计算机科学与生命科学第五讲
计算机在生命科学中的应用
计算机在生命科学中的应用随着时代的变迁，计算机已经成为了现代生命科学的重要工具之一。
它为生命科学领域提供了独特的视角和解决方案。
计算机在生命科学中的应用不仅仅是数据处理和模拟，更是一种思想和方法的变革。
下面将会从多个方面介绍计算机在生命科学中的应用。
一. 基因组学基因组学是一个以基因组和基因为研究对象的学科，主要研究基因组结构、基因组变异和基因功能等。
计算机在基因组学中的应用主要分为两个方面。
1. 基因组学数据的处理和分析近年来随着高通量测序技术的发展，大量基因组数据已经被产生和积累。
这些数据对于科学家来说是一种宝贵的资源。
然而，如何高效地处理和分析这些数据是一个十分关键的问题。
计算机在这方面有非常重要的作用。
通过算法和数据挖掘技术，计算机可以对大量基因组数据进行分析和比较，并从中发现一些有用的信息。
通过这种方法可以加速对基因的研究，为生命科学的发展提供支撑。
2. 基因组学模拟另一方面，计算机还可以通过模拟技术，模拟人类基因或其他生物基因的运作方式和机制。
这一方面的应用对于开展基因研究以及疾病防治具有重要意义。
利用计算机模拟，可以更好地研究基因之间的相互作用，推断出基因表达的模式，并发现疾病发生的机制，为生命科学的发展提供突破。
二. 生物网络生物网络是由各种生物分子之间相互作用所构成的网络，包括基因、蛋白质、代谢产物等。
生物网络的结构复杂，计算机在这方面的应用主要包括两个方面。
1. 生物网络数据的处理和分析与基因组学类似，生物网络也是一种充满巨大数据的领域。
计算机可以用来加快对生物网络的处理和分析。
其中，数据挖掘技术可以帮助研究者预测生物反应，并从中提取出重要的信息。
而基于生物网络的图像可以形成对于生物网络结构的视觉表达，这可以帮助生命科学家更好地理解生物网络，为生命科学的发展提供支持。
2. 生物网络的模拟通过对生物网络的模拟，计算机可以帮助研究者研究生物分子之间的关联。
这种方法可以研究神经系统、心血管系统等的模型，并从中探索所研究的生物系统的特性。
计算机技术在生物学中的应用教案
计算机技术在生物学中的应用-教案章节一：引言教学目标：1. 了解计算机技术在生物学中的重要性。
2. 掌握生物信息学的基本概念。
3. 理解计算机技术在生物学研究中的应用范围。
教学内容：1. 计算机技术在生物学中的发展历程。
2. 生物信息学的定义及其研究领域。
3. 计算机技术在生物学研究中的常用工具和软件。
教学活动：1. 引导学生了解计算机技术在生物学中的重要性。
2. 让学生通过查找资料，了解生物信息学的定义及其研究领域。
3. 组织学生讨论计算机技术在生物学研究中的常用工具和软件。
章节二：基因序列分析教学目标：1. 掌握基因序列的基本概念。
2. 了解基因序列分析的方法和工具。
3. 掌握BLAST工具的使用方法。
教学内容：1. 基因序列的定义及其特点。
2. 基因序列分析的方法和工具。
3. BLAST工具的使用方法及注意事项。
教学活动：1. 引导学生了解基因序列的定义及其特点。
2. 让学生通过查找资料，了解基因序列分析的方法和工具。
3. 组织学生进行BLAST工具的使用练习，并讨论结果解读。
章节三：蛋白质结构预测教学目标：1. 掌握蛋白质结构的基本概念。
2. 了解蛋白质结构预测的方法和工具。
3. 掌握Rosetta工具的使用方法。
教学内容：1. 蛋白质结构的层次及其预测方法。
2. 蛋白质结构预测的工具和算法。
3. Rosetta工具的使用方法及注意事项。
教学活动：1. 引导学生了解蛋白质结构的层次及其预测方法。
2. 让学生通过查找资料，了解蛋白质结构预测的工具和算法。
3. 组织学生进行Rosetta工具的使用练习，并讨论结果解读。
章节四：生物信息数据库教学目标：1. 掌握生物信息数据库的基本概念。
2. 了解常见生物信息数据库及其应用。
3. 掌握NCBI数据库的使用方法。
教学内容：1. 生物信息数据库的定义及其分类。
2. 常见生物信息数据库及其应用领域。
3. NCBI数据库的使用方法及注意事项。
教学活动：1. 引导学生了解生物信息数据库的定义及其分类。
计算机科学导论PPT课件
第一讲 概述
