KR100946145B1 - 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치에 있어서, 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)에 따른 행렬을 생성하는 행렬 생성부; 상기 행렬 생성부에 의해 생성된 상기 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출하는 정규화부; 및 상기 정규화부에 의해 산출된 상기 유사도 기준값에 따라 상기 두 서열 간의 소정의 서열 유사도를 측정하는 유사도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 다수의 서열 간의 유사도 비교가 용이해지고 정당해짐에 따라, 생물학 및 프로그래밍 응용분야에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
서열 유사도, 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming), 정규화

Description

서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법{A Sequence Similarity Measuring Apparatus and Control Method thereof}
본 발명은 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유사도 측정 대상 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성하고, 해당 행렬의 마지막 행/열의 원소값에 대한 소정 정규화를 통해 서열 길이에 무관하게 다수의 서열 간 유사도를 측정할 수 있는 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)을 이용한 서열 비교 알고리즘은, DNA, RNA, 및 단백질을 포함하는 생물학적 세포의 서열 비교와 프로그래밍 소스 코드의 유사도를 측정하기 위해 널리 이용되어 왔다.
두 서열을 비교하기 위해서는, 우선 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성한다. 행렬의 구성을 위해 각 행렬의 원소값을 계산하는 과정은, 먼저 각 행렬의 기저값으로부터 가장 가까이에 있는 다음 행, 열, 또는 대각 선 위치의 원소값을 다이나믹 프로그래밍을 이용하여 구한 다음 마지막 행/열의 원소값까지 구하는 것이다(기존의 다이나믹 프로그래밍을 이용한 행렬 생성의 내용). 여기서, 다이나믹 프로그래밍에 따라 생성된 두 서열에 대한 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 비교하여, 마지막 행/열의 원소값이 클수록 두 서열 간 유사도가 높음을 알 수 있었다.
종래의 다이나믹 프로그래밍을 이용한 두 서열 간 유사도를 비교할 경우에는, 두 서열에 대한 행렬의 마지막 행/열의 원소값이 각 서열의 길이에 따라 달라지고, 두 서열의 길이가 길수록 행렬의 마지막 행/열의 원소값 또한 커져서, 유사도를 비교할 서열이 여러 개이고 각기 서열의 길이가 다를 경우에는 정당한 유사도 측정을 할 수가 없는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 서열 유사도 측정의 비교 대상들의 서열 길이에 무관하게 유사도 측정을 할 수 있는 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
즉, 유사도 측정 대상인인 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성하여, 당해 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화를 함으로써 서열들 간의 유사도 측정을 할 수 있는 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치는, 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)에 따른 행렬을 생성하는 행렬 생성부; 상기 행렬 생성부에 의해 생성된 상기 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출하는 정규화부; 및 상기 정규화부에 의해 산출된 상기 유사도 기준값에 따라 상기 두 서열 간의 소정의 서열 유사도를 측정하는 유사도 측정부를 포함한다.
바람직하게, 상기 서열 길이 정규화 식은, 상기 행렬의 상기 마지막 행/열의 원소값 및 상기 서열 유사도 측정의 대상인 상기 두 서열의 길이의 역수들의 평균 에 비례하는 상기 유사도 기준값을 산출하기 위한 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 여기서, 상기 서열은, DNA, RNA, 및 단백질을 포함하는 생물학적 세포의 서열과 프로그래밍 소스 코드의 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치의 제어방법은, 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성하는 단계; 상기 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출하는 단계; 및 상기 유사도 기준값에 따라 상기 두 서열 간 소정의 유사도 측정을 하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 유사도 기준값 산출 단계는, 상기 행렬의 상기 마지막 행/열의 원소값 및 상기 서열 유사도 측정의 대상인 상기 두 서열의 길이의 역수들의 평균에 비례하는 상기 서열 길이 정규화 식을 이용하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수단에 의한 본 발명에 따르면, 두 서열 간 유사도 비교를 위해 생성한 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 정규화함으로써 서열의 길이가 다양한 여러 개의 서열들 간의 유사도를 정당하게 측정할 수 있다.
