一种基因调控网络构建方法、装置、设备、存储介质

本发明涉及基因调控网络，特别涉及一种基因调控网络构建方法、装置、设备、存储介质。

背景技术：

1、基因表达谱是研究基因调控网络的重要数据来源，其中，批量表达数据和单细胞转录组数据是常见的两种类型。批量表达数据由于样本量大而易于获得，但他们只能反映同一样本或组织中所有细胞的平均表达水平，无法捕捉细胞之间的微小且关键差异，这些差异是推断基因相互转录调控的关键。相比之下，单细胞转录组数据能够提供更多有用信息。这些数据能够覆盖每个单个细胞在分化过程中基因表达水平的变化，反映细胞的异质性，并捕捉到不同细胞类型的特征。因此，单细胞转录组数据对于研究基因调控网络和了解细胞状态的变化具有重要意义。目前，单细胞测序技术的迅速发展为单细胞基因调控网络的推断提供了新的机遇和挑战。然而，目前的方法在建模基因调控网络的时变特性方面存在不足，这导致了网络拓扑结构在时间上的不稳定。

2、综上，如何构建一种基因调控网络，使其克服网络拓扑结构在时间上的不稳定，实现对时变特性的建模和分析是本领域有待解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基因调控网络构建方法、装置、设备、存储介质，能够构建一种基因调控网络，使其克服网络拓扑结构在时间上的不稳定，实现对时变特性的建模和分析。其具体方案如下：

2、第一方面，本申请公开了一种基因调控网络构建方法，包括：

3、收集时间序列单细胞rna测序数据，并将所述时间序列单细胞rna测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建所述相邻单细胞的目标基因调控网络；

4、通过所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数；

5、利用交替方向乘子法对所述目标函数求解，以完成目标基因调控网络的构建。

6、可选的，所述收集时间序列单细胞rna测序数据之后，还包括：

7、判断所述时间序列单细胞rna测序数据是否满足多元高斯分布；

8、若所述时间序列单细胞rna测序数据满足多元高斯分布，则触发计算精度矩阵。

9、可选的，所述将所述时间序列单细胞rna测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建所述相邻单细胞的目标基因调控网络，包括：

10、将所述时间序列单细胞rna测序数据输入包含融合拉索惩罚的融合图形套索模型，以便获取各个所述时间序列单细胞rna测序数据的初始基因调控网络。

11、可选的，所述获取各个所述时间序列单细胞rna测序数据的初始基因调控网络之后，还包括：

12、基于相邻单细胞之间的共享基因信息调整所述初始基因调控网络的拓扑结构，以得到目标基因调控网络。

13、可选的，所述通过所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数，包括：

14、通过预设加权核以及所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数。

15、可选的，所述通过预设加权核以及所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数之前，还包括：

16、对所述相邻单细胞的rna测序数据进行主成分分析，以获取相应的低维数据；

17、基于所述低维数据计算对应的单细胞对之间的欧几里得距离，并根据所述欧几里得距离构建相邻单细胞之间的k最近邻图；

18、从所述k最近邻图中获取所述相邻单细胞之间的流形距离；

19、根据所述流形距离和所述相邻单细胞之间的带宽超参数确定预设加权核。

20、可选的，所述基因调控网络构建方法，还包括：

21、利用真实细胞数据集对所述目标基因调控网络进行验证，并获取经过验证后的目标基因调控网络。

22、第二方面，本申请公开了一种基因调控网络构建装置，包括：

23、初始构建模块，用于收集时间序列单细胞rna测序数据，并将所述时间序列单细胞rna测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建所述相邻单细胞的目标基因调控网络；

24、目标函数设置模块，用于通过所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数；

25、函数求解模块，用于利用交替方向乘子法对所述目标函数求解，以完成目标基因调控网络的构建。

26、第三方面，本申请公开了一种电子设备，包括：

27、存储器，用于保存计算机程序；

28、处理器，用于执行所述计算机程序，以实现前述公开的基因调控网络构建方法的步骤。

29、第四方面，本申请公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现前述公开的基因调控网络构建方法的步骤。

30、由此可见，本申请公开了一种基因调控网络构建方法，包括：收集时间序列单细胞rna测序数据，并将所述时间序列单细胞rna测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建所述相邻单细胞的目标基因调控网络；通过所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数；利用交替方向乘子法对所述目标函数求解，以完成目标基因调控网络的构建。可见，通过将收集的时间序列单细胞rna测序数据输入至融合图形套索模型中，通过该融合图形套索模型从时间序列单细胞rna测序数据中筛选出相邻单细胞，并且控制生成相应的单细胞的综合时变特征目标基因调控网络，然后利用相邻单细胞之间的共享基因信息设置目标基因调控网络的目标参数，稳定基因调控网络拓扑结构，实现目标基因调控网络的构建。

技术特征：

1.一种基因调控网络构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，所述收集时间序列单细胞rna测序数据之后，还包括：

3.根据权利要求1所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，所述将所述时间序列单细胞rna测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建所述相邻单细胞的目标基因调控网络，包括：

4.根据权利要求3所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，所述获取各个所述时间序列单细胞rna测序数据的初始基因调控网络之后，还包括：

5.根据权利要求1所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，所述通过所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数，包括：

6.根据权利要求5所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，所述通过预设加权核以及所述相邻单细胞之间的共享基因信息设置所述目标基因调控网络的目标函数之前，还包括：

7.根据权利要求1至6任一项所述的基因调控网络构建方法，其特征在于，还包括：

8.一种基因调控网络构建装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序；其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基因调控网络构建方法的步骤。

技术总结
本申请公开了一种基因调控网络构建方法、装置、设备、存储介质，涉及基因调控网络技术领域，包括：收集时间序列单细胞RNA测序数据，并将时间序列单细胞RNA测序数据输入融合图形套索模型，以筛选出相邻单细胞并控制构建相邻单细胞的目标基因调控网络；通过相邻单细胞之间的共享基因信息设置目标基因调控网络的目标函数；利用交替方向乘子法对目标函数求解，以完成目标基因调控网络的构建。通过该融合图形套索模型从时间序列单细胞RNA测序数据中筛选出相邻单细胞，控制生成相应的单细胞的综合时变特征目标基因调控网络，利用相邻单细胞之间的共享基因信息设置目标基因调控网络的目标参数，稳定基因调控网络拓扑结构。

技术研发人员：刘杰,毛果,庞征斌,左克,王庆林
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17