• 主讲教师： 马 波 • 授课对象：2011级计算机学院学生 • 总学时数：1000003学2 时 • 理论教学学时数：11000学时24 • 上机学时8数：1000学时
2
《计算机科学导论》教材
• 教材
《计算机科学导论》
机械工业出版社
刘艺等译
3
课程目标
• 展示计算机科学的全景 • 激发学习兴趣 • 为后续课程的学习做好必要的知识准备
学支撑平台” 进行
• 计算机科学导论教学网站：
/moodle/
• “网络教学支撑平台”的用法也请登录：
/moodle/
8
学习建议
• 内容多，用系统的思想学习，掌握基本概念、基
本原理、基本操作；
• 听讲与自学相结合，可以快速浏览几本书，有针
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冯•诺依曼与IAS, 1952
• 冯•诺依曼的 IAS 计算机诞生于
1952。
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计算机概述——计算机的发展历史
1 电子管时代（从ENIAC诞生到50年代后期） 2 晶体管时代（50年代中期到60年代中期） 3 集成电路时代（60年代中期到70年代前期） 4 大规模集成电路时代（70年代初到80年代初） 5 超大规模集成电路时代（80年代以后） 6 生物神经网络时代（人工智能）
1833, 又开始设计可编程的自
动机械数字计算机，也称分
析引擎 “ (Analytical
Engine )”。
21
霍列瑞斯与卡片穿孔制表机，1890
计算机系统发展的重要一 步是1890年制表机的发明。 由霍列瑞斯发明，首次用 于全美的人口普查。
1896年，霍列瑞斯组织了 International Business Machines (IBM)。
计算机技术在生物学中的应用教案
计算机技术在生物学中的应用-教案章节一：引言1.1 教学目标：了解计算机技术在生物学中的重要性和应用领域。
激发学生对计算机技术在生物学中应用的兴趣和好奇心。
1.2 教学内容：计算机技术的定义和发展历程。
生物学与计算机技术的交叉领域。
计算机技术在生物学中的重要应用案例。
1.3 教学方法：讲座式教学，介绍计算机技术在生物学中的应用。
互动讨论，引导学生思考计算机技术在生物学中的潜在应用。
章节二：基因组学与生物信息学2.1 教学目标：了解基因组学的概念和重要性。
掌握生物信息学的基本原理和方法。
2.2 教学内容：基因组的定义和结构。
基因组学的研究方法和应用。
生物信息学的基本概念和方法。
2.3 教学方法：讲座式教学，介绍基因组学的基本概念和应用。
案例分析，分析具体的基因组学研究案例。
章节三：生物信息学工具与技术3.1 教学目标：掌握生物信息学中常用的工具和技术。
能够运用生物信息学工具进行生物学数据分析和解读。
3.2 教学内容：生物信息学工具的分类和介绍。
生物信息学技术的基本原理和方法。
实际操作生物信息学工具进行数据分析和解读。
3.3 教学方法：讲解和示范生物信息学工具的使用方法。
学生实际操作练习，进行生物学数据分析。
章节四：计算机模拟与分子建模4.1 教学目标：了解计算机模拟在生物学中的应用。
掌握分子建模的基本原理和方法。
4.2 教学内容：计算机模拟的定义和原理。
分子建模的基本概念和方法。
计算机模拟在生物学研究中的应用案例。
4.3 教学方法：讲座式教学，介绍计算机模拟和分子建模的基本概念。
学生实际操作练习，进行简单的分子建模和模拟。
章节五：图像处理与生物识别技术5.1 教学目标：了解图像处理在生物学中的应用。
掌握生物识别技术的基本原理和方法。
5.2 教学内容：图像处理的基本概念和方法。
生物识别技术的定义和应用领域。
生物识别技术在生物学研究中的应用案例。
5.3 教学方法：讲解和示范图像处理的基本方法。
学生实际操作练习，进行生物图像的处理和识别。
计算机科学与生命科学交叉学科
计算机科学与生命科学交叉学科-----生物信息学摘要：本文主要阐述了生物信息学的产生、发展与未来展望，以及对生物信息学的涉及领域的应用与展望。
将具体介绍到生物信息学基础，产生，发展，详细到孟德尔的豌豆杂交试验和人类基因组测序工程的进行。
比较系统的介绍到生物信息学发展历程，将会大篇幅的涉及到生物信息学在社会各个方面的应用与发展前景。