이에 의해, 다수의 서열 간의 유사도 비교가 용이해지고 정당해짐에 따라, 생물학 및 프로그래밍 응용분야에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치의 블럭도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치에 의한 행렬 생성에 대한 설명도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치는 행렬 생성부(100), 정규화부(300), 및 유사도 측정부(500)를 포함한다.
행렬 생성부(100)는 유사도 측정 대상인인 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)에 따른 행렬을 생성하는 것으로, 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)은 생물학적 세포의 서열 비교 및 프로그래밍 소스 코드의 유사도를 위해 이용되어 온 기법을 의미한다. 여기서, 서열은 DNA, RNA, 및 단백질 등을 포함하는 생물학적 세포의 서열과 프로그래밍 소스 코드의 서열을 포함하는 의미이다.
두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬 생성에 대해 도2를 참조하여 더 상세히 설명하기로 한다.
예컨대, 유사도 측정 대상인 두 서열이 아래와 같이 "G C T G G A A G G C A T" 및 "G C A G A G C A C T"라고 한다면,
Figure 112008033797810-pat00001
도2에 도시된 바와 같이, 각 행렬의 기저값으로부터 가장 가까이에 있는 다음 행, 열, 또는 대각선 위치의 값을 다이나믹 프로그래밍에 따라 구할 수 있다(기존의 다이나믹 프로그래밍을 이용한 행렬 생성의 내용).
한편, 도2에 도시된 행렬의 마지막 행/열의 원소값(도2에서는 11)은 서열의 길이가 길어질수록 커질 수 있어 서열 길이가 다른 다수의 서열 간 유사도 비교에 문제가 있으므로, 후술할 정규화부(300)에 의해 마지막 행/열의 원소값을 정규화할 필요성이 있다.
정규화부(300)는 여러 개의 서열 간의 유사도 비교를 위해 행렬의 특정 원소값을 정규화하는 것으로, 행렬 생성부(100)에 의해 생성된 행렬의 마지막 행/열의 원소값(다이나믹 프로그래밍에 따른 마지막 생성값)을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출할 수 있다.
소정의 서열 길이 정규화 식은, 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따라 생성한 행렬의 마지막 행/열의 원소값 및 서열 유사도 측정의 대상인 상기 두 서열의 길이의 역수들의 평균에 비례하는 유사도 기준값을 산출하기 위한 것이다.
즉, "Vnor = Vmax * (1/SLA + 1/SLB)/2" 식으로 나태낼 수 있다(Vnor은 유사도 기준값, Vmax는 전술한 행렬의 마지막 행/열의 마지막 원소값, SLA /SLB는 서열 A/B의 길이를 의미). 전술한 서열 길이 정규화 식은, 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 유사도 측정 대상인 다수의 서열 길이에 무관하게 정규화하기 위해, 서열의 길이로 나눈다는 개념에서 출발하여, 유사도 측정 대상이 두 개의 서열이므로 각각의 서열 길이로 나눈값을 더하여 평균한 값을 행렬의 마지막 행/열의 원소값에 곱하여 유사도 기준값(Vnor)을 산출할 수 있다.
한편, 전술한 서열 길이 정규화 식을 정리하면, " Vnor = Vmax/2 * (SLA + SLB)/(SLA * SLB)"식으로도 표현될 수 있다.
유사도 측정부(500)는 정규화부(300)에 의해 산출된 유사도 기준값에 따라 유사도 측정 대상 두 서열 간의 소정의 서열 유사도를 측정할 수 있다. 여기서, 소정의 서열 유사도란, 정규화부(300)에 의해 정규화되어 산출된 유사도 기준값에 대응되는 값으로, 유사도 기준값이 클수록 유사도 측정 대상 두 서열 간의 유사도가 높다는 의미가 된다. 유사도 기준값이라고 기재한 것은, 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 정규화하여 기준값으로 이용한다는 의미이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
이하, 도3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치의 제어방법의 동작순서에 대해 설명하기로 한다.
두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성한다(S101). 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬 생성에 대해서는 기 설명한 바와 같다.
