wǎng)絡(luò)上查找生物資料的在線系統(tǒng),可以在網(wǎng)上搜索找到相應(yīng)的資料:（1）GenBank,EMBL,DDBJ三大數(shù)據(jù)庫中的DNA序列。（2）Swiss-Prot,PIR,PRF,PDB數(shù)據(jù)庫中的蛋白序列以及從核酸翻譯的蛋白序列。（3）基因組以及染色體作圖數(shù)據(jù)。（4）由pdb衍生的三維蛋白結(jié)構(gòu),NCBI的MolecularModelingDatabase(MMDB)。（5）文獻(xiàn)引用數(shù)據(jù)庫中的引用數(shù)據(jù)。其它的應(yīng)用軟件檢索軟件：Entrez是NCBI用來在網(wǎng)絡(luò)上查找生物資料的在52生化工程中的反應(yīng)器設(shè)計(jì)程序BioStatB發(fā)酵罐控制程序，用來收集發(fā)酵工藝數(shù)據(jù)、并采用模糊控制原理控制工藝參數(shù)；三維分子模型顯示、編輯與構(gòu)建程序，可以用各種模式顯示3維分子，可以將幾個(gè)蛋白疊加起來用來分析結(jié)構(gòu)類似性，比較活性位點(diǎn)或其它有關(guān)位點(diǎn)，通過菜單操作與直觀的圖形，可以很容易獲得氫鍵、角度、原子距離、氨基酸突變等數(shù)據(jù)；生物化學(xué)和微生物的一些基本原理的教學(xué)模擬軟件；DNA和RNA分析軟件；生命科學(xué)閱讀與檢索軟件；輔助進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)處理軟件等其它的應(yīng)用軟件生化工程中的反應(yīng)器設(shè)計(jì)程序其它的應(yīng)用軟件53計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用講述計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中應(yīng)用的共性問題具體內(nèi)容：生命科學(xué)中的數(shù)值方法、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、生命科學(xué)中的數(shù)學(xué)模型及其求解、生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、生物信息學(xué)、生命科學(xué)中的常用軟件等幾個(gè)部分。主要應(yīng)用MATLAB為計(jì)算工具。計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用講述計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中應(yīng)用的共性問題54課程教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)其中：課堂教學(xué)/32學(xué)時(shí)，上機(jī)練習(xí)/16學(xué)時(shí)(生物樓三樓機(jī)房),大作業(yè)/6學(xué)時(shí)成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)50%，考試成績(jī)50%教材：《計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用》參考書籍：計(jì)算機(jī)數(shù)值方法、MATLAB、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、回歸分析、數(shù)學(xué)建模、生物信息學(xué)等相關(guān)書籍課程教學(xué)安排總學(xué)時(shí)：54學(xué)時(shí)55計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)的結(jié)合用計(jì)算機(jī)技術(shù)（數(shù)學(xué)方法）研究和解決生命科學(xué)問題。生命科學(xué)問題的數(shù)量化用生物物質(zhì)制造計(jì)算機(jī)，解決計(jì)算機(jī)發(fā)展存在的問題（存儲(chǔ)和計(jì)算速度）。DNA計(jì)算機(jī)蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)的結(jié)合用計(jì)算機(jī)技術(shù)（數(shù)學(xué)方法）研究和解決生命562004年交大科技消息12004/1/30-“Science”發(fā)表了署名“中國(guó)SARS分子流行病學(xué)協(xié)作課題組”的論文“中國(guó)SARS流行期間SARS冠狀病毒的分子進(jìn)化”論文將2002/2003期間的SARS流行劃分為早、中、晚三期進(jìn)行分析，揭開沙斯分子流行病學(xué)之謎，破解了沙斯冠狀病毒變異和進(jìn)化的規(guī)律。2004年交大科技消息12004/1/30-“Science57主要內(nèi)容課題組完成了來自廣東和香港的SARS發(fā)展各階段的24個(gè)病人的18株SARS冠狀病毒及11份含病毒生物樣品的病毒基因組全序列測(cè)定，結(jié)合已經(jīng)公開的其他32條人類SARS冠狀病毒及2條果子貍的SARS樣冠狀病毒的基因組全序列進(jìn)行生物信息學(xué)分析，研究SARS冠狀病毒在流行過程中的分子變異規(guī)律。通過進(jìn)化模型的計(jì)算獲得了一系列關(guān)鍵的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SARS冠狀病毒基因組的中性突變率是穩(wěn)定的，認(rèn)識(shí)到了SARS冠狀病毒基因組各主要片段對(duì)于環(huán)境選擇壓力的不同的響應(yīng)及其與SARS流行過程的相關(guān)性。