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DNA无损压缩算法研究代码文档（含代码）

DNA无损压缩

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57页

程序使用于DNA序列无损压缩和解压缩，只能针对含有"ATCG"（或者"0123"）四种符号的DNA序列。通过人类基因组序列测序无误， 能够正常使用。针对基因组中出现的其他情况符号暂不考虑。

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基于 DNA 序列无损压缩算法的分析

说明文档：readme............................................1

Makele........................................................4

主函数：main.cpp............................................6

区间编码 1：clr.cdr..........................................40

区间编码 2：clr256.cdr....................................42

行长度模型：simple model.h............................47

序列模型 1：base model.h...............................51

检验模型：sfh.h..............................................55

基于 DNA 序列无损压缩算法的分析

说明文档：readme

介绍

=============

程序使用于 DNA 序列无损压缩和解压缩，只能针对含有"ATCG"（或者"0123"）四种符号

的 DNA 序列。通过人类基因组序列测序无误，

能够正常使用。针对基因组中出现的其他情况符号暂不考虑。

使用

=====

首先选择直接在编译器里打开程序，注意保留 makele，因为 makele 里面提供了程序

执行的环境和相关编译链接的命令，关系着整个工程的编译规则。在运行程序前要先

“make”，使得生成对应的中间目标文件。

程序只能对特定的文件进行压缩，仅支持当前程序压缩后的文件解压。通过命令行执行以下

的命令：

make

压缩：

./main [选项] [输入文件路径] [输出文件路径]

基于 DNA 序列无损压缩算法的分析

解压缩：

./main [选项] [输入文件路径] [输出文件路径]

选项

=======

压缩选项说明：

-s<数字>

默认的 s 是 3，可以选择的 s 的范围在 0~9，一般不超过 6。s 通过影响上下文滑动窗口

的阶数影响上下文结构中的阶数。 N=7+s；

-b

对应的 s 默认是 3，不一样的是在压缩过程中，在字典的生成时会通过生成对应的饿反向

互补链字典，从而增大该字典的频率，提高预测精度。但是也耗费内存。

-e

对应的 s 默认是 3，不一样的是在压缩的过程中，-e 选项用于选择使用 8 位计数器或 16

位计数器模式。

解压选项说明：

对于解压，常用的是-d。压缩参数存储在输出的文件中，所以解压缩程序知道什么选项以便

在解压缩的过程中重读压缩的过程。（顺着压缩和解压，原理一样）

注意事项

基于 DNA 序列无损压缩算法的分析

=======

压缩文件格式：由"ATCG"四种字符组成的文件内容。

算法

==========

算术编码：

算术编码是一种熵编码方法。熵编码方法是基于一系列的编码器 coders6c2。该系列

的编码器是 Eugene Shelwien 写的，但是看起来是源于 Dmitry Subbotin 的编码器

PPMd、这个模型的代码的 API 是复制 Eugene Shelwien 的 coders6c2，但是他们的功

能已经完全重写，以更好地适应这个数据中的平稳概率模型。

本算法实在 fqzComp 4.0 的基础上发展而来的，虽然主要的解析代码从版本 2 开始就

已经完全重写。每种类型的数据都使用自己的模型进行编码。通过概率模型来记录文本内容，

然后对编码区间进行压缩。

上下文结构：

这意味着编码名称的上下文是与前面名称中相同位置的字符，还有专门的前缀和后缀匹

配，加快编码和空间减少。这个上下文结构不是简单的上下文树，而是可以形成回路的网络

结构。上下文结构的作用是通过概率对字符的出现进行预测。不同阶的上下文在预测中的精

度也不同，阶数越高预测的精度越高，但是所耗费的时间和内存越大。

本程序是有以上两个大的算法思想要指导的，内部会根据数据类型进行模型的细分。使

基于 DNA 序列无损压缩算法的分析

用 simple model 来对换行符进行处理，而 base model 则只需要对序列的字符进行处理。

因为只针对"ATCG"四种字符，所以只用两位的编码就可以对四个字符进行编码，大大减少

了编码内存的耗用。但是注意选择-s 选项时候不要超过-s9，没有足够的内存来应付，实际

上超过-s6 就有可能出现问题。

文件格式

===========

针对特定的文件格式进行压缩和解压缩

压缩输入文件：(.*)

ACTCGATCGTAGTCGATAGGGTCGAGTAG

ACTTTGATAGTCAAAGTCGTAGTCGAAGT

压缩输出文件/解压缩输出文件：（.*）

Makefile

VERS=4.6

all: main

CC = g++

#CFLAGS = -g -D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_LARGEFILE_SOURCE

CFLAGS = -O2 -g -fomit-frame-pointer -fstrict-aliasing -ffast-math -DNDEBUG -

D_FILE_OFFSET_BITS=64 -D_LARGEFILE_SOURCE -Wall -msse2

#CC=icpc

#CFLAGS = -O3 -g -fomit-frame-pointer -fstrict-aliasing -fast -DNDEBUG -

剩余56页未读，继续阅读

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这段代码实现了在三维坐标系中绘制一个三维图像。它使用了numpy和matplotlib库，通过调用mpl_toolkits.mplot3d的Axes3D类绘制三维图像。DNA_SIZE，POP_SIZE，CROSSOVER_RATE，MUTATION_RATE和N_GENERATIONS是遗传算法参数。X_BOUND和Y_BOUND是坐标轴的范围。F(x, y)函数是用于计算绘图需要的数据的函数。

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