基于多核技术的DNA序列压缩模式匹配研究

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进入21世纪以来,多核处理器的出现预示了CPU芯片行业未来的主要发展方向。多核处理器具有低主频,高性能,低功耗等优点,它解决了传统处理器体系结构技术所面临的瓶颈。   DNA序列模式匹配是生物信息学的一个基本问题。其目标是:寻找一个或一组基因片断在一个基因序列中的出现位置,用以比较基因的相似性和遗传关系;或者根据已知的蛋白质样本去匹配未知的蛋白质序列,从而确定其所属的蛋白质种类和功能。   DNA序列压缩模式匹配是DNA序列模式匹配的重要内容,它直接利用压缩后的DNA序列数据进行操作,不需要解压缩,在减少DNA序列存储空间的同时,极大地提高匹配搜索效率。本文致力于利用多核处理器的并行处理能力,开展DNA序列压缩模式匹配的研究,在原有的DNA序列压缩模式匹配算法基础上,以提高算法效率为目标,采用多核技术,设计并实现一系列新算法。   本文所做的主要工作包括:   (1)综述国内外DNA序列压缩模式匹配算法的研究进展。   (2)阐述多核技术的发展,分析其在改进DNA序列压缩模式匹配算法的可能性。   (3)采用Hash思想,改进Horspool算法,使其适应大规模字母表的串匹配问题。新算法引入阈值threshold表示字母表的大小,该阈值可以根据需要灵活设置,但不能超过实际的字母表大小或者是计算机主存能够分配的空间。   (4)采用多核技术,在d-BM算法基础上,设计并实现一系列新的DNA序列压缩模式匹配算法:MTD_U8Horspool、MTD_U16Horspool和MTD_U32Horspool。新算法首先采用01码压缩方法对DNA序列进行压缩处理,在保证25%的压缩率同时,加快匹配搜索的速度;接着结合OpenMP多线程编程技术,充分发挥多核处理器平台的优势。   (5)使用多核处理器平台对新算法进行实验,并与传统算法对比;实验结果表明,新算法运行效率更高。
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