主要內(nèi)容課題組完成了來自廣東和香港的SARS發(fā)展各階段的2458交大科技消息2上海交大和中科院上海營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所協(xié)作攻關(guān)，在試管中完成了DNA計(jì)算機(jī)的雛形研制工作，在實(shí)驗(yàn)上把自動(dòng)運(yùn)行與表面DNA計(jì)算結(jié)合到了一起。這在中國(guó)屬首次，相關(guān)論文已發(fā)表在中國(guó)《科學(xué)通報(bào)》49卷第1期的英文版上。交大科技消息2上海交大和中科院上海營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究所協(xié)作攻關(guān)，在59主要內(nèi)容采用雙色熒光標(biāo)記對(duì)輸入與輸出分子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，用測(cè)序儀對(duì)自動(dòng)運(yùn)行過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，用磁珠表面反應(yīng)法固化反應(yīng)提高可控性操作技術(shù)等，以至最終在一定程度上完成模擬電子計(jì)算機(jī)處理0、1信號(hào)的功能主要內(nèi)容采用雙色熒光標(biāo)記對(duì)輸入與輸出分子進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，用測(cè)序60生物計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每個(gè)片段就是一個(gè)鏈。對(duì)問題以新的DNA編碼形式加以解答。蛋白質(zhì)計(jì)算機(jī)利用分子內(nèi)電子或質(zhì)子的傳遞、狀態(tài)的變化等原理制備蛋白質(zhì)晶片代替現(xiàn)有芯片。生物計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)首先是體積小，存儲(chǔ)的信息量大。其次，這種電腦運(yùn)算速度極快。第三是最大限量的減少能耗，DNA電腦的能耗，僅為普通電腦的十億分之一。生物計(jì)算機(jī)DNA計(jì)算機(jī)把二進(jìn)制數(shù)翻譯成遺傳密碼的片段，每個(gè)片61生物數(shù)學(xué)生物數(shù)學(xué)是生物學(xué)與數(shù)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它以數(shù)學(xué)方法研究和解決生物學(xué)問題，并對(duì)與生物學(xué)有關(guān)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行理論研究。生物數(shù)學(xué)的分支學(xué)科較多，從生物學(xué)的應(yīng)用去劃分，有數(shù)量分類學(xué)、數(shù)量遺傳學(xué)、數(shù)量生態(tài)學(xué)、數(shù)量生理學(xué)和生物力學(xué)等；從研究使用的數(shù)學(xué)方法劃分，又可分為生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物信息論、生物系統(tǒng)論、生物控制論和生物方程等分支。生物數(shù)學(xué)生物數(shù)學(xué)是生物學(xué)與數(shù)學(xué)之間的邊緣學(xué)科。它以數(shù)學(xué)方法研62生物數(shù)學(xué)生物學(xué)遺傳學(xué)生態(tài)學(xué)生理學(xué)生物動(dòng)力學(xué)生物分類學(xué)等數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)線性代數(shù)信息論微分方程概率論積分變換等計(jì)算機(jī)生物數(shù)學(xué)生物學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)63生物數(shù)學(xué)的發(fā)展過程1901——Pearson,“生物統(tǒng)計(jì)學(xué)雜志”1920s——Rashevsky,Lotka,生物方程、生物數(shù)學(xué)模型1940s——計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，數(shù)量分類學(xué)、生物控制論、信息論隨之產(chǎn)生1970s——數(shù)學(xué)的各項(xiàng)內(nèi)容應(yīng)用于生物學(xué)，包括經(jīng)典數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)1990s——生物信息處理2000s——計(jì)算生物學(xué)、生物數(shù)學(xué)復(fù)雜模型等生物數(shù)學(xué)的發(fā)展過程1901——Pearson,“生物統(tǒng)計(jì)64

SCIENCEVOL303：6FEBRUARY2004

SCIENCEVO65IntroductoryScienceandMathematicsEducation

for21st-CenturyBiologists

