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系統生物學研究范文1
關鍵詞：推薦系統；生物信息學
推薦系統(RecommenderSystem)[1]是個性化信息服務的主要技術之一，它實現的是“信息找人，按需服務”；通過對用戶信息需要、興趣愛好和訪問歷史等的收集分析，建立用戶模型，并將用戶模型應用于網上信息的過濾和排序，從而為用戶提供感興趣的資源和信息。生物信息學(Bioinformatics)[2,3]是由生物學、應用數學和計算機科學相互交叉所形成的一門新型學科；其實質是利用信息科學的方法和技術來解決生物學問題。20世紀末生物信息學迅速發展，在信息的數量和質量上都極大地豐富了生物科學的數據資源，而數據資源的急劇膨脹需要尋求一種科學而有力的工具來組織它們，基于生物信息學的二次數據庫[4]能比較好地規范生物數據的分類與組織，但是用戶無法從大量的生物數據中尋求自己感興趣的部分（著名的生物信息學網站NCBI(美國國立生物技術信息中心)，僅僅是小孢子蟲(Microsporidia)的DNA序列就達3399種），因此在生物二次數據庫上建立個性化推薦系統，能使用戶快速找到自己感興趣的生物信息。特別是在當前生物信息數據量急劇增長的情況下，生物信息學推薦系統將發揮強大的優勢。
1推薦系統的工作流程
應用在不同領域的推薦系統，其體系結構也不完全相同。一般而言，推薦系統的工作流程[5]如圖1所示。
(1)信息獲取。推薦系統工作的基礎是用戶信息。用戶信息包括用戶輸入的關鍵詞、項目的有關屬性、用戶對項目的文本評價或等級評價及用戶的行為特征等，所有這些信息均可以作為形成推薦的依據。信息獲取有兩種類型[6]，即顯式獲取(Explicit)和隱式獲取(Implicit)，由于用戶的很多行為都能暗示用戶的喜好，因此隱式獲取信息的準確性比顯式高一些。
(2)信息處理。信息獲取階段所獲得的用戶信息，一般根據推薦技術的不同對信息進行相應的處理。用戶信息的存儲格式中用得最多的是基于數值的矩陣格式，最常用的是用m×n維的用戶—項目矩陣R來表示，矩陣中的每個元素Rij=第i個用戶對第j個項目的評價，可以當做數值處理，矩陣R被稱為用戶—項目矩陣。
(3)個性化推薦。根據形成推薦的方法的不同可以分為三種，即基于規則的系統、基于內容過濾的系統和協同過濾系統。基于規則的推薦系統和基于內容過濾的推薦系統均只能為用戶推薦過去喜歡的項目和相似的項目，并不能推薦用戶潛在感興趣的項目。而協同過濾系統能推薦出用戶近鄰所喜歡的項目，通過用戶與近鄰之間的“交流”，發現用戶潛在的興趣。因此本文所用的算法是基于協同過濾的推薦算法。
(4)推薦結果。顯示的任務是把推薦算法生成的推薦顯示給用戶，完成對用戶的推薦。目前最常用的推薦可視化方法是Top－N列表[7]，按照從大到小順序把推薦分值最高的N個事物或者最權威的N條評價以列表的形式顯示給用戶。
2生物信息學推薦系統的設計
綜合各種推薦技術的性能與優缺點，本文構造的生物信息學推薦系統的總體結構如圖2所示。
生物信息學推薦系統實現的主要功能是在用戶登錄生物信息學網站時，所留下的登錄信息通過網站傳遞到推薦算法部分；推薦算法根據該用戶的用戶名從數據庫提取出推薦列表，并返回到網站的用戶界面；用戶訪問的記錄返回到數據庫，系統定時調用推薦算法，對數據庫中用戶訪問信息的數據進行分析計算，形成推薦列表。
本系統采用基于近鄰的協同過濾推薦算法，其結構可以進一步細化為如圖3所示。算法分為鄰居形成和推薦形成兩大部分，兩部分可以獨立進行。這是該推薦系統有別于其他系統的優勢之一。由于信息獲取后的用戶—項目矩陣維數較大，使得系統的可擴展性降低。本系統采用SVD矩陣降維方法，減少用戶—項目矩陣的維數，在計算用戶相似度時大大降低了運算的次數，提高了推薦算法的效率。
(1)信息獲取。用戶對項目的評價是基于用戶對某一個項目(為表示簡單，以下提及的項目均指網站上的生物物種)的點擊次數來衡量的。當一個用戶注冊并填寫好個人情況以后，系統會自動為該用戶創建一個“信息矩陣”，該矩陣保存了所有項目的ID號以及相應的用戶評價，保存的格式為：S+編號+用戶評價，S用于標記項目，每個項目編號及其評價都以“S”相隔開；編號是唯一的，占5位；用戶評價是用戶點擊該項目的次數，規定其范圍是0~100，系統設定當增加到100時不再變化。這樣做可防止形成矩陣時矩陣評價相差值過大而使推薦結果不準確。(2)信息處理。信息處理是將所有用戶的信息矩陣轉換為用戶—項目矩陣，使用戶信息矩陣數值化，假設系統中有M個用戶和N個項目，信息處理的目的就是創建一個M×N的矩陣R，R[I][J]代表用戶I對項目J的評價。
(3)矩陣處理。協同過濾技術的用戶—項目矩陣的數據表述方法所帶來的稀疏性嚴重制約了推薦效果，而且在系統較大的情況下，它既不能精確地產生推薦集，又忽視了數據之間潛在的關系，發現不了用戶潛在的興趣，而且龐大的矩陣增加了計算的復雜度，因此有必要對該矩陣的表述方式做優化，進行矩陣處理。維數簡化是一種較好的方法，本文提出的算法應用單值分解(SingularValueDecomposition，SVD)技術[8]，對用戶—項目矩陣進行維數簡化。
(4)相似度計算。得到降維以后的用戶矩陣US，就可以尋找每個用戶的近鄰。近鄰的確定是通過兩個用戶的相似度來度量的。本文采用Pearson相關度因子[9]求相似度。(5)計算用戶鄰居。該方法有兩種[10]，即基于中心的鄰居(Center－BasedNeighbor)和集合鄰居(AggregateNeighbor)。本系統采用了第一種方法，直接找出與用戶相似度最高的前N個用戶作為鄰居，鄰居個數N由系統設定，比如規定N＝5。
(6)推薦形成。推薦形成的前提是把當前用戶的鄰居ID號及其與當前用戶的相似度保存到數據庫中，而在前面的工作中已找出各用戶的鄰居以及與用戶的相似度，推薦形成部分只需要對當前登錄用戶進行計算。推薦策略是：對當前用戶已經訪問過的項目不再進行推薦，推薦的范圍是用戶沒有訪問的項目，其目的是推薦用戶潛在感興趣的項目；考慮到系統的項目比較多，用戶交互項目的數量很大，所以只篩選出推薦度最大的N個項目，形成Top－N推薦集，設定N＝5。