并且详细的谈谈我对生物信息学各方面的认识与观点。
关键词:生物信息学，发展，应用，发展前景生物信息学是建立在分子生物学的基础上的，因此，要了解生物信息学，就必须先对分子生物学的发展有一个简单的了解。
研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在，1871年Miescher从死的白细胞核中分离出脱氧核糖核酸（DNA），在Avery和McCarty于1944年证明了DNA是生命器官的遗传物质以前，人们仍然认为染色体蛋白质携带基因，而DNA是一个次要的角色。
1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。
与此同时，Wilkins与Franklin用 X射线衍射技术测定了DNA 纤维的结构。
1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA的三维结构（双螺旋）。
DNA以磷酸糖链形成发双股螺旋，脱氧核糖上的碱基按Chargaff规律构成双股磷酸糖链之间的碱基对。
这个模型表明DNA具有自身互补的结构，根据碱基对原则，DNA中贮存的遗传信息可以精确地进行复制。
他们的理论奠定了分子生物学的基础。
DNA双螺旋模型已经预示出了DNA复制的规则，Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出 DNA聚合酶（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。
DNA的复制需要一个DNA作为模板。
计算机在生命科学中的应用
Galileo wrote that “the book of nature is written in the language of mathematics ”; Nearly 400 years later,the fragmented teaching of science in our universities still leaves biology outside the quantitative and mathematical culture that has come to define the physical sciences and engineering.
生物数学
生物学
遗传学 生态学 生理学 生物动力学 生物分类学 等 计算机 线性代数 信息论 微分方程 概率论 积分变换等
数学
统计学
生物数学的发展过程
1901——Pearson, “ 生物统计学杂志” 1920s——Rashevsky, Lotka, 生物方程、生物数 学模型 1940s——计算机产生，数量分类学、生物控制 论、信息论随之产生 1970s——数学的各项内容应用于生物学，包括 经典数学、应用数学 1990s——生物信息处理 2000s——计算生物学、生物数学复杂模型等
计算机在生命科学中的应用
讲述计算机在生命科学中应用的共性问题 具体内容：生命科学中的数值方法、生物 统计学、生命科学实验数据处理、生命科 学中的数学模型及其求解、生命科学实验 设计、生物信息学、生命科学中的常用软 件等几个部分。 主要应用MATLAB为计算工具。
课程教学安排
总学时：54学时 其中：课堂教学/32学时，上机练习/16学 时(生物楼三楼机房), 大作业/6学时 成绩评定：平时成绩50%，考试成绩50% 教材：《计算机在生命科学中的应用》 参考书籍：计算机数值方法、MATLAB、 生物统计学、回归分析、数学建模、生 物信息学等相关书籍
计算机技术在生物学中的应用教案
计算机技术在生物学中的应用-教案第一章：计算机技术在生物学研究中的概述1.1 教学目标让学生了解计算机技术在生物学研究中的重要性。
让学生了解常见的计算机技术在生物学中的应用。
1.2 教学内容计算机技术的发展简史。
计算机技术在生物学研究中的应用领域。
计算机技术对生物学研究的贡献。
1.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生了解计算机技术在生物学中的应用。
引导学生思考计算机技术在生物学中的未来发展。
第二章：生物信息学与基因组学2.1 教学目标让学生了解生物信息学的基本概念。
