肿瘤特征基因选择的互信息最值过滤原则与粒子群优化算法

基因数据小样本、高维数、高冗余的特点常导致特征基因选择出现"维数灾难"和"过拟合",针对这一问题,提出一种特征基因提取算法——互信息最值过滤原则-惯性权重粒子群优化(MIMVFC-IWPSO)算法。首先,借鉴过滤法的思路,通过计算互信息指标,依据互信息最值过滤原则(MIMVFC)获得特征基因候选子集(FGCS),缩小分类操作的范围,提高特征基因被覆盖的概率;接着,对粒子群优化(PSO)算法进行改进,引入惯性权重实现自调节可变惯性权重粒子群优化(IWPSO)算法,使得在算法迭代初期有着快速的全局优化能力,而在算法后期具有较强的局部搜索能力;最后,运用IWPSO从FGCS中提取核心信息基因子集(CFGS),并基于CFGS对样本进行肿瘤与正常组织的分类。采用3个公开的肿瘤基因表达谱数据进行实验,MIMVFC正确分类率优于信噪比(SNR)、t-检验和信息增益(IG)方法,与卡方统计值(Chi-Square)方法接近,而MIMVFC还能利用IWPSO进一步优化结果。基于相同的FGCS,与目前效果较好的二进制粒子群优化与防治基因算法(BPSO-CGA)相比,IWPSO的运算耗时有所增加,但所获得的CFGS规模减小,准确率提高;而与经典PSO相比,所获得的CFGS规模减小、运算耗时减少、准确率提高。实验结果表明MIMVFC-IWPSO具有较好的综合分类性能,能有效提高准确率和效率,可用于多种肿瘤的特征基因选择,辅助指导分子生物学实验设计和验证。

改进的K-means融合微粒群优化的基因选择方法

为了解决基因选择困难问题,提出一种基于改进的K-means算法融合微粒群优化(IKPSO)的基因选择方法。该方法首先运用过滤法(Relief)对基因进行筛选,选择出对分类贡献大的基因构成备选基因子集;然后,利用改进的K-means算法将备选基因子集划分为一定数目的簇,并运用微粒群(PSO)对每一类簇进行搜索选择出相应类簇中的最优和次优基因构成最优特征基因子集;最后,训练支持向量机(SVM),并利用其分类的性能来评价获得的最优特征基因子集的质量。在两个典型的、公开的小样本的高维微阵列数据集上进行的实验,结果表明该IKPSO算法总体分类性能相对较好,并且与传统方法相比,IK-PSO分类性能得到显著的提高,证明了IK-PSO的可行性以及有效性。