3生物信息學推薦系統的實現
生物信息學推薦系統的實現可以用圖4來表示。數據庫部分主要存儲用戶信息和項目信息，用SQLServer2000實現。
數據訪問層實現了與用戶交互必需的存儲過程以及觸發器，也使用SQLServer2000，主要完成以下功能：初始化新用戶信息矩陣；插入新項目時更新所有用戶的信息矩陣；用戶點擊項目時更新該用戶對項目的評價；刪除項目時更新所有用戶的信息矩陣。用戶訪問層主要涉及網頁與用戶的交互和調用數據訪問層的存儲過程，在這里不做詳細的介紹。
推薦算法完成整個個性化推薦的任務，用Java實現。(1)數據連接類DataCon。該類完成與SQLServer2000數據庫的連接，在連接之前必須要下載三個與SQLServer連接相關的包，即msutil.jar、msbase.jar和mssqlserver.jar。
(2)數據操作類DataControl。該類負責推薦算法與數據庫的數據交換，靜態成員Con調用DataCon.getcon()獲得數據庫連接，然后對數據庫進行各種操作。把所有方法編寫成靜態，便于推薦算法中不創建對象就可以直接調用。
(3)RecmmendSource與CurrentUserNeighbor。這兩個類作為FCRecommand類的內部類，RecmmendSource用于保存當前用戶的推薦列表，包括推薦項目號和推薦度；CurrentUserNeighbor用于保存鄰居信息，包括鄰居ID號、相似度及其訪問信息。
(4)協同過濾推薦算法FCRecommand。該類實現了整個推薦算法，主要分為鄰居形成方法FCArithmetic和推薦形成方法GenerateRecommend。
下面給出方法FCArithmetic的關鍵代碼：
Matrixuser_item=this.User_Item_Arry();//獲取用戶—項目矩陣
user_item=this.SVD_Calculate(user_item);//調用SVD降維方法
Vectorc_uservector=newVector();//當前用戶向量
Vectoro_uservector=newVector();//其他用戶向量
Vectorc_user_correlate_vector=newVector();
//當前用戶與其他用戶之間相似度向量
for(inti=0;ifor(intj=0;jc_uservector.addElement(user_item.get(i,j));
//1.獲得當前用戶向量
for(intk=0;ko_uservector.clear();
for(intl=0;lo_uservector.addElement(user_item.get(k,l));
//2.獲得其他用戶的向量
//3.計算當前用戶與其他用戶的相似度
usercorrelativity=this.Correlativity(c_uservector,o_uservector);
c_user_correlate_vector.addElement(usercorrelativity);
}
//4.根據當前用戶與其他用戶的相似度，計算其鄰居
this.FindUserNeighbor(i,c_user_correlate_vector);
}
根據鄰居形成方法FCArithmetic，可以得到每個用戶的鄰居。作為測試用例，圖6顯示用戶Jack與系統中一部分用戶的相似度，可以看出它與自己的相似度必定最高；并且它與用戶Sugx訪問了相同的項目，它們之間的相似度也為1，具有極高的相似度。
4結束語
在傳統推薦系統的基礎上，結合當前生物信息學網站的特點，提出一個基于生物信息平臺的推薦系統，解決了傳統生物信息網站平臺信息迷茫的缺點，為用戶推薦其感興趣物種的DNA或蛋白質序列。
優點在于協同過濾的推薦算法能發現用戶潛在的興趣，能促進生物學家之間的交流；推薦算法的鄰居形成與推薦形成兩部分可以單獨運行，減少了系統的開銷。進一步的工作是分析生物數據的特點及生物數據之間的關系，增加用戶和項目數量，更好地發揮推薦系統的優勢。
參考文獻：
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系統生物學研究范文2
關鍵詞：學前兒童；體能訓練；生物學；特征
中圖分類號：G613.7 文獻標識碼：B 收稿日期：2016-04-25
1.運動系統
（1）骨骼。兒童的骨骼正處于快速生長發育階段，軟骨組織成分較多，有機物質和水分較多，無機鹽少。在成年人的骨骼中無機物和有機物的比例為7∶3，而學前兒童的骨骼中無機物和有機物的百分比各半。兒童骨骼硬度小但彈性比較大，不易骨折但易于發生變形和彎曲。在發育過程中，如果矯正不及時，身體骨骼的大部位很容易變形。骨骼成分隨著年齡的不斷增長而發生變化。
（2）關節。對于學前兒童來說，其關節軟骨相對較厚，關節窩比較淺，韌帶以及關節囊的伸展性較大，但韌帶較薄且松弛。所以學前兒童的關節活動范圍較成年人更大，但牢固性較差，容易脫臼。
隨著年齡的增長，學前兒童骨骼肌 肉不斷發育，關節窩厚度逐漸增加，韌帶增厚，肌腱力量加強，關節的活動范圍逐漸縮小，近5歲時，肌肉水分減少，韌帶和肌肉力量增強，關節的穩定性也得到增強，因此兒童在體育練習的過程中要做到循序漸進。
（3）肌肉。人體的肌肉有很多種， 運動系統的肌肉是附于骨骼上的骨骼肌。骨骼肌受神經系統的支配，成為運動的動力。而對于學前兒童來說，幼兒肌肉嫩，蛋白質、無機鹽較少，水分較多，收縮能力較弱，動作力量和耐力不足，因而容易疲勞。隨著年齡的增長，肌肉內有機物增多，肌肉重量增加，肌肉力量相應增強，肌肉水分減少。學前兒童上下肢大肌肉群發育較小肌肉群要早，但是不易掌握精細的動作。所以，教師要根據學前兒童的肌肉、骨骼以及關節的特點指導他們進行鍛煉。發展學前兒童的肌肉力量是一個循序漸進的過程，千萬不可操之過急。
2.心血管系統和呼吸系統
