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基于机器学习模型的DNA甲基化与患者特征的预测研究

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基于机器学习模型的DNA甲基化与患者特征的预测研究

作者：张晏濒上海师范大学

学位级别：硕士

本文选取吸烟和非吸烟患者的部分DNA甲基化的芯片数据及相应的年龄、性别等表型数据,探究不同的Cp G位点信息值等患者特征与其吸烟生活习惯的关联,并基于各组芯片数据应用机器学习分类预测模型对患者是否有吸烟行为进行预测。首先对于... 详细信息

本文选取吸烟和非吸烟患者的部分DNA甲基化的芯片数据及相应的年龄、性别等表型数据,探究不同的Cp G位点信息值等患者特征与其吸烟生活习惯的关联,并基于各组芯片数据应用机器学习分类预测模型对患者是否有吸烟行为进行预测。首先对于数据进行探索性分析,发现数据集特征和需要处理的部分,以此进行异常值处理、WOE编码等数据预处理工作。对于数据集特征处理部分,引入拓扑数据分析方法挖掘高维特征的潜在信息。数据清洗后对于分类变量进行标签变换,绘制柱状图观察不同表观特征患者的吸烟情况,发现吸烟与非吸烟样本量不均衡,采用SMOTE上采样方法人工制造数据使得二分类样本数均衡。对于预处理后的数据应用递归特征消除RFE结合交叉验证CV进行特征筛选,得到最佳特征数为16。使用逻辑回归、支持向量机、支持向量机(核方法)、朴素贝叶斯、随机森林、神经网络、KNN等机器学习分类算法模型,对其进行预测,应用准确率、精确率、召回率、F1值以及其AUC值等分类模型评价指标对构造的模型进行对比评价。结果表明,SMOTE重采样后的模型准确率都有所下降,模型F1值都有所上升,各个模型的AUC值均在0.5到0.7之间,逻辑回归、SVM(核方法)、朴素贝叶斯模型的准确率较高,其中朴素贝叶斯模型的值为0.7061,高于其余六个分类模型;随机森林模型预测结果的精确度(0.7005)较好;朴素贝叶斯模型的召回率(0.6035)在上述模型中最高,模型学到正例的能力较强,其F1-score为0.7358,AUC面积为0.6755,仍具有一定的相对优势。整体来说,支持向量机(核方法)、朴素贝叶斯、神经网络的分类算法预测效果较好。朴素贝叶斯模型表现出更优的性能,故可选择该模型进行患者特征的分类预测探究。

关键词： DNA甲基化 TDA 特征筛选机器学习分类模型分类模型评价

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几类暗能量模型的新数据检验及诊断

几类暗能量模型的新数据检验及诊断

作者：樊新艳上海师范大学

学位级别：硕士

暗能量是一种未知的能量,它可能是宇宙加速膨胀的原因。根据牛顿引力理论,宇宙应该是减速膨胀的。但是,随着科学技术的不断发展,通过对大尺度结构和宇宙微波背景辐射的观测发现宇宙是正在加速膨胀的。因此,物理学家尝试从两种角度来解... 详细信息

暗能量是一种未知的能量,它可能是宇宙加速膨胀的原因。根据牛顿引力理论,宇宙应该是减速膨胀的。但是,随着科学技术的不断发展,通过对大尺度结构和宇宙微波背景辐射的观测发现宇宙是正在加速膨胀的。因此,物理学家尝试从两种角度来解释宇宙加速膨胀现象,分别是暗能量模型和修正引力理论。在暗能量理论的基础上,与实验数据符合最好的是宇宙学常数模型,但它也存在微调和巧合性问题。为了更好的探究暗能量模型的特性,我们从天文观测的数据提出一些更为切合的暗能量模型,即可以由参数化暗能量的状态诠释当前存在的暗能量问题[1]。本文主要介绍了几类可以解释宇宙加速膨胀机制的暗能量模型包括CPL（Chev-allier-Polarski-Linder）模型、参数化暗能量模型,并详细介绍了各自的优缺点,对比分析找出最符合观测数据的模型。此外,我们还尝试数据拟合了一个新的动力学模型——Rastall宇宙学模型,也就是文献[2]中的动力学模型,即本文中提到的模型4,介绍了模型中的能量密度和物态方程,同时利用最新数据进行模型约束。通过对几个模型分析得出结论:I.三种参数化暗能量模型的χ值要比ΛCDM模型的结果小,可能成为宇宙学常数模型的替代者;***宇宙学模型的χ值是1082.92,它对应的χ值比ΛCDM模型的要大,相差20.05左右;III.参数化暗能量模型,也就是文献[3]中的模型II,本文中提到的模型3,其χ值不仅相比ΛCDMχ值小,而且模型3的参数值在高红移时也是不发散的,可以很好的解释宇宙的演化过程。因此,模型3是最好的选择;IV.最后通过诊断分析,进一步对暗能量模型进行了区分。文末对暗能量问题作了总结和展望。

