人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network,ANN)是對人腦若干基本特性通過數(shù)學(xué)方法進行的抽象和模擬,是一種模仿人腦結(jié)構(gòu)及其功能的非線性信息處理系統(tǒng)。BP(Back-Propagation)網(wǎng)絡(luò)是一種采用反向傳播學(xué)習(xí)算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對于在任意閉區(qū)間內(nèi)的一個連續(xù)函數(shù)都可以用單隱層的BP網(wǎng)絡(luò)逼近,一個三層的BP網(wǎng)絡(luò)就可以完成任意的n維到m維的映射。 遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)以生物進化過程為背景,模擬生物進化的步驟,將繁殖、雜交、變異、競爭和選擇等概念引入到算法中,通過維持一組可行解,并對可行解進行重新組合,改進可行解在多維空間內(nèi)的移動軌跡或趨向,最終走向最優(yōu)解。它克服了傳統(tǒng)優(yōu)化方法容易陷入局部極值的缺點,是一種全局優(yōu)化算法。 本文第一部分將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到藥物透過人皮膚的滲透性能預(yù)測研究中。采集兩組數(shù)據(jù)樣本,用Matlab自編程序分別建立了預(yù)測藥物經(jīng)皮滲透速率BP網(wǎng)絡(luò)和預(yù)測經(jīng)皮滲透系數(shù)的BP網(wǎng)絡(luò)模型。兩個模型的輸入變量相同,為藥物的分子量(Mr),油水分配系數(shù)(logK_(ow)),供氫數(shù)(Hd)和受氫數(shù)(Ha)。輸出變量分別為藥物經(jīng)皮滲透速率(logJ_(max))和經(jīng)皮滲透系數(shù)(logKp)。前者模型測試組預(yù)測logJ_(max)與實際logJ_(max)的相關(guān)系數(shù)平方為0.997,回歸直線的斜率為0.970。后者模型測試組預(yù)測得到的logKp與實際logKp的相關(guān)系數(shù)為0.95,均方誤差平方根(RMSE)為0.37。本研究表明BP神經(jīng)能夠很好地預(yù)測藥物透過皮膚的滲透性能。 第二部分旨在建立一個生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)(BCS)預(yù)測模型。藥物在BCS中的分類取決于其溶解性和滲透性。故首先建立藥物特征溶解度模型和絕對生物利用度模型。用多元線性回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立溶解度的線性模型和非線性模型,通過模型預(yù)測值與實際值的相關(guān)系數(shù)(R)、均方誤差平方根(RMSE)和AIC比較,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型比逐步線性回歸模型優(yōu)越。用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立兩種預(yù)測藥物口服絕對生物利用度的模型。前者的輸入變量為7個已能明確解釋的理論參數(shù),后者的輸入變量有15個,包括上述變量和用遺傳算法篩選出來的8個變量。通過比較,后者的預(yù)測效能優(yōu)越。采集16個BCS分類明確的藥物樣本,用自行建立的溶解度模型和生物利用度模型預(yù)測分類,溶解度預(yù)測準(zhǔn)確度為93.8%,滲透性預(yù)測準(zhǔn)確度為81.2%,生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)預(yù)測準(zhǔn)確度為75.0%。 第三部分將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到藥動學(xué)參數(shù)的預(yù)測,用BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測新生兒丁胺卡那霉素消除速率常數(shù)。建立梯度下降BP網(wǎng)絡(luò)(GD-BP-NN),貝葉斯標(biāo)準(zhǔn)化BP網(wǎng)絡(luò)(BR-BP-NN)和遺傳BP網(wǎng)絡(luò)(G-BP-NN),以23例新生兒靜脈滴注丁胺卡那霉素相關(guān)臨床資料為研究對象,研究新生兒胎齡、日齡和體重對丁胺卡那霉素消除速率的影響,預(yù)測患者的消除速率常數(shù),并比較三種網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測精度和運行效率。結(jié)果表明GD-BP-NN,BR-BP-NN和G-BP-NN測試組預(yù)測值和實驗計算值的相關(guān)系數(shù)分別為0.92,0.91和0.98;測試組均方誤差平方根(RMSE)分別是0.020,0.024和0.010;相同的預(yù)測精度條件下,GD-BP-NN,BR-BP-NN和G-BP-NN分別運行了2000,219和82步。從中可以看出遺傳算法對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值進行優(yōu)化,從而克服了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度慢,容易陷入局域極小和全局搜索能力弱等缺點,故G-BP-NN預(yù)測效果更好。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：R94
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 前言8-14
• 參考文獻12-14
• 第一章 分子結(jié)構(gòu)處理與建模算法14-26
• 1.1 分子結(jié)構(gòu)處理14-16
• 1.1.1 分子描述符計算14-15