心血管系統和呼吸系統是耐力素質訓練重要的生理基礎，所以適宜的耐力練習是提高心血管系統和呼吸系統水平的重要手段。在安排運動練習時，體育教師要善于根據動作的結構特點、動作節奏或用力情況，教會兒童在運動中調節呼吸，學會運動與呼吸相配合。由于無效腔的存在，在運動的過程中加大呼吸深度才能有效地提高肺通氣量，所以在運動中要讓孩子們學會深呼吸。同時深呼吸對心臟有良好的擠壓作用，有利于靜脈血回心。但是在運動練習的過程中要注意控制運動負荷，避免兒童長時間憋氣。
3.神經系統
神經系統是發育最早最快的器官，出生后的小兒脊髓反射的神經通路已經發育完全，在嬰兒期就可以形成簡單的暫時聯系；3～6歲大腦皮層各個區域之間增加了暫時聯系的可能性，分化水平大大提高；3歲時小腦發育基本上達到成人水平，能維持身體的平衡和動作的穩定性；6歲時條件反射的形成已比較穩定，形成動作技能的能力更大。神經系統對機體指揮能力的提高主要表現在機體的速度素質、動作的靈敏性以及身體的平衡性和協調性上。
（1）速度素質與神經系統的關系。速度素質與神經系統的發育程度有著密切的聯系。速度素質包括反應速度、動作速度和位移速度。反應速度的快慢主要取決于興奮通過反射弧所需要的時間（即反應時）的長短、中樞神經系統的機能狀態和運動條件反射的鞏固程度。反應時間是決定反應速度快慢的基礎，反應時間的長短主要取決于感受器的靈敏程度（興奮閾值的高低）、中樞延擱和效應器的興奮性。動作速度主要是由肌纖維類型的百分組成及面積、肌肉力量、肌肉組織的興奮性和運動條件反射的鞏固程度等因素所決定的。移動速度的主要影響因素是步長和步頻。移動速度主要取決于動作頻率，即單位時間內完成的動作周期數和每一個動作周期在特定運動方向上的位移幅度。這兩個因素狀況的改善以及它們之間的合理組合是提高移動速度的關鍵。
（2）身體的柔韌和協調性。神經系統對骨骼肌的調節能力，尤其是主動肌與對抗肌之間協調關系的改善，以及肌肉收縮與放松調節能力的提高，可以減少由于對抗肌緊張而產生的阻力，有利于增大運動幅度，提高柔韌素質。同時身體平衡性的練習有利于改善前庭器官的功能，改善神經系統對肌肉的調節作用。
參考文獻：
系統生物學研究范文3
關鍵詞：Android；高校學生信息服務系統；應用
中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0057-01
1 Android平臺特點及優勢
Android一詞在漢語中被翻譯成“機器人”，其在本文的意思是美國谷歌公司在2007年時所推出的一個開源性手機操作系統，由底層Linux操作系統、核心應用程序和中間件這三部分組成。Android平臺同其他操作平臺相比，之所以具有更強的競爭力是由于其結構特點所造成的，是其他平臺所不可比擬的。
1）其應用程序的框架中，組件可以被替換或者重用；2）手機是可以移動的，因此，其應用的虛擬機具有占用內存空間小，運行速度快的特點；3）其采用的瀏覽器引擎是公開源代碼的；4）其采用更先進的圖形庫，定制2D和3D的圖形庫，并且使3D圖形功能標準化；5）應用SQLite（輕量級數據庫管理軟件）來進行數據儲存，其占用資源空間極低，支持事務處理等應用功能；6）支持多媒體功能，支持圖像及音視頻格式較多，例如：MP3、MPEG4、GIF、PNG、AAC等；7）支持2G移動通信技術；8）支持藍牙、3G以及無線網技術；9）支持衛星定位系統、照相等功能應用；10）其具有較大的開發環境，開發插件強大，便于開發新的應用系統。
2 高校學生信息服務系統主要需求
當下，數字化校園理念一經提出，就受到了高校廣大師生的熱烈追捧，該系統主要是為教師、學生以及家長之間搭建一個有效溝通交流的平臺，而該平臺正是將利用Android平臺來實現。
1）高校學生信息服務系統中的功能性需求。高校學生信息服務系統的應用用戶主要為教師、學生以及家長，而這三種用戶對該系統的需求各有不同。教師應用該系統主要是信息、記錄相關信息、與學生、家長相互交流以及共享資料等；學生應用該系統主要是查看信息、信息、記錄相關的信息、與教師、家長相互交流，與教師所應用有不同之處；而家長應用該系統主要是用來查詢信息、與教師和學生相互交流記憶對學校建設、教師管理等方面提出建議和意見等。
2）高校學生信息服務系統中的特殊性能需求。由于高校學生信息服務系統是為教師、學生以及家長這三類用戶所提供信息服務，所以相對來說要對智能手機其操作系統、應用界面、數據傳輸及存儲和通信網絡技術等的要求更為嚴格。一是應用的手機操作系統要有自己的用戶規模，讓教師、學生以及家長能夠利用該系統查詢自己所需信息，并且操作要更為簡單，能夠隨時使用3G網絡；二是對應用界面的要求，設計應便于訪問，同樣要求操作簡單；三是對數據傳輸及存儲的要求較為嚴格，要具有安全性，確保在提取數據時高效、準確；四是通信網絡技術方面依據系統的要求，可以實現在公共互聯網上進行正常通信，能夠實現數據的傳輸和接收。
3 基于Android系統開發的高校學生信息服務系統的實現
1）開發環境的搭建。 開發所用操作系統為：Windows XP SP3；所用開發語言版本為：Java 1.6；所用開發工具為：Myeclipse 9.0；開源服務器為：Tomcat 6.0；數據庫為：MySQL。
開發環境的重點在于Android系統開發環境的搭建。首先需要下載相應的JDK，然后是配置Android針對Myeclipse開發工具的相關插件，即Android Development Tools，最后是Tomcat的安裝，并與Myeclipse的集成。當上述工具均配置完成后，Android系統的開發環境便搭建完成，接下來就可以進行基于Android系統應用的開發工作了。
開發Android應用程序的一般步驟為：①創建工程；②對工程進行啟動配置；③編寫相關代碼；④啟動工程進行調試。
2）開發工具簡介。選擇優秀的開發工具是開發Android應用程序的必要條件。在Android SDK的一系列工具當中，包括硬件虛擬設備與模擬器、Android資源打包輔助工具、Dalvik監視服務以及Android調試橋工具等。