关键词：暗能量参数化暗能量模型 Rastall宇宙学模型新数据检验

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f(T)理论的分岔现象及其整体动力学行为

f(T)理论的分岔现象及其整体动力学行为

作者：刘丽艳上海师范大学

学位级别：硕士

通常为了说明一个理论的演化方式,人们一般是先找到系统的一些临界点,然后研究这些临界点附近的微扰情况,进而判断这样的系统是否是稳定的。当这些动力学变量的初始值在相应的临界点附近时,这种传统方法是十分有用的。更主要的是,采用... 详细信息

通常为了说明一个理论的演化方式,人们一般是先找到系统的一些临界点,然后研究这些临界点附近的微扰情况,进而判断这样的系统是否是稳定的。当这些动力学变量的初始值在相应的临界点附近时,这种传统方法是十分有用的。更主要的是,采用这种分析方法人们可以完全忽略非线性效应的影响。但是,如果这些变量的初始值不足以接近临界点时,这种方法便不能够判断出动力系统是否会演化到这些稳定的临界点。而且,如果这个系统有两个以上稳定的临界点,这种传统方法也不能说明系统最后会演化到哪个临界点。为了弥补传统动力学分析方法的不足,本论文发展了一种全局(整体)动力学分析方法,即用零点集和相图的方法来研究两种理论模型(幂律模型n和对数模型β)的分岔现象以及系统的整体动力学行为。而且,采用这种方法人们也能清楚地看到在任何初始条件下系统是如何演化的。此外,本论文通过定义新变量的方式消除了系统的奇性问题,比如在幂律模型中,用2的方式引入新变量,消除了原系统在处的奇性。

关键词： f(T)理论动力学行为暗能量分岔现象

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哈勃参数与暗能量相关问题的研究

哈勃参数与暗能量相关问题的研究

作者：厍文呈上海师范大学

学位级别：硕士

二十一世纪,随着Planck、WMAP等观测项目的开展,宇宙学进入精确宇宙学时代,以大爆炸作为宇宙起源的ΛCDM模型是与当前观测数据拟合得最好的宇宙学模型之一,然而这一模型将面临一些问题:如“精细调节”问题、“巧合性”问题以及“哈勃张... 详细信息

二十一世纪,随着Planck、WMAP等观测项目的开展,宇宙学进入精确宇宙学时代,以大爆炸作为宇宙起源的ΛCDM模型是与当前观测数据拟合得最好的宇宙学模型之一,然而这一模型将面临一些问题:如“精细调节”问题、“巧合性”问题以及“哈勃张力”问题,本文重点研究“哈勃张力”问题。作为一个表征宇宙膨胀率的关键物理量,哈勃参量代表了宇宙的演化速率,其精度的提高能够降低宇宙的年龄和宇宙尺度大小的不确定性。“哈勃张力”问题主要指局域的哈勃参数的测量,与CMB等全局测量方法存在不可忽视的偏差。而这一差异意味着:我们当前数据的精度还不够;我们当前所研究的宇宙演化模型可能过于简单。对于第二种理论情形,目前已经有众多的研究者给出了他们的方案来解决“哈勃张力”问题,例如通过有挠引力理论、双标量场暗能量、早期暗能量、以及考虑暗能量与暗物质的相互作用等理论方法。本文从以下两种方法展开研究:首先对现有参数化模型进行分析讨论,如CPL模型、JBP模型、BA模型等。我们基于此类参数化方案,考虑直接参数化H(z),并将其与观测数据拟合以尝试解决哈勃张力问题。此外,我们还尝试引入一个简单的早期暗能量与中微子耦合模型,通过对该模型数值求解其微分方程,得到模型中标量场?与耦合项β的关系,进而得出一个动态耦合模型,最终通过控制耦合项β来提高哈勃常数H的值,进而缓解哈勃张力问题。

