Algorithmique pour la bioinformatique

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Jean-Noël David
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1 lgorithmique pour la bioinformatique Présentation, dotplot, et JV (Vincent Ranwez UM2/ISEM) 1 1. Présentation du module Intervenants V. Ranwez (cours / P) lban Mancheron (P projet) ontenus des P Manipulation de séquences biologiques (tableau 1D) Dot plot (tableau 2D, affichage graphique) lignement de 2 séquences (programmation dynamique) Manipulation de données NS Notation Objectifs du module Problématiques biologiques / traduction-solution info / adaptation Bibliothèques de bouts de codes utiles Bonnes habitudes de programmation 2 1

2 2. Séquence complémentaire DN, alphabet à 4 lettres : : adénine : thymine : guanine : cytosine 5 3 S Séquence S 1 = omplement (S 1 ) = Reverse (S 1 ) = Reverse_omplement (S 1 ) = Ecrire les algorithmes de ces 3 fonctions (char[]) 3 2. Séquence complémentaire public static char[] complement (char[]seq) char [] res = new char[seq.length]; for (int i=0; i<seq.length; i++) switch (seq[i]) case '': res[i]=''; break; case '': res[i]=''; break; case '': res[i]=''; break; case '': res[i]=''; break; default: res[i]='x'; break; return res; 4 2

3 2. Séquence complémentaire public static char[] reverse(char []seq) char [] res = new char[seq.length]; int last = seq.length-1; for(int i =0;i<seq.length;i++,last--) res[last]= seq[i]; return res; public static char[] reverse_comp(char[] seq) return( reverse(complement(seq))); Est-ce une solution efficace, complexité? 5 3. lignement - Introduction lignement de séquences Problème représentatif de la bio-informatique Un des outils de bio-informatique les plus utilisés Solution graphique (P2) et algorithmique (P3) lgorithme de base élégant Force et limite de l informatique en biologie Problématique Recherche des similitudes entre plusieurs séquences Substitution, Insertion/Déletion (InDel) Exemple : POMME/OMME OOBRE/ORIE P O M M E O M M E O O B R - E O - - R I E 6 3

4 3. Intérêt de la comparaison de séquences Biologie moléculaire Séquences DN, RN, acides aminés Recherche approchée dans une base de données Prédiction de structure Prédiction de fonction Phylogénie (histoire évolutive des espèces) Informatique omparaison de fichiers (1ligne ~ 1 caractère) : diff sous UNIX Recherche approchée dans un dictionnaire (correcteur orthographique, fautes de frappes) utres applications Reconnaissance vocale 7 4. Dot plot Réponse visuelle au problème Largement utilisée principe exemple avec 2 séquences de 230 (avec filtrage) 8 4

5 4. Dot plot Écrire la fonction DotPlot et indiquer sa complexité public static int[][]dotplot(char[]seq1, char[] seq2) int [][]res=new int[seq1.length][seq2.length]; for(int i=0;i<seq1.length;i++) for(int j=0; j<seq2.length; j++) if(seq1[i]==seq2[j]) res[i][j]=1; else res[i][j]=0; return res; Importance public static de int[][]dotplot(char[]seq1, la représentation graphique char[] seq2)int [][] res=new int[seq1.length][seq2.length];for(int pour percevoir l information i=0;i<seq1.length;i++)for(int j=0; j<seq2.length; j++)if (seq1[i]==seq2[j])res[i][j]=1;elseres[i][j]=0; return res; 9 4. Dot plot : filtrage On note seq(a,b) la sous séquence de seq allant de l indice a à l indice b Res[i][j] contiendra 1 ssi seq 1 (i-k,i+k) = seq 2 (j-k,j+k) On peut filtrer moins sauvagement en imposant un seuil d identité entre les 2 sous-séquences au lieu d une égalité complète ttention aux limites Quelle est la complexité de cette variante? 10 5

6 4. Dot plot : filtrage Dans le cas d une identité totale on peut améliorer cette complexité Le remplissage d une ligne revient à faire une recherche de motif exact dans un mot JV 1.5 : les generics Java 1.4 JV 1.5 Vector v = new Vector(); Integer i; v.add(new Integer(5)) v.add(7) ERREUR v.add("abcd"); i = (Integer)(v.get(0)); int k = i.intvalue(); i = (Integer)(v.get(1)); Vector <Integer> w = new Vector<Integer>(); Integer i; w.add(new Integer(5)); w.add(7); w.add("abcd"); REFUSE i = (Integer)(w.get(0)); int k = w.get(1); ain en fiabilité : contrôle des types (generics) ain en simplicité : cast inutile (generic + autoboxing) utoboxing : enrobage automatique des types primitifs dans la classe adéquate 12 6

7 5. JV 1.5 : les generics Vector<Integer> n'est pas un sous-type de Vector<Object> ela poserait des problèmes Vector<Integer> intvect = new Vector<Integer>(); Vector<Object> objvect = intvect ; objvect.add(new Object()); Integer i = intvect.get(0);// ce n'est pas un Integer! omment avoir un vecteur d objets hétérogènes? Ø Vector <?> : vector ne importe quoi Ø Vector <? extends Figure > : vector de Figure ou classes dérivées JV 1.5 : les for sans l effort rraylist liste = new rraylist(); liste.add(new oord(5,8)); liste.add(new oord(9,12)); liste.add(new oord(6,25)); Iterator it = liste.iterator(); while(it.hasnext()) oord c = (oord)it.next(); System.out.println("x="+ c.x + " y=" + c.y); rraylist<oord> liste = new rraylist<oord>(); liste.add(new oord(5,8)); liste.add(new oord(9,12)); liste.add(new oord(6,25)); for(oord c : liste) System.out.println("x="+ c.x + " y=" + c.y); JV 1.4 JV

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