AVD是運行Android系統的虛擬設備。開發的Android應用程序必須通過AVD才能運行。其內容包括：照相機、內存和鍵盤等硬件相關配置、系統版本的選擇、硬件外觀和屏幕尺寸大小、擴展卡大小以及AVD相關文件的位置等。
Android設備模擬器是運行Dalvik虛擬機的工具。它可以讓開發者開發的Android應用程序像運行在手機一樣運行在開發環境中，無需將其安裝在真實的手機環境中進行測試，大大提高了開發調試效率。
資源打包輔助工具，即AATP，是可對應用程序進行打包的輔助工具?？蓪⒏鞣N資源文件以及相關代碼文件一并打包成可安裝運行的.apk文件。
調試監視服務，即DDMS，是可視化的調試以及監視工具。它主要監視應用程序的運行、內存分配、堆棧的使用等情況。
調試橋及DX工具，是將Java的.class文件轉換成虛擬機可執行的.dex文件。
3）應用程序開發的關鍵點。首先是Android界面的設計與實現。主要是利用Java語言實現相關業務邏輯，利用XML語言描述界面布局。借用Java語言中的UI設計理念，利用事件響應機制與布局的管理，每個XML可以嵌套多個View，這樣可以豐富用戶界面的設計。其次是數據的交互操作。采用MySQL來存儲數據，客戶端必須通過網絡與服務器端進行數據的交互。實現此方法需滿足兩個必要條件，即兩端網絡的相互訪問以及數據庫對于服務端的開通連接。當這兩個條件滿足后，兩端才可進行數據的操作。操作包括用戶客戶端提出查詢請求時，會向相關服務器端提出請求，服務器端會返回客戶端的查詢信息；用戶客戶端提出寫入請求時，服務器端將寫入數據，并返回是否寫入成功的信息。
4 結束語
綜上所述，由于智能手機在高校校園中的廣泛應用，將Android平臺應用到高校學生信息服務系統中，能夠有效的解決隨時應用電腦的不便捷問題，教師、學生和家長為該信息服務系統的應用者，為其搭建一個良好的溝通交流平臺是非常有必要的。本文針對如何將Android平臺應用到高校學生信息服務系統中做出了一定的介紹和建議，希望能給高校相關人士一些實用性參考，使校園的信息服務功能更強大。
參考文獻
[1]溫敏，艾麗蓉，王志國.Android智能手機系統中文件實時監控的研究與實現[J].科學技術與工程，2009（07）.
系統生物學研究范文4
關鍵詞： 試題結構 命題特點 答卷分析 建議
一﹑試題分析
學考物理試題是嚴格根據《普通高中新課程標準實驗教科書》和《普通高中學業水平考試大綱》的要求命題的，考查學生在高中階段所學基礎知識、基本技能的掌握程度，以及應用知識分析、解決問題的能力。試卷面向全體學生，保證了試卷的相對穩定，體現了一定的區分度，遵循中學物理新課程標準，適合高中物理教學的要求，體現了新課改下高中物理的教學理念。
（一）試題結構。
由選擇、填空、計算題構成。其中，選擇占分值的40%；非選擇占分值的60%。
1.試題范圍：必修1、2和選修三個模塊的內容，兩個必修模塊約占80%，選修模塊占20%。
2.試卷分第Ⅰ卷和Ⅱ卷：Ⅰ卷共80分，Ⅱ卷共20分。
3.考試方式閉卷，時間90分鐘。
4.試題類型、題量及分值：
（二）命題特點。
1.遵循考綱，注重基礎。
試題符合《新課程標準》對必修內容的要求，符合《高中物理學業水平考試大綱》。全卷既注重基礎知識的考查，又突出應用物理知識分析和解決實際問題能力的考查。
2.難易適中，考查全面。
試題難度適中，反映出高中物理學考性質。全卷所考查的知識點多，覆蓋面廣。
3.題型穩定，多常規題改造。
試卷保持選擇、填空、計算三種題型不變，把實驗題合并在填空題中，未出現偏題、怪題，利于學生答題。
4.兼顧實驗，體現新課改理念。
試題注重與生活、社會的聯系，關注科技發展和社會熱點，具有較強的時代氣息。實驗試題雖然不多，但是答案具有一定的開放性。
二、答卷分析
抽樣試卷整體情況（抽樣試卷60份）：
選擇題得分率參見下表
根據各閱卷點閱卷情況的反饋和對選擇題選項的分析，考生在答題中主要存在以下問題。
①知識掌握不全面，基礎知識不扎實。
②利用基本知識分析解決問題的能力欠佳，概念和規律的理解不透徹、不深入，掌握不牢固。
③解題不規范，表述不嚴密，答題隨意。
④實驗的理論和操作能力較差。
三、對今后教學的建議
（一）加強基礎知識和基本技能的訓練。
認真領會學習學考標準，注重學生對基本概念和基本規律的理解，明確概念與概念之間，概念與規律之間，以及規律與規律之間的相互聯系與區別。同時還要重視教材，做到因材施教。
（二）加強對學生知識形成過程的教學，培養和提高學生解決實際問題的能力。
強調知識的重要性，更要強調知識的形成過程，要在理解和掌握知識的基礎上，在感知和探究知識的過程中培養和提高學生分析問題的能力。要做好這項工作，首先要認真研究學生的認知心理特征，抓好物理概念、原理、規律的教學，寓知識傳授于具體、生動的問題情景之中，激發學生的學習興趣。
（三）培養良好的答題習慣，提高學科素養。
用準確的物理語言描述物理現象和運動過程，表述自己的觀點和解答思路；用規范的示意圖反映物理情景，簡化物理模型等，這是高中學生必須形成的物理素養。因此，教學中要重視讓學生把觀察到的物理現象、實驗探究的過程、結論、物理概念、物理規律等問題經過思維加工，用準確的語言或書面文字陳述，提高學生運用文字或語言表達物理問題的能力。
（四）加強實驗教學，注重對實驗的體驗。
精心設計每一次實驗，盡可能優化實驗探究過程，讓學生在探究過程中理解知識，同時培養學生動手、動腦、觀察和思考的能力。重視演示實驗的教學，讓學生有目的地進行觀察和思考。
四、命題建議
（一）開放性的試題能促進學生積極思考，提高學生的思維品質，有利于學生能力培養，是值得提倡的。
系統生物學研究范文5
[關鍵詞] 系統生物學；基因組學；蛋白質組學；計算生物學
[中圖分類號] R34 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-7210（2008）09（b）-020-03
