|
基于多种降维算法的单细胞差异化分析及可视化
|
Abstract:
随着生物基因测序技术的发展,单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术在细胞异质性研究中发挥了重要作用,单核细胞的转录组分析提供了丰富的基因表达数据。为了分析这些高维数据的潜在特征,本研究使用多种降维算法,包括主成分分析(PCA)、统一流形逼近与投影(UMAP)和t-分布随机邻域嵌入(t-SNE),对单细胞基因表达的结构特征进行揭示。这些降维方法能够有效将高维数据映射至低维空间,从而帮助我们发现单细胞的亚群分布、动态变化和差异性表达基因的聚类特征。通过可视化展示,本文探索了基因表达的内在规律,进一步为单细胞在疾病诊断、治疗以及精准医疗中的应用提供了新的见解。本文强调了统计方法在生物数据分析中的核心作用,特别是与可视化技术的结合上,为后续研究提供了有力支持。
With the advancement of biological gene sequencing technologies, single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) has played a significant role in studying cell heterogeneity. The transcriptomic analysis of mononuclear cells provides rich gene expression data. To analyze the underlying patterns of these high-dimensional data, this study applies multiple dimensionality reduction algorithms, including Principal Component Analysis (PCA), Uniform Manifold Approximation and Projection (UMAP), and t-Distributed Stochastic Neighbor Embedding (t-SNE), to reveal the structural features of single-cell gene expression. These dimensionality reduction methods map high-dimensional data to lower-dimensional spaces, helping to uncover the distribution of subpopulations, dynamic changes, and clustering features of differentially expressed genes. Through visualization, this study explores the inherent patterns of gene expression and provides new insights into the applications of single-cell data in disease diagnosis, treatment, and precision medicine. This paper emphasizes the central role of statistical methods in biological data analysis, particularly in the integration of dimensionality reduction and visualization techniques, offering strong support for future research.
[1] | 盛杰, 王玉欣, 齐江发, 等. 单分子测序技术在肿瘤诊断中的应用研究进展[J]. 生物工程学报, 2020, 36(2): 180-188. |
[2] | 王晶晶, 俞海国, 樊志丹. 单细胞核转录组测序揭示阿司匹林抑制川崎病小鼠模型心脏组织的血管新生[J]. 药学学报, 2024, 59(10): 2809-2819. |
[3] | 傅东升, 艾克热木江·木合热木. GEO公共数据库中4例多指畸形患者细胞间质和上皮细胞的单细胞转录组分析[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(20): 4379-4388. |
[4] | 安宁, 张福燕, 秦波. 单细胞转录组测序在年龄相关性黄斑变性研究中的应用[J]. 国际眼科杂志, 2022, 22(6): 964-968. |
[5] | 许淑静, 陈国洪. 癫痫患者血清中T细胞亚群结构与患者病情及认知功能的关系[J]. 中国卫生检验杂志, 2019, 29(12): 1491-1493. |
[6] | 王宁, 郭梓昱, 田淑珂, 等. 基于融合特征t-SNE降维的控制图质量异常模式识别[J]. 系统工程理论与实践, 2024, 44(7): 2381-2393. |
[7] | 邓建国, 张素兰, 张继福, 等. 监督学习中的损失函数及应用研究[J]. 大数据, 2020, 6(1): 60-80. |
[8] | 温兆琦, 王晓哲, 侯艳芳, 等. 基于sc RNA-seq数据的单细胞非线性降维方法[J]. 数学建模及其应用, 2023, 12(3): 33-44. |
[9] | 杨品, 任振华, 袁增强. 多模态组学数据整合方法的性能评测[J]. 基因组学与应用生物学, 2024, 43(7): 1196-1213. |
[10] | 田英, 郝兆才. 基于增强加权共现图和图核相似性的文本分类方法[J]. 计算机工程与设计, 2023, 44(5): 1434-1440. |
[11] | 皇站飞, 赵桂华. 空间解析单细胞转录组的优化算法研究[J]. 上海理工大学学报, 2024, 46(6): 698-707. |
[12] | 郭雨茜, 李华玲. 基于标签噪声鲁棒学习的疾病风险预测[J]. 计算机系统应用, 2023, 32(10): 184-191. |
[13] | 陈仲扬, 马艳妮, 余佳. 基于单细胞转录组测序分析描绘人类早期胚胎红细胞发育图谱[J]. 基础医学与临床, 2022, 42(5): 776-781. |