编写一个Python函数,使得给定一个DNA序列,该函数可检测该序列中是否存在大小为k的重复子序列(其中k应作为参数传递给函数)。结果是一个字典,以子序列作为键,以它们的频率作为值。使用Boyer-Moore算法
时间: 2024-10-07 15:08:17 浏览: 32
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在Python中,你可以使用Boyer-Moore字符串搜索算法来寻找重复的子序列。Boyer-Moore算法是一种高效的查找算法,用于在已排序的数据中查找指定的模式串。虽然它原本不是设计用来处理子序列重复计数的,但我们可以通过修改算法来达到目的。这里我们先实现基本的Boyer-Moore查找功能,然后稍作调整来统计子序列的频率。
首先,我们需要创建一个Boyer-Moore哈希表,然后遍历整个DNA序列来找到所有长度为`k`的子序列:
```python
def boyer_moore(dna_seq, k):
# 定义字符数组和偏移量数组
alphabet = 'ACGT'
shifts = {c: len(c) - 1 for c in alphabet}
# 计算最长公共前后缀长度 (lps)
def compute_lps(pattern):
lps = [0] * len(pattern)
i, j = 1, 0
while i < len(pattern):
if pattern[i] == pattern[j]:
j += 1
lps[i] = j
i += 1
else:
if j != 0:
j = lps[j-1]
else:
lps[i] = 0
return lps
# 定义搜索函数,返回子序列及其位置
def search(pattern, start=0):
i, lps = 0, compute_lps(pattern)
max_shift = -1
found_positions = []
while start + len(pattern) <= len(dna_seq):
match_index = start + lps[i]
if dna_seq[match_index] == pattern[i]:
i += 1
if i == len(pattern):
found_positions.append(start)
i = lps[i-1] # 跳过已匹配部分
else:
shift = shifts[dna_seq[start + len(pattern) - i]]
if shift > max_shift:
max_shift = shift
start += max_shift + 1
return found_positions, max_shift
# 初始化结果字典
result = {}
# 使用Boyer-Moore查找所有的k长度子序列
for i in range(len(dna_seq) - k + 1):
subseq = dna_seq[i:i+k]
positions, _ = search(subseq)
if positions:
result[subseq] = len(positions)
return result
# 示例使用
dna_seq = "ATCGATCGT"
k = 4
result = boyer_moore(dna_seq, k)
print(result) # 输出子序列及其频率
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