近代生物學研究主要是以分子生物學和細胞生物學研究為主。研究方法皆采用典型的還原論方法。目前為止，還原論的研究已經取得了大量的成就，在細胞甚至在分子層次對生物體都有了很具體的了解，但對生物體整體的行為卻很難給出系統、圓滿的解釋。生物科學還停留在實驗科學的階段，沒有形成一套完整的理論來描述生物體如何在整體上實現其功能行為，這實際上是還停留在牛頓力學思想體系的簡單系統的研究階段。但是生物體系統具有紛繁的復雜性[1，2]。盡管對一個復雜的生物系統來說，研究基因和蛋白質是非常重要的，而且它將是我們系統生物學的基礎，但是僅僅這些尚不能充分揭示一個生物系統的全部信息。這種研究結果只限于解釋生物系統的微觀或局部現象，并不能解釋系統整體整合功能的來源，不能充分揭示一個生物系統的信息，且忽略了系統中各個層面的交互、支持、整合等作用,限制了生物學研究的發展。在這種現狀下，20世紀末人類基因組計劃完成后，生物學領域的科學家都在考慮一個問題：未來生物學研究的方向在哪里？為此學術界也不乏辯論。得出的共識是：生物學的發展未來主要面對如下問題：(1)如何弄清楚單一生物反應網絡，包括反應分子之間的關系、反應方式等；(2)如何研究生物反應網絡之間的關系，包括量化生物學反應及生物反應網絡；(3)如何利用計算機信息及生物工程技術進行生物反應，生物反應網絡，乃至器官及生物體的重建。
早在1969年，Bertalanfy LV就提出了一般系統理論(general systems theory)，他在文章中指出生物體是一個開放系統，對其組成及生物學功能的深入研究最終需要借助于計算機和工程學等其他分支學科才能完成[3]。1999年，由Leroy Hood創立的系統生物學(systems biology)則是在以還原論為主流的現代生物學中反其道而行之，把這種以整體為研究對象的概念重新提出。他給系統生物學賦予了這樣的定義，系統生物學(systems biology)是研究一個生物系統中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成，以及在特定條件下這些組分間的相互關系的學科。換言之，以往的實驗生物學僅關心基因和蛋白質的個案，而系統生物學則要研究所有的基因、所有的蛋白質、組分間的所有相互關系。顯然，系統生物學是以整體性研究為特征的一種大科學，是生物學領域革命性的方法論。以胡德的觀點，基因、蛋白質以及環境之間不同層次的交互作用共同架構了整個系統的完整功能。因此，用系統的方法來理解一個生物系統應當成為并正在成為生物學研究方法的主流。利用系統的方法對其進行解析，綜合分析觀察實驗的數據來進行系統分析。具體通過建立一定的數學模型，并利用其對真實生物系統進行預測來驗證模型的有效性，從而揭示出生物體系所蘊涵的奧秘，這正是生物學研究方法的關鍵所在。
1 系統生物學的主要研究內容
系統生物學主要研究實體系統(如生物個體、器官、組織和細胞)的建模與仿真、生化代謝途徑的動態分析、各種信號轉導途徑的相互作用、基因調控網絡以及疾病機制等[4，5]。
系統生物學的首要任務是對系統狀態和結構進行描述，即致力于對系統的分析與模式識別，包括對系統的元素與系統所處環境的定義，以及對系統元素之間的相互作用關系和環境與系統之間的相互作用的深入分析。具體如生物反應中反應成分之間的量的關系，空間位置，時間次序，反應成分之間的因果關系，特別是反饋調節和變量控制等有關整個反應體系的問題等。其次要對系統的演化進行動態分析，包括對系統的穩態特征、分岔行為、相圖等的分析。掌握了系統的基本演化機制，使系統具有目標性和可操作性，使之按照我們所期望的方向演化，也有助于我們重新構建或修復系統，為組織工程學的組織設計提供指導。另外，系統科學對生物系統狀態的描述是分層次的，對不同層次進行的描述可能是完全不同的；系統科學對系統演化機制的分析更強調整體與局部的關系，要分析子系統之間的作用如何形成系統整體的表現、功能，而且對系統整體的每一行為都要找出其與微觀層次的聯系。
系統生物學的研究包括兩方面的內容。首先是實驗數據的取得，這主要包括提供生物數據的各種組學技術平臺，其次是利用計算生物學建立生物模型。因此科學家把系統生物學分為“濕”的實驗部分（實驗室內的研究)和“干”的實驗部分（計算機模擬和理論分析)?！皾瘛薄ⅰ案伞睂嶒灥耐昝勒喜攀钦嬲南到y生物學。
系統生物學的技術平臺主要為各種組學研究。這些高通量的組學實驗構成了系統生物學的技術平臺。提供建立模型所需的數據，并辨識出系統的結構。其中包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、相互作用組學和表型組學計算生物學通過建模和理論探索?？梢詾樯锵到y的闡明和定量預測提供強有力的基礎。計算生物學包括數據開采和模擬分析。數據開采是從各實驗平臺產生的大量數據和信息中抽取隱含其內的規律并形成假說。模擬分析是用計算機驗證所形成的假說，并對擬進行的體內、體外生物學實驗進行預測，最終形成可用于各種生物學研究和預測的虛擬系統。計算生物學涉及一些新的數學原理和運算規則，需要物理和數學來研究生物學的最基本的原理，也需要計算科學、信息學、工程學等進行生物工程重建和生物信息傳遞的研究。
2 系統生物學的研究思路及特點
系統生物學識別目標生物系統中的各種因素，然后構架一個系統模型，在其中賦予這個生物系統能動性。在此模型中研究細胞、組織、器官和生物體整體水平，研究結構和功能各異的各種分子及其相互作用，并通過計算生物學來定量描述和預測生物功能、表型和行為。系統生物學最大的特點即整合。這里的整合主要包括三重含義。首先，把系統內不同性質的構成要素(DNA、mRNA、蛋白質、生物小分子等)整合在一起進行研究；其次，對于多細胞生物，系統生物學要實現從基因到細胞、到器官、到組織甚至是個體的各個層次的整合。第三，研究思路和方法的整合。經典的分子生物學研究是一種垂直型的研究，即采用多種手段研究個別的基因和蛋白質。而基因組學、蛋白質組學和其他各種“組學”則是水平型研究，即以單一的手段同時研究成千上萬個基因或蛋白質。而系統生物學的特點，則是要把水平型研究和垂直型研究整合起來，成為一種“三維”的研究[6]。
