基于拉普拉斯矩阵的流形UniFrac算法

范业田, 宋博

辽宁大学学报(自然科学版) ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (01) : 79-85. DOI: 10.16197/j.cnki.lnunse.2025.01.002

基于拉普拉斯矩阵的流形UniFrac算法

  • 范业田, 宋博
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摘要

UniFrac距离是衡量微生物群落关系的重要且稳健的算法之一,它可以比较不同环境样本的微生物菌群组成,以分析微生物群落结构和功能多样性.但是现有算法没有考虑微生物菌群在生物流形上的分布,并且因为微生物菌群数据的维度高、系统发生树结构复杂,导致UniFrac算法的计算复杂度极高.为此,基于生物流形局部同构于欧式空间,本文提出了流形UniFrac算法,该算法利用局部生物流形上的UniFrac距离,将样本间的距离由局部推广到全局.此外,通过对流形UniFrac算法进行理论分析,发现其降低了算法的复杂度.数值实验表明,使用不同的UniFrac距离定义,流形UniFrac算法均可以提高微生物菌群的类聚集性,并且随着近邻阶数的增加,流形UniFrac的降维可视化结果可以逐渐收敛到原始UniFrac距离的降维可视化结果.

关键词

UniFrac距离 / 流形 / 拉普拉斯矩阵 / 微生物组

中图分类号

Q811.4 / O29 / Q93

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范业田, 宋博. 基于拉普拉斯矩阵的流形UniFrac算法. 辽宁大学学报(自然科学版). 2025, 52(01): 79-85 https://doi.org/10.16197/j.cnki.lnunse.2025.01.002

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教育部“春晖计划”合作科研项目(HZKY20220439)

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