[发明专利]一种快速小分子结构对齐方法

摘要

本发明公开了一种快速小分子结构对齐方法，读取待对齐的两个小分子结构对象，提取所有原子的三维坐标与类型；根据原子类型提取对应的相对原子质量；通过计算所有来自不同小分子的原子对之间的相对原子质量差值，得到初始得分矩阵，使用贪心算法在该初始得分矩阵上求得初始化的对齐信息；在已知的对齐信息下，计算已对齐原子坐标之间的旋转平移矩阵，使用该矩阵叠加两个小分子的三维结构，使得两个小分子在三维空间中尽可能重叠，再通过一个基于三维坐标的打分函数得到一个新的得分矩阵，然后使用贪心算法搜索该得分矩阵得到新的对齐信息，来更新旧的对齐信息；重复上一步直至对齐信息无法更新或达到重复的上限次数，最终的对齐信息就是所求得的解。

主权项

一种快速小分子结构对齐方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：读入两个待对齐的小分子结构对象，分别记作A与B；步骤2：从上述两个待对齐的小分子对象A与B中提取出所有对应原子的三维坐标信息以及原子类型信息；步骤3：通过查找元素周期表中原子类型对应的相对原子质量，获得两个小分子A和B中所有原子的相对原子质量；步骤4：由公式(1)求得上述待比较小分子对象A与B之间的基于相对原子质量差值的初始化得分矩阵，记作Sinit:Sinit(i,j)=11+e-|mi-mj|---(1)]]>其中，mi表示小分子A中的第i个原子的相对原子质量，mj表示小分子B中的第j个原子的相对原子质量，Sinit(i,j)表示矩阵Sinit中的第i行第j列中的值；步骤5：使用贪心算法在步骤4中得到的初始化得分矩阵Sinit上搜索一个初始化对齐信息，其中矩阵Sinit中的任意一行或一列至多只能有一个元素被贪心算法选中，且贪心算法每次都会选择Sinit中可选元素中的最大值；步骤6：根据步骤5中得到的初始化对齐信息，使用Kabsch算法计算已对齐原子坐标之间的旋转平移矩阵，使用该旋转平移矩阵叠加两个小分子A与B的三维结构，使得A与B在三维坐标空间中尽可能的重叠，再通过公式(2)给出的一个基于三维坐标的打分函数得到一个新的得分矩阵Snew，然后使用贪心算法搜索该得分矩阵并得到新的对齐信息，用来更新旧的对齐信息；Snew(i,j)=11+dij2/d02---(2)]]>其中，dij表示小分子A中的第i个原子与小分子B中的第j个原子之间经过旋转平移后的欧式距离，d0为一个如公式(3)所示的尺度函数，Snew(i,j)表示矩阵Snew中的第i行第j列中的值；d0=aNmin-b3+c---(3)]]>其中，Nmin表示小分子A与小分子B原子数目之间的较小值，a、b以及c是三个调节参数；以及步骤7：使用步骤6更新的对齐信息替换步骤5中的初始化对齐信息，然后重复步骤6，这一过程一直重复直至无法更新对齐信息或达到重复的上限次数，最终的对齐信息即所求得解，且最终被贪心算法选中的对应的元素的总和为该对齐信息的得分，记作sfinal，使用公式(4)来评价两个待对齐小分子之间的相似性，记作similar；similar=sfinalNmax---(4)]]>其中，Nmax表示小分子A与小分子B原子数目之间的较大值。