WilliamBialekandDavidBotsteinGalileowrotethat“thebookofnatureiswritteninthelanguageofmathematics”;Nearly400yearslater,thefragmentedteachingofscienceinouruniversitiesstillleavesbiologyoutsidethequantitativeandmathematicalculturethathascometodefinethephysicalsciencesandengineering.IntroductoryScienceandMathe66BialekandBotsteinproposeincorporatingmathematicalandquantitativeapproachesintobiologicalsciencescurricula,notmerelyasprerequisitecoursestobesufferedasariteofpassagebutasfull-fledgedcomponentsofthetrainingofacontemporaryscientist.BialekandBotsteinproposein67第一章緒論第一節(jié)計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用

一、應(yīng)用現(xiàn)狀1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用普遍，計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)、人口學(xué)、藥物動(dòng)力學(xué)、生理學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域。2、生物信息學(xué)、數(shù)值方法、數(shù)據(jù)模型化、最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等在生命科學(xué)中越來越顯示出強(qiáng)有力的作用。3、生命科學(xué)領(lǐng)域中的計(jì)算機(jī)應(yīng)用起步較晚，主要因?yàn)樯^程非常復(fù)雜，影響因素眾多，內(nèi)在機(jī)理研究難以深入。第一章緒論第一節(jié)計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用68生物產(chǎn)物形成中的細(xì)胞代謝與環(huán)境變化過程生物產(chǎn)物形成中的細(xì)胞代謝與環(huán)境變化過程69計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件70帶有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制的生物反應(yīng)器系統(tǒng)帶有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與控制的生物反應(yīng)器系統(tǒng)71計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件72雙向凝膠電泳圖雙向凝膠電泳圖73酵母的完整基因表達(dá)圖譜酵母的完整基因表達(dá)圖譜74計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用類型

1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的在線檢測(cè)，如常規(guī)的溫度、壓力、pH值、溶氧濃度；生物醫(yī)學(xué)中的葡萄糖濃度、腦電流等生物電信號(hào)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離線檢測(cè)，如蛋白質(zhì)濃度和DNA、RNA等核酸濃度的測(cè)定，生物特性物質(zhì)的檢測(cè)，生物種群數(shù)目的統(tǒng)計(jì)等。由于生物數(shù)據(jù)的量大面廣，依靠傳統(tǒng)的人工采集數(shù)據(jù)的方法已不能適應(yīng)需要。計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用類型1、計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)75計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件76計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件77應(yīng)用現(xiàn)狀2、計(jì)算機(jī)對(duì)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理包括生命科學(xué)中各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，生命科學(xué)數(shù)學(xué)模型的建立和求解，利用數(shù)學(xué)模型對(duì)實(shí)驗(yàn)的控制和實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)，實(shí)驗(yàn)跟蹤生物量、生物參數(shù)，以及生命科學(xué)和生物工程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如將所測(cè)定的DNA序列對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和處理后確定核苷酸的位置；放射性示蹤物在生物分子中的研究應(yīng)用；利用計(jì)算機(jī)按分子量大小或其它特性自動(dòng)分離生物物質(zhì)；利用計(jì)算機(jī)對(duì)生物工廠進(jìn)行工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的誤差自動(dòng)分析處理等。