• 1.1.2 分子三維結(jié)構(gòu)的優(yōu)化15-16
• 1.2 建模算法16-25
• 1.2.1 遺傳算法(Genetic Algorithm)16-19
• 1.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network,ANN)19-22
• 1.2.3 多元線性回歸(Multiple Linear Regression,MRL)22-25
• 參考文獻25-26
• 第二章 化合物透過人皮膚滲透性能的預(yù)測26-42
• 2.1 實驗方法26-34
• 2.1.1 藥物滲透速率BP網(wǎng)絡(luò)26-30
• 2.1.2 藥物滲透系數(shù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)30-34
• 2.2 實驗結(jié)果34-38
• 2.2.1 藥物滲透速率BP網(wǎng)絡(luò)34-35
• 2.2.2 藥物滲透系數(shù)BP網(wǎng)絡(luò)35-38
• 2.3 討論38-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 參考文獻40-42
• 第三章 藥物溶解度預(yù)測42-53
• 3.1 實驗方法42-46
• 3.1.1 數(shù)據(jù)集和參數(shù)42-45
• 3.1.2 逐步多元線性回歸45-46
• 3.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型46
• 3.2 實驗結(jié)果46-49
• 3.2.1 多元線性回歸46-48
• 3.2.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)48-49
• 3.3 討論49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 參考文獻51-53
• 第四章 化合物口服生物利用度預(yù)測53-67
• 4.1 實驗方法53-61
• 4.1.1 數(shù)據(jù)采集53-60
• 4.1.2 三維分子結(jié)構(gòu)構(gòu)造60
• 4.1.3 分子描述符60
• 4.1.4 重要分子描述的選擇60-61
• 4.1.5 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模61
• 4.2 實驗結(jié)果61-64
• 4.2.1 遺傳算法選擇的分子描述符及其重要性61-63
• 4.2.2 預(yù)測效能63-64
• 4.3 討論64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 參考文獻66-67
• 第五章 生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)的研究67-73
• 5.1 實驗方法67-69
• 5.1.1 數(shù)據(jù)采集67-68
• 5.1.2 特征溶解度預(yù)測68
• 5.1.3 溶解性計算68-69
• 5.1.4 絕對生物利用度預(yù)測69
• 5.2 實驗結(jié)果69-70
• 5.2.1 溶解性預(yù)測69
• 5.2.2 滲透性預(yù)測69
• 5.2.3 生物分類系統(tǒng)預(yù)測69-70
• 5.3 討論70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 參考文獻72-73
• 第六章 新生兒丁胺卡那霉素消除速率常數(shù)的預(yù)測73-83
• 6.1 材料與方法73-75
• 6.1.1 數(shù)據(jù)來源73-74
• 6.1.2 藥動學(xué)模型74-75
• 6.2 實驗方法75-78
• 6.2.1 梯度下降BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Gradient descent backpropagation neural network,GD-BP-NN)75
• 6.2.2 貝葉斯標(biāo)準(zhǔn)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Bayesian regularized back-propagation neural network,BR-BP-NN)75-76
• 6.2.3 遺傳BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Genetic backpropagation neural network,G-BP-NN)76-78
• 6.3 三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測精度和運行效率的比較78
• 6.4 實驗結(jié)果78-80
• 6.5 本章小結(jié)80-82
• 參考文獻82-83
• 全文總結(jié)83-85
• 綜述 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法在藥劑學(xué)中的應(yīng)用85-102
• 1.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)85-91
• 1.1 簡介85-87
• 1.2 BP網(wǎng)絡(luò)的MATLAB設(shè)計87-89
• 1.3 BP網(wǎng)絡(luò)在藥物制劑中的應(yīng)用89-91
• 2.遺傳算法91-97
• 2.1 簡介91-93
• 2.2 遺傳算法在藥劑學(xué)上的應(yīng)用93-97
• 3.展望97-99
• 參考文獻99-102
• 致謝102-103
• 碩士階段研究成果103

【相似文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：人工智能算法在生物藥劑學(xué)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。