关键词：暗能量哈勃参数中微子宇宙学

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伽马射线暴标度问题的研究

伽马射线暴标度问题的研究

作者：林舒沁上海师范大学

学位级别：硕士

自1998年以来,宇宙学研究取得了巨大进展,高红移Ia型超新星(SNIa)和WMAP卫星对宇宙微波背景辐射(CMB)各向异性的观测表明今天的宇宙是加速膨胀的。为了解释这一现象,一种是修改爱因斯坦方程的左边,即对引力理论进行修正,一种是在方程的... 详细信息

自1998年以来,宇宙学研究取得了巨大进展,高红移Ia型超新星(SNIa)和WMAP卫星对宇宙微波背景辐射(CMB)各向异性的观测表明今天的宇宙是加速膨胀的。为了解释这一现象,一种是修改爱因斯坦方程的左边,即对引力理论进行修正,一种是在方程的右边加入一种称为暗能量的能量物质。毫无疑问,分析清楚宇宙的膨胀历史是其中最基本的研究内容。宇宙微波背景各向异性观测和SNIa观测都有各自的局限性。伽玛射线暴被认为是宇宙中最猛烈的爆发现象。相对于SNIa,伽马光子的穿透性很强,几乎不受星系间的尘埃物质影响,同时伽马射线暴的平均红移2～3,填补了宇宙微波背景辐射与SNIa红移之间中的空白。第一章我们主要介绍了下伽马射线暴的基本知识。第二章运用χ2拟合寻找六个光度关系的最佳参数值。光度关系就是伽马射线暴观测量与伽马射线暴绝对光度或者能量之间的关系。但是关系中的参数值的确定都是在假设宇宙学模型的情况下获得的,这样用伽马射线暴数据来限制宇宙学模型就有所谓的循环问题。我们考虑将关系中的参数与函数模型中的参数一起进行拟合。先用主成分分析方法对共动角直径距离向量组成的训练集进行降维处理,然后将降维后的参数与伽马射线暴光度关系中的参数一起,运用Levenberg-Marquardt算法求得使χ2最小对应的参数,得到光度关系中参数的最佳值。同时本文以红移1.4为界,把伽马射线暴进行高红移和低红移的分类,分别用上述方法进行拟合,从而判断光度关系是否随红移的变化而变化。

关键词：伽玛射线暴光度关系主成分分析 Levenberg-Marquardt方法

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宇宙晚期加速膨胀中哈勃张力相关问题的研究

宇宙晚期加速膨胀中哈勃张力相关问题的研究

作者：张以鹏上海师范大学

学位级别：硕士

宇宙的运动状态一直是宇宙学研究所关注的问题。对于宇宙加速膨胀的天文观测可以分为两类,第一类是关注宇宙的膨胀历史,第二类是关注宇宙的结构构成,这两者都需要关注哈勃参量H（z）,因为哈勃参量是连接理论与观测的桥梁。哈勃参量代表... 详细信息

宇宙的运动状态一直是宇宙学研究所关注的问题。对于宇宙加速膨胀的天文观测可以分为两类,第一类是关注宇宙的膨胀历史,第二类是关注宇宙的结构构成,这两者都需要关注哈勃参量H（z）,因为哈勃参量是连接理论与观测的桥梁。哈勃参量代表了宇宙演化速率,提高其精度可以降低宇宙年龄和宇宙尺度的不确定性。本文的研究重点就在于宇宙晚期加速膨胀时期宇宙演化过程和哈勃张力问题。随着宇宙学研究的不断深入,宇宙学局域测量与全局模拟间出现了明显的差异,这就是宇宙学研究中的哈勃张力问题。为了解决哈勃张力问题,众多研究者纷纷给出了自己的解决方案。虽然各种理论模型层出不穷,但是哈勃张力从何而来?怎样消除哈勃张力?这个问题一直没有得到解决。本文的研究主要从以下两个方面进行:首先在目前已有的参数化模型的基础上,对H（z）直接进行参数化,并将参数化结果与现有观测数据进行拟合,尝试缓解哈勃张力问题:其次我们尝试引入一个中微子与早期暗能量的耦合模型,通过控制耦合项来使哈勃参数的数值得到提高,从而达到缓解哈勃张力的作用。

关键词：暗能量哈勃参数中微子参数化模型