3 系統生物學的研究方法
系統生物學最重要的研究手段是干涉(perturbation)。系統生物學的發展正是由于對生物系統的干擾手段不斷進步促成的。干涉主要分為從上到下(top-down)或從下到上(bottom-up)兩種。從上到下，即由外至里，主要指在系統內添加新的元素，觀察系統變化。例如，在系統中增加一個新的分子以阻斷某一反應通路。而從下到上，即由內到外，主要是改變系統內部結構的某些特征，從而改變整個系統，如利用基因敲除，改變在信號傳導通路中起重要作用的蛋白質的轉錄和翻譯水平[7]。
目前國際上系統生物學的研究方法根據所使用研究工具的不同可分為兩類：一類是實驗性方法，一類是數學建模方法。實驗性方法主要是通過進行控制性的反復實驗來理解系統[8，9]。首先明確要研究的系統以及所關注的系統現象或功能，鑒別系統中的所有主要元素，如DNA、mRNA、蛋白質等，并收集所有可用的實驗數據，建立一個描述性的初級模型(比如圖形的)，用以解釋系統是如何通過這些元素及其之間的相互作用實現自身功能的。其次在控制其他條件不變的情況下，干擾系統中的某個元素，由此得到這種干擾情況下系統各種層次水平的一些數據，同時收集系統狀態隨時變化的數據，整合這些數據并與初級模型進行比較，對模型與實際之間的不符之處通過提出各種假設來進行解釋，同時修正模型。再設計不同的干擾，重復上面的步驟，直到實驗數據與模型相一致為止。
數學建模[10，11]方法在根據系統內在機制對系統建立動力學模型，來定量描述系統各元素之間的相互作用，進而預測系統的動態演化結果。首先選定要研究的系統，確定描述系統狀態的主要變量，以及系統內部和外部環境中所有影響這些變量的重要因素。然后深入分析這些因素與狀態變量之間的因果關系，以及變量之間的相互作用方式，建立狀態變量的動態演化模型。再利用數學工具對模型進行求解或者定性定量分析，充分挖掘數學模型所反映系統的動態演化性質，給出可能的演化結果，從而對系統行為進行預測。
4 當代系統生物學研究熱點
基因表達、基因轉換開關、信號轉導途徑，以及系統出現疾病的機制分析等四個方面是目前系統生物學研究的主要陣地。
基因組醫學(genomic medicine)是以人類基因組為基礎的生命科學和臨床醫學的革命。生命科學和臨床醫學結合，將人類基因組研究成果轉化應用到臨床實踐中，是后基因組時代最重要的研究方向之一。人類基因組計劃從完成和多種疾病相關的基因研究發現，迅速進入到蛋白質組學、染色體組和人類疾病基因的研究，通過單基因或復雜多基因疾病的相關基因研究和疾病易感因素分析，達到揭示基因與疾病的關系之目的；遺傳背景與環境因素綜合作用對疾病發生發展的影響；為疾病的診斷、預防和治療、預后和風險預測提供依據?；蚪M醫學將大大提高我們對健康和疾病狀態的分子基礎的認識，增強研制有效干預方法的能力。
后基因組(post-genome)的交叉學科研究是目前生命科學研究的前沿。交叉學科是一個新的研究領域，范圍非常廣闊，如基因組、蛋白質組、轉錄組等等，從而出現許多新的交叉學科。
細胞信號轉導(signal transduction)的研究是當前細胞生命活動研究的重要課題。細胞信號轉導蛋白質組學是功能蛋白質組學的重要組成部分。系統地研究多條信號轉導通路中蛋白質及蛋白質間相互關系及其作用規律，細胞信號轉導通路網絡化，其作用模式、通路、功能機制、調控多樣化，細胞信號轉導結構、功能、途徑的異常在癌癥、心血管疾病、糖尿病和大多數疾病中起重要作用。對細胞信號轉導機制的了解，已成為創新藥物、防病治病的關鍵。細胞信號轉導不是一門單一學科，而是多種學科，如細胞學、生物化學、生物物理學和藥理學等多學科的交叉學科。
5 現階段系統生物學存在的問題
目前的系統生物學研究還只是初步使用動力學建模方法來定量描述系統的動態演化行為，這種方法對簡單巨系統是適用的，但是在運用到復雜適應性系統時就會表現出很多的局限性，有很多問題就不能解決。生物體系統的復雜程度超乎我們的想象，現階段不宜研究整個生物體系統，可以從研究“小系統”(生物體中具有一定功能、相對獨立的部分，將其看成一個“系統”)開始，當然如何正確地分析這個小系統本身也不是件易事。
5.1現有技術水平的限制
著眼于整體的系統生物學對技術、儀器的依賴性大大超過傳統的分子生物學。高通量、大規模的基因組及蛋白質組等的發展都是建立于新技術、新儀器出現基礎之上。就目前的技術水平來講，距系統生物學所要求達到的理想水平還相差很遠。由于技術發展的不均衡造成了系統中各個水平上的研究不均衡?；蚪M和基因表達方面的研究已經比較成熟，而在其他水平如蛋白質、小分子代謝物等的研究仍處于起步階段。各種蛋白質在數量上的巨大差異是全面分析低豐度蛋白質的一大障礙。而低豐度蛋白往往是最重要的生物調節分子，如何加強對低豐度蛋白的高通量研究，將是對蛋白質組應用前景的重要保障。同樣，如何研究系統內存在的非遺傳性分子即細胞中存在的成百上千的獨立的代謝底物及其他各種類型的大小分子，它們在基因表達、酶的構象形成等方面有著重要作用。建立適當的方法來系統檢測這些分子的變化是系統生物學能否發展的關鍵。
5.2分析水平的限制
系統的復雜性決定了全面分析的復雜性。人類基因組計劃的實施提供了龐大的信息資源，已讓人眼花繚亂，而對于較核苷酸復雜得多的蛋白質及代謝物等的分析將是更大的挑戰。如何系統而詳盡地為公共數據庫中的信息加上注解，對這些復雜數據進行儲存和分析將成為系統生物學發展的瓶頸。
[參考文獻]
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系統生物學研究范文6
關鍵詞：學生成績；平時成績；成績換算；Excel表格；VBA
中圖分類號：TP311.1 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2014）20-0081-04
一、 引言
