一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法技术

本发明专利技术提出了一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法，包括设置基本参数，基本参数包括算法迭代次数G，种群大小N，交叉点判断次数M，并确定可利用的底物集和目标产物；采用基于化学相似性的生物路径编码方法进行种群初始化，生成初始种群，将初始种群设为父代种群；基于生物交叉和生物变异操作对父代种群进行交叉变异，获得子代种群；对父代种群和子代种群进行生物代谢路径评估，得到评估结果；基于父代种群和子代种群的评估结果进行帕累托前沿面排序；判断算法是否满足终止条件，如果不满足条件，则继续进行种群的生物交叉和变异，否则算法终止，输出帕累托前沿面，从帕累托前沿面中选择满足需求的个体。帕累托前沿面中选择满足需求的个体。帕累托前沿面中选择满足需求的个体。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法


[0001]本专利技术属于生物代谢路径设计
，尤其是涉及一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法。

技术介绍

[0002]代谢工程的重点是微生物细胞工厂的工程，通过改变代谢路径来生产化学品、燃料、药品和药物。在代谢工程中，代谢路径的设计在生产增值化合物的过程中起着至关重要的作用。代谢路径设计是通过连接几个前体化合物或异源途径来寻找一组产生目标化合物的生化反应的过程。其中，"目标化合物"是要待生产的感兴趣的化合物，"前体化合物"是合成目标化合物的化合物。但是，生物代谢路径形成的代谢网络系统是非常复杂的，原因有三点：（1）生物代谢系统非常庞大，包括成千上万的反应和代谢物；（2）生物代谢系统非常难以建立数学模型，因为其具有时变性、非线性和不确定性；（3）生物代谢系统的功能是紧密协调的，所以很难进行严格的、定量的化学分析。因此，生物代谢路径设计是一项艰巨的任务。
[0003]传统上，代谢路径的设计是通过调查文献和数据库来寻找候选反应，并将这些反应手动组装成生化途径。这种方法非常依赖本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1：设置基本参数，包括算法迭代次数G，种群大小N，交叉点判断次数M，并确定可利用的底物集和目标产物；步骤2：采用基于化学相似性的生物路径编码方法进行种群初始化，生成初始种群，并将初始种群设为父代种群；步骤3：基于生物交叉和生物变异操作对父代种群进行交叉变异，获得子代种群；步骤4：对父代种群和子代种群进行生物代谢路径评估，得到评估结果；步骤5：基于父代种群和子代种群的评估结果进行帕累托前沿面排序；步骤6：判断算法是否满足终止条件，如果不满足条件，则转到步骤3继续进行种群的生物交叉和变异，否则进入步骤7；步骤7：算法终止，输出帕累托前沿面，从帕累托前沿面中选择满足需求的个体。2.根据权利要求1所述的一种基于改进多目标进化算法的生物代谢路径设计方法，其特征在于：所述步骤2中，基于化学相似性的生物路径编码方法具体包括：步骤201：将化合物和反应处理为反应对；步骤202：计算每个反应对中底物和产物之间的化学相似性，并将其作为附加信息保存于反应对中，然后建立一个总配对池保存这些反应对，并按照不同的化合物进行分类；步骤203：设置目标化合物的底物集，根据底物集中的底物从总配对池中选择相应的反应对，得到初始化的底物池；步骤204：在底物池中随机选择一个底物作为起始化合物，在其对应的底物对中，使用基于化学相似性的轮盘赌策略进行选择；步骤205：如果选择的反应对中的产物不存在于底物池，那么从总配对池中选出产物对应的反应对加入底物池，更新底物池，否则不更新底物池；步骤206：判断产物是否是目标产物，如果是，则算法终止，编码结束，输出编码路径，否则返回步骤204。3.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，曹亚慧，赵鑫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：