應(yīng)用現(xiàn)狀2、計(jì)算機(jī)對(duì)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理78計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)中的應(yīng)用課件79cDNAmicroarrayexpressionpatternsofsmall(S)andlarge(L)neuronscDNAmicroarrayexpressionpat80應(yīng)用現(xiàn)狀3、計(jì)算機(jī)在生物信息學(xué)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)生物信息的處理是數(shù)據(jù)處理中的一個(gè)特殊部分，生物信息學(xué)已成為一個(gè)單獨(dú)應(yīng)用領(lǐng)域。生物信息學(xué)是以計(jì)算機(jī)為工具對(duì)生物信息進(jìn)行儲(chǔ)存、檢索、傳輸和分析的科學(xué)，涉及范圍很廣。其研究重點(diǎn)一般為兩個(gè)方面，即基因組學(xué)(Genomics)和蛋白質(zhì)組學(xué)(Proteomics)。它們涉及對(duì)核酸和蛋白質(zhì)序列信息的獲取、分析和存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的查詢和校對(duì)等，包括對(duì)大量基因組數(shù)據(jù)、蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)信息，如GenBank、生物分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫MMDB，以及生物類文獻(xiàn)，如MEDLINE和BA（BiologicalAbstract）數(shù)據(jù)庫的檢索等。應(yīng)用現(xiàn)狀3、計(jì)算機(jī)在生物信息學(xué)的應(yīng)用81基因序列同源性比較基因序列同源性比較82應(yīng)用現(xiàn)狀4、計(jì)算機(jī)數(shù)值方法在生命科學(xué)中的應(yīng)用事實(shí)上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，包括生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)處理都是以數(shù)值方法和統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)的?，F(xiàn)代生命科學(xué)提出了相當(dāng)多的數(shù)學(xué)問題及復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，涉及到許多非線性的代數(shù)或微分方程，這些方程常常是大量耦合的。對(duì)于這類復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型的研究，經(jīng)典的數(shù)學(xué)解析法是無能為力的，必須借助數(shù)值方法應(yīng)用計(jì)算機(jī)求解。計(jì)算機(jī)數(shù)值法在生命科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)占有極其重要的地位，是現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)因素。應(yīng)用現(xiàn)狀4、計(jì)算機(jī)數(shù)值方法在生命科學(xué)中的應(yīng)用83應(yīng)用現(xiàn)狀5、計(jì)算機(jī)用于生物工程和生命活動(dòng)的過程控制和過程監(jiān)督。如發(fā)酵工程中，控制方式有人工控制和計(jì)算機(jī)控制兩種，但目前大部分還是人工控制或半人工控制為主，包括經(jīng)典的自動(dòng)控制、順序控制、模擬控制等。計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制能直接實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，利用系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)過程優(yōu)化，如醫(yī)學(xué)上人工血液輸送系統(tǒng)（人工心臟等）的控制。應(yīng)用現(xiàn)狀5、計(jì)算機(jī)用于生物工程和生命活動(dòng)的過程控制和過程監(jiān)督84本課程內(nèi)容生物信息學(xué)生命科學(xué)中的數(shù)值方法生物統(tǒng)計(jì)學(xué)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理生命科學(xué)中的數(shù)學(xué)模型及其求解生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)生命科學(xué)中的常用軟件實(shí)例涉及到生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域本課程內(nèi)容生物信息學(xué)85課程內(nèi)容——數(shù)值方法主要介紹如何掌握各種數(shù)值計(jì)算技巧，利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際計(jì)算問題，學(xué)習(xí)的重點(diǎn)放在各種算法的應(yīng)用，學(xué)以致用。學(xué)習(xí)關(guān)鍵不僅在于能從原理上理解各種算法，而且更重要的是在于合理選擇和應(yīng)用這些算法去解題。數(shù)值方法的基本內(nèi)容包括非線性方程求根、代數(shù)方程組求解、插值法、數(shù)值積分、常微分方程及其方程組求解等。