隨著本科課程考核方式改革的深化，許多高等院校紛紛改變傳統的只注重一次性結果評價的形態并向注重過程評價的形態轉變。[1-2] 教師在教學過程中加強了課程的過程考核，通過平時考核，對學生日常學習情況及效果進行評定。通過教師加強日常考核，促使學生轉變學習方式，調動學生學習主動性，培養良好的學習習慣，促進教師根據日?？己私Y果及時調整完善教學內容與方式，提高課堂教學效果與人才培養質量。
對學生的平時考核可采用多種考核方式，如課堂提問、課堂辯論、課堂測驗、隨堂作業、課后作業、大型作業、階段測試、專題研討、讀書報告、小論文、文獻綜述、調查報告、項目設計、實踐操作技能情況等形式。當多種形式的考核方式被采用，又當學生平時考核次數比較多的時候，學期末任課教師對學生課程平時考核登記結果的整理和換算將是讓教師非常頭痛的事，特別是當學生數量較多的時候，因為當前教師對學生課程平時成績的換算主要還是靠手工進行的。
為了將任課教師從繁重的學生課程平時成績換算的手工勞動中解放出來，本文將基于教務管理系統中的學生平時成績登記表格（Excel表格），利用Excel VBA[3]開發環境及其強大功能來實現教師對學生課程平時成績的自動化換算。
二、 學生課程平時成績自動換算的基礎
1.學生課程平時考核結果的電子化登記
為能利用Excel VBA來實現教師對學生課程平時成績的自動化換算，首先，教師對學生課程平時考核結果須采用Excel電子表格文檔的形式進行登記。
一般的，各個高校各自的教務管理信息系統均有帶學生名單的平時考核登記表提供給課程任課教師，其中，以Excel電子表格的形式居多。倘若校方沒有Excel形式的學生課程平時考核登記表提供，則任課教師須自己制作一份Excel形式的平時考核登記表。
2.量化或可量化登記
對學生課程平時考核結果的登記，最為直接的形式就是采用百分制或十分制等的分數，也就是量化登記。但更多的，教師會選擇采用等級制的方式進行登記，如：優秀、良好、中等、及格、不及格，甲、乙、丙、丁、戊，A、B、C、D、E，等等。由于等級制的每種等級均可以對應特定的分數，因此，采用等級制的方式進行登記，就稱之為可量化登記。
量化或可量化的登記方式，均適用于本文利用Excel VBA實現的對學生課程平時成績的自動化換算。
三、對學生課程平時成績自動換算的實現
本文以“正方教務管理系統”導出的Excel形式的學生課程平時成績記錄表為例，來描述利用Excel VBA實現對學生課程平時成績的換算。本文所使用的Excel軟件的版本為Excel 2003。
1.學生課程平時成績記錄表的格式
圖1所示為正方教務管理系統導出的Excel形式的學生課程平時成績記錄表。表格的前4行分別給出了表頭信息、學期信息、課程名稱、學分數、任課教師信息。表格的第5、6行，分別給出了表格的標題信息：班級名稱、學號、姓名、幾項平時考核名稱（課堂紀律、課堂問答和討論、作業和測試、期中考試、實驗成績）；其中課堂紀律6次、課堂問答和討論5次、作業和測試10次，其余均為單次。表格從第7行開始，就是學生具體的班級名稱、學號、姓名等，課程有多少學生修讀就有多少行。表格中的關鍵是，有多次平時考核的項（課堂紀律、課堂問答和討論、作業和測試）的最右側有個“成績”子項，本文就是針對此項進行多次平時考核的成績換算。
2.Excel動態菜單的設計與實現
欲實現對學生課程平時成績的自動換算，須有執行該任務命令的入口和途徑。為此，本文采用Excel動態菜單[4]的形式來實現，實現的效果如圖2所示，其詳細實現步驟如下：
（1）在打開學生課程平時成績記錄表的狀態下，依次點擊Excel的菜單“工具”、“宏”、“Visual Basic 編輯器”，進入Excel VBA設計界面。
（2）在Excel VBA設計界面的工程資源管理器中找到ThisWorkbook對象，雙擊其以進入對其進行VBA編程的環境。
（3）在VBA編程環境中，選取Workbook的Open事件，并在系統生成的Workbook_Open空事件處理過程中鍵入如下代碼：
Dim NewMenu As CommandBarPopup
Dim MenuItem As CommandBarControl
Set NewMenu = mandBars（1）.Controls.Add （msoControlPopup， ， ， ， True）
NewMenu.Caption = "成績換算（&C）"
Set MenuItem = NewMenu.Controls.Add（msoControlButton）
MenuItem.Caption = "（&1）課堂紀律成績"
MenuItem.OnAction = "Score1"
Set MenuItem = NewMenu.Controls.Add（msoControlButton）
MenuItem.Caption = "（&2）課堂問答和討論成績"
MenuItem.OnAction = "Score2"
Set MenuItem = NewMenu.Controls.Add（msoControlButton）
MenuItem.Caption = "（&3）作業和測試成績"
MenuItem.OnAction = "Score3"
Set MenuItem = NewMenu.Controls.Add（msoControlButton）
MenuItem.Caption = "（&0）全部成績"
MenuItem.OnAction = "ScoresAll"
MenuItem.BeginGroup = True
（4）為使學生課程平時成績記錄表關閉時動態菜單隨之消失，須在VBA編程環境中，選 取Workbook的BeforeClose事件，并在系統生成的Workbook_Before Close空事件處理過程中鍵入如下代碼：
mandBars（1）.Controls（"成績換算（&C）"）.Delete
（5）保存并關閉學生課程平時成績記錄表后，再以啟用宏的形式重新打開，這時就能看到如圖2所示的動態菜單出現在Excel下拉菜單欄的最右側中。
3.菜單功能實現的VBA代碼
本文以實現“作業和測驗成績”菜單功能的VBA代碼為例，來描述學生課程平時成績的換算。其詳細實現步驟如下：
