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
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,
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)
- 다이나믹 프로그래밍을 이용한 서열 유사도 측정 장치에 있어서두 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; 및상기 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.
- 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 기준값Vmax는 전술한 행렬의 마지막 행/열의 마지막 원소값SLA과 SLB는 각각 서열 A/B의 길이 - 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.
- 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; 및상기 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.
- 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 기준값Vmax는 전술한 행렬의 마지막 행/열의 마지막 원소값SLA과 SLB는 각각 서열 A/B의 길이
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