課程內(nèi)容——數(shù)值方法主要介紹如何掌握各種數(shù)值計(jì)算技巧，利用計(jì)86課程內(nèi)容——數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)：定量、簡(jiǎn)便、計(jì)算機(jī)應(yīng)用在生命科學(xué)中，傳統(tǒng)的研究方法如經(jīng)驗(yàn)歸納法等已不能滿足學(xué)科發(fā)展的需要，在工程上數(shù)學(xué)模型已成為一種重要的研究方法。現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展越來越多地要求用數(shù)學(xué)的方法對(duì)生命過程進(jìn)行定量研究，建立數(shù)學(xué)模型，以揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)。課程內(nèi)容——數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型的優(yōu)點(diǎn)：定量、簡(jiǎn)便、計(jì)算機(jī)應(yīng)用87課程內(nèi)容——數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一門綜合性的學(xué)科，它和生命科學(xué)相結(jié)合，被具體用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、生命科學(xué)的建模和生命科學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展發(fā)揮了積極作用。具體內(nèi)容包括生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差及其分布、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用的處理方法、生命科學(xué)中數(shù)學(xué)模型的建立方法以及生命科學(xué)中常見的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析及其檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)常用的設(shè)計(jì)方法、回歸正交設(shè)計(jì)和序貫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。課程內(nèi)容——數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一門綜合性88本課程的學(xué)習(xí)目的探索生命科學(xué)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，提高分析數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的能力。了解和掌握計(jì)算機(jī)在生命科學(xué)數(shù)據(jù)處理與分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)模型化中應(yīng)用的基本思想和方法。了解生命科學(xué)的一些相關(guān)軟件。本課程的學(xué)習(xí)目的探索生命科學(xué)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，提高分析數(shù)89第二節(jié)生命科學(xué)中常用的計(jì)算機(jī)軟件概述

生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域以及和生命科學(xué)相交叉的各學(xué)科，均開發(fā)了多種應(yīng)用軟件；如用于數(shù)值計(jì)算的MATLAB軟件、藥物設(shè)計(jì)的分子構(gòu)型軟件、微生物發(fā)酵工程中的控制軟件、生物醫(yī)學(xué)的仿真軟件、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)AUTOCAD等。從網(wǎng)絡(luò)資源來看，提供相關(guān)新聞、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、應(yīng)用軟件和軟件在線服務(wù)、算法等。第二節(jié)生命科學(xué)中常用的計(jì)算機(jī)軟件概述生命科學(xué)中的各個(gè)領(lǐng)域90GCG軟件生物信息學(xué)中使用較廣的軟件。GCG(GeneticsComputerGroup)主要是提供一種計(jì)算機(jī)集成環(huán)境，它將大量序列分析和數(shù)據(jù)庫搜索程序集成在一起，可以訪問各種不同來源的序列數(shù)據(jù)庫。它提供的集成環(huán)境SeqLab（圖形用戶界面）是WisconsinPackage的一部分。WisconsinPackage則是一種綜合性的序列分析程序，由120多個(gè)獨(dú)立的程序組成，用戶為適應(yīng)不同要求，可對(duì)其程序進(jìn)行組合使用。GCG軟件生物信息學(xué)中使用較廣的軟件。GCG(Genetic91GCGGCG支持5種數(shù)據(jù)庫供WisconsinPackage使用，分別是2種核酸數(shù)據(jù)庫和3種蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫。2種核酸數(shù)據(jù)庫是GenBank數(shù)據(jù)庫和EMBL核酸序列數(shù)據(jù)庫。這兩種數(shù)據(jù)庫也可被組合成為一個(gè)庫，稱為GenEMBLPlus。