행렬의 마지막 행/열 원소값(Vmax)을 전술한 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값(Vnor)을 산출한다(S102). 여기서, 서열 길이 정규화 식은, 서열 유사도 측정 대상인 다수의 서열의 길이에 무관하게 정규화하기 위해, 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 서열 길이로 나눈다는 개념에서 출발한 것으로, 상세한 설명은 기설명한 바와 같으므로 생략하기로 한다.
산출된 유사도 기준값에 따라 두 서열 간 소정의 유사도 측정을 한다(S103).
전술한 바와 같이, 서열 길이 정규화 식을 이용하여 정규화한 유사도 기준값에 따라 두 서열 간의 유사도 측정을 함으로써, 유사도 측정 대상인 다수의 서열의 길이에 무관하게 서열 유사도를 측정할 수 있을 것으로 기대된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 유사도 측정 대상 두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성하고, 해당 행렬의 마지막 행/열의 원소값에 대한 소정 정규화를 통해 서열 길이에 무관하게 다수의 서열 간 유사도를 측정할 수 있는 서열 유사도 측정 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 두 서열 간 유사도 비교를 위해 생성한 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 정규화함으로써 서열의 길이가 다양한 여러 개의 서열들 간의 유사도를 정당하게 측정할 수 있으며, 이에 의해, 다수의 서열 간의 유사도 비교가 용이해지고 정당해짐에 따라, 생물학 및 프로그래밍 응용분야에 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치의 블럭도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치에 의한 행렬 생성에 대한 설명도이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 서열 유사도 측정 장치의 제어방법에 대한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 부호 설명>
100: 행렬 생성부
300: 정규화부
500: 유사도 측정부

Claims (5)

  1. 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치에 있어서
    두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍(Dynamic Programming)에 따른 행렬을 생성하는 행렬 생성부;
    상기 행렬 생성부에 의해 생성된 상기 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출하는 정규화부; 및
    상기 정규화부에 의해 산출된 상기 유사도 기준값에 따라 상기 두 서열 간의 소정의 서열 유사도를 측정하는 유사도 측정부를 포함하고,
    상기 서열 길이 정규화 식은, 상기 행렬의 상기 마지막 행/열의 원소값 및 상기 서열 유사도 측정의 대상인 상기 두 서열의 길이의 역수들의 평균에 비례하는 상기 유사도 기준값을 산출하기 위한 것을 특징으로 하는 서열 유사도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서열 길이 정규화 식은 하기 수학식1을 이용하는 것을 특징으로 하는 서열 유사도 측정 장치.
    Vnor = Vmax/2 * (SLA + SLB)/(SLA * SLB)
    상기 Vnor은 유사도 기준값
    Vmax는 전술한 행렬의 마지막 행/열의 마지막 원소값
    SLA과 SLB는 각각 서열 A/B의 길이
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 서열은, DNA, RNA, 및 단백질을 포함하는 생물학적 세포의 서열과 프로그래밍 소스 코드의 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 서열 유사도 측정 장치.
  4. 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치의 제어방법에 있어서,
    두 서열을 이용하여 다이나믹 프로그래밍에 따른 행렬을 생성하는 단계;
    상기 행렬의 마지막 행/열의 원소값을 소정의 서열 길이 정규화 식에 대입하여 유사도 기준값을 산출하는 단계; 및
    상기 유사도 기준값에 따라 상기 두 서열 간 소정의 유사도 측정을 하는 단계를 포함하고,
    상기 유사도 기준값 산출 단계는, 상기 행렬의 상기 마지막 행/열의 원소값 및 상기 서열 유사도 측정의 대상인 상기 두 서열의 길이의 역수들의 평균에 비례하는 상기 서열 길이 정규화 식을 이용하는 것을 특징으로 하는 서열 유사도 측정 장치의 제어방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서열 길이 정규화 식은 하기 수학식2를 이용하는 것을 특징으로 하는 서열 유사도 측정 장치의 제어방법.
    Vnor = Vmax/2 * (SLA + SLB)/(SLA * SLB)
    상기 Vnor은 유사도 기준값
    Vmax는 전술한 행렬의 마지막 행/열의 마지막 원소값
    SLA과 SLB는 각각 서열 A/B의 길이
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