34、并行GPU算法在生物序列比对及热传导系数求解中的应用

并行GPU算法在生物序列比对及热传导系数求解中的应用

1. 引言

在2010年11月的全球超级计算机500强榜单中，部分计算机采用了英伟达（NVidia）的GPU。针对GPU设计的算法被应用于各种问题，其中一些涉及生物信息学领域。本文主要探讨了约束多序列比对（CMSA）问题以及人工蜂群算法（ABC）在逆热传导问题中的应用。

2. 约束多序列比对问题

• 基本概念
  • 设集合$S = {S_1,S_2,\cdots,S_k}$中的所有序列都基于有限字母表$\Sigma$，$\Sigma$中的元素称为符号，序列$S_i$的长度用$n_i$或$|S_i|$表示，$s_{i}^{j}$表示$S_i$的第$j$个符号。
  • 两个序列$S’$和$S’‘$的比对定义为一对等长序列，可通过在$S’$和$S’‘$的某些位置插入特殊符号“–”（称为空位）得到。给定距离函数$\delta(x,y)$（$x,y \in \Sigma \cup {-}$），两个长度为$n$的序列$S’$和$S’‘$的成对得分定义为$\sum_{1\leq j\leq n}\delta(s_{j}’,s_{j}’‘)$，其中$\delta(x,-) = \delta(-,x) = w_g$（$w_g$为空位成本）。
  • 集合$S$的多序列比对（MSA）是一组可能插入空位的等长序列$S = {S_1,S_2,\cdots,S_k}$。本文使用最流行的成对求和（SP）方法来衡量多序列比对的质量，总MSA得分是所有序列对的序列比对得分之和：$\sum_{1\leq i’<i’‘\leq k} \s