（1）在Excel VBA設計界面的工程資源管理器的樹節點“模塊”上單擊右鍵，在彈出的快捷菜單上依次點擊“插入”、“模塊”。
（2）在系統生成的空模塊中鍵入如下常量和變量聲明代碼：
Const Levels = 6 '設置等級制登記的級數
Dim D（Levels） As String '等級制描述
Dim S（Levels） As Double '等級制對應的分數
Dim BasicScore As Double '基本分
Dim BeginCol As Integer， EndCol As Integer， ScoreCol As Integer
'考核項開始列、結束列、換算出的成績所在列
Dim BeginRow As Integer， EndRow As Integer
'學生起、止行
（3）在模塊中鍵入“作業和測驗成績”菜單調用的Score3過程代碼：
D（1） = "√#"： S（1） = 11 '√#代表很好，對應分數11
D（2） = "√+"： S（2） = 10 '√+代表好，對應分數10
D（3） = "√"： S（3） = 9 '√代表完成，對應分數9
D（4） = "√-"： S（4） = 7 '√-代表不好，對應分數7
D（5） = "√="： S（5） = 5 '√=代表很不好，對應分數5
D（6） = ""： S（6） = 0 '空代表未做，對應分數0
BasicScore = 0
BeginCol = 17
EndCol = 26
Call Score
（4）在模塊中鍵入Score3過程調用的Score過程代碼：
ScoreCol = EndCol + 1
BeginRow = 7
Dim r As Integer
For r = BeginRow To ActiveSheet.UsedRange.Rows.Count
If Trim（ActiveSheet.Cells（r， 1）.Value） = "備注：平時成績包括作業和測驗，期中考試、實驗、課堂問答和討論、課堂紀律等，評定項目和辦法由任課教師確定并在開學初告知學生." Then
EndRow = r
Exit For
End If
Next
Dim c As Integer， l As Integer
For r = BeginRow To EndRow
ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value = BasicScore
Next
For c = BeginCol To EndCol
If AreAllBlanks（BeginRow， EndRow， c） Then
GoTo Continue
End If
For r = BeginRow To EndRow
For l = 1 To Levels
If Trim（ActiveSheet.Cells（r， c）.Value） = D（l） Then
ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value = ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value + S（l）
Exit For
End If
Next
Next r
Continue：
Next c
For r = BeginRow To EndRow
If ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value > 100 Then
ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value = 100
ElseIf ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value < 0 Then
ActiveSheet.Cells（r， ScoreCol）.Value = 0
End If
Next
（5）在模塊中鍵入Score過程調用的AreAllBlanks函數代碼：
Function AreAllBlanks（BeginRow， EndRow， Col） As Boolean
AreAllBlanks = True
Dim i As Integer
For i = BeginRow To EndRow
If Trim（ActiveSheet.Cells（i， Col）.Value） "" Then
AreAllBlanks = False
End If
Next
End Function
（6）保存并關閉學生課程平時成績記錄表后，再以啟用宏的形式重新打開，然后點擊“成績換算”下拉菜單的“作業和測驗成績”菜單項，即可執行對作業和測驗成績平時登記結果的成績換算；換算出的結果成績將顯示在第27列（即“AA”列）的“成績”項中。
4.說明和討論
（1）Score3中的等級制登記符號可根據教師個人的習慣或相關的規定進行相應的調整和設置，其對應的分數和基本分均可按特定的規則自行設置。
（2）“課堂紀律成績”菜單調用的Score1過程代碼、“課堂問答和討論成績”菜單調用的Score2過程代碼與Score3過程代碼完全類似，只是BasicScore、BeginCol、EndCol值的設置不同。
（3）“全部成績”菜單調用的ScoreAll過程代碼，就是依次調用Score1、Score2、Score3過程代碼，即：
Call Score1
Call Score2
Call Score3
四、結束語
本文以“正方教務管理系統”導出的Excel形式的學生課程平時成績記錄表為例，描述了利用Excel VBA實現對學生課程平時成績換算的詳細步驟和代碼。對學生課程平時成績自動化換算的實現，即可將任課教師從繁重的學生課程平時成績換算的手工勞動中解放出來，從而大大的提高工作效率。
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