3種蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫是ProteinInformationResource(PIR)國(guó)際蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，SWISS-PROT蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫，SP-TrEMBL數(shù)據(jù)庫（由歐洲生物信息學(xué)研究所等開發(fā)）。GCG可以用于核酸和蛋白質(zhì)序列的編輯、搜索、比較、分析等。GCGGCG支持5種數(shù)據(jù)庫供WisconsinPackag92SASSAS(Statisticsanalysissystem)軟件是目前國(guó)際上較流行的、較權(quán)威的一種統(tǒng)計(jì)分析軟件，是由美國(guó)SAS公司研制的，其版本不斷更新，它可作為統(tǒng)計(jì)計(jì)算和繪圖的工具。由于在生命科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理上常需要應(yīng)用回歸的方法、統(tǒng)計(jì)的方法，因此SAS軟件被廣泛用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等的研究中。SASSAS(Statisticsanalysissys93SAS軟件SAS軟件是模塊式結(jié)構(gòu)，具有約20個(gè)模塊，其中常用的有SAS/BASE（基礎(chǔ)）模塊SAS/STAT（統(tǒng)計(jì)）模塊、SAS/GRAPH（圖形）模塊、SAS/ETS（預(yù)測(cè)）模塊、SAS/IML（矩陣運(yùn)算）模塊、SAS/QC（質(zhì)量控制）模塊等。這些SAS模塊可以獨(dú)立使用，也可以相互結(jié)合使用。SAS軟件能夠解決統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一些問題。SAS軟件的使用是建立在SAS數(shù)據(jù)庫之上的，而實(shí)現(xiàn)SAS程序的成功應(yīng)用必須由用戶編制SAS引導(dǎo)程序。SAS引導(dǎo)程序由一系列符合SAS語言的語法規(guī)則的語句所組成。使用前必須對(duì)SAS語言有一定的了解。SAS軟件SAS軟件是模塊式結(jié)構(gòu)，具有約20個(gè)模塊，其中常用94ExcelExcel為Microsoft公司的產(chǎn)品，Excel擴(kuò)展圖表為一特制的數(shù)學(xué)軟件，用戶可在數(shù)據(jù)行或列中輸入數(shù)據(jù)并運(yùn)算，可完成大量的報(bào)表的運(yùn)算和輸出。圖表中任何一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí)，軟件都會(huì)更新計(jì)算結(jié)果。Excel內(nèi)部也具有部分?jǐn)?shù)值計(jì)算的功能，如方程求解、曲線擬合和最優(yōu)化等，同時(shí)Excel以VisualBASIC作為用戶開發(fā)應(yīng)用的編程語言，可用于數(shù)值計(jì)算。另外Excel也具有可視化工具（如三維立體作圖），將數(shù)值計(jì)算和作圖結(jié)合起來使用，可以進(jìn)行具有相當(dāng)難度的數(shù)值分析。ExcelExcel為Microsoft公司的產(chǎn)品，Exc95MATLABMATLAB為Mathworks公司的主要產(chǎn)品，MATLAB出自于MATrixLABoratory,原意為矩陣實(shí)驗(yàn)室，最開始是專門用于矩陣計(jì)算的軟件。隨著MATLAB推向市場(chǎng)，MATLAB不僅具有了數(shù)值運(yùn)算功能、符號(hào)運(yùn)算功能，而且還具有了數(shù)據(jù)圖示功能。在目前的最新版本MATLAB6.0中，MATLAB不僅在數(shù)值、符號(hào)和圖形等功能上做了進(jìn)一步增強(qiáng)，而且又增加了一些工具箱，以方便不同專業(yè)技術(shù)人員使用（包括生命科學(xué)）。MATLABMATLAB為Mathworks公司的主要產(chǎn)品，96MATLABMATLAB中的函數(shù)和運(yùn)算器有助于多種數(shù)值方法的實(shí)現(xiàn)。MATLAB作為一種高級(jí)語言，它不僅可以以一種人機(jī)交互式的命令行指令操作方式工作，而且還可以如BASIC、FORTRAN、PASCAL、C等高級(jí)語言一樣進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編制一種以m為擴(kuò)展名的文件，即M文件。MATLAB本身的特點(diǎn)，M文件的編制同BASIC、FORTRAN、PASCAL、C等比較起來，有許多無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如語言簡(jiǎn)單、可讀性強(qiáng)、調(diào)試容易、調(diào)用方便等，因此可以通過簡(jiǎn)單編程方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)值計(jì)算。MATLABMATLAB中的函數(shù)和運(yùn)算器有助于多種數(shù)值方法的97其它的應(yīng)用軟件

DNA分析軟件：GeneConstructKit與大多數(shù)DNA分析的軟件不同，它管理并顯示克隆策略中的分子構(gòu)建過程，包括分子構(gòu)建，電泳條帶。另外，還可以質(zhì)粒作圖。該軟件附有詳細(xì)的在線幫助，可供從事分子生物實(shí)驗(yàn)人員和克隆策略人員備用。其它的應(yīng)用軟件DNA分析軟件：GeneConstruct98其它的應(yīng)用軟件DNA質(zhì)粒構(gòu)建軟件：pDRAW是一個(gè)非常方便的質(zhì)粒繪制工具與DNA分析工具。它包括DNA序列輸入與分析、限制酶消化分析以及環(huán)形與線性DNA圖形輸出