让学生了解基因组学的基本概念。
2.2 教学内容生物信息学的定义、发展与研究内容。
基因组学的定义、发展与研究内容。
2.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生了解生物信息学和基因组学的基本概念。
引导学生思考生物信息学和基因组学在生物学研究中的应用。
第三章：生物信息学与蛋白质组学3.1 教学目标让学生了解蛋白质组学的基本概念。
让学生了解生物信息学在蛋白质组学研究中的应用。
3.2 教学内容蛋白质组学的定义、发展与研究内容。
生物信息学在蛋白质组学研究中的应用。
3.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生了解蛋白质组学和生物信息学在蛋白质组学研究中的应用。
引导学生思考蛋白质组学和生物信息学在生物学研究中的未来发展。
第四章：生物信息学与系统生物学4.1 教学目标让学生了解系统生物学的基本概念。
让学生了解生物信息学在系统生物学研究中的应用。
4.2 教学内容系统生物学的定义、发展与研究内容。
生物信息学在系统生物学研究中的应用。
4.3 教学方法采用讲解和案例分析相结合的方式，让学生了解系统生物学和生物信息学在系统生物学研究中的应用。
引导学生思考系统生物学和生物信息学在生物学研究中的未来发展。
第五章：计算机技术在生物学实验中的应用5.1 教学目标让学生了解计算机技术在生物学实验中的重要性。
让学生了解常见的计算机技术在生物学实验中的应用。
计算机科学与生命科学第五讲PPT课件
生物信息学
生物信息学是计算机科学与生命科学交叉的学科，主要研究生物分子数据 的获取、存储、分析和解释。
它利用计算机科学和信息管理的原理和技术，对生物分子数据进行处理和 分析，以揭示生命活动的规律和机制。
生物信息学的研究领域包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学 等。
计算生物学
01
02
03
计算生物学是计算机科 学与生命科学交叉的学 科，主要研究利用计算 机模拟和数学模型来理
计算机科学与生命科学第五讲
目录
• 计算机科学与生命科学概述 • 计算机科学与生命科学的发展历程 • 计算机科学与生命科学的研究领域 • 计算机科学与生命科学面临的挑战与解决
方案 • 计算机科学与生命科学的未来展望
01 计算机科学与生命科学概 述
定义与特点
定义
计算机科学是一门研究计算机及其应 用的理论、方法和技术的一门学科； 生命科学则是一门研究生物体及其相 互作用的科学。
1980s-1990s
随着生物信息学的兴起，计算机科学与生命科学开始深度融合， 涉及领域包括基因组学、蛋白质组学等。
现代发展阶段
1990s至今：计算机科学与生命科学 交叉领域迅速发展，产生了大量新理 论、新方法和新技术，如生物信息学、 系统生物学、合成生物学等。
当前，人工智能、机器学习等技术在 生命科学研究中的应用越来越广泛， 为解决复杂生命问题提供了有力支持。
它通过利用人工智能和机器学习的算法和技术，对生物数 据进行分析和挖掘，以揭示生命活动的内在机制和规律。
人工智能与机器学习在生命科学中的应用研究领域包括基 因预测、疾病诊断和治疗、药物研发等。
04 计算机科学与生命科学面 临的挑战与解决方案
数据处理与分析的挑战与解决方案
生命科学与计算机发展有哪些规律
生命科学与计算机发展有哪些规律生命科学和计算机科学是两个看似截然不同的领域，但它们在发展中却有一些共同的规律。
本文将从不同的角度探讨生命科学和计算机科学在发展中所遵循的规律，并分析它们之间的联系。
一、相互依赖性规律生命科学和计算机科学之间存在着相互依赖的规律。
生命科学需要计算机科学来处理和分析大量的生物数据，从而帮助科学家们了解生命的基本原理。
而计算机科学也需要生命科学来提供实际的应用场景和数据，为计算机科学的发展提供动力。
双方形成了一种良性循环的关系，相互促进。
二、多学科交叉规律生命科学与计算机科学的发展呈现出了多学科交叉的规律。
随着科技的进步，生物信息学、计算机仿真模拟等学科兴起，使得生命科学与计算机科学之间的界限变得模糊。
越来越多的生命科学研究需要借助计算机科学的方法和技术，而计算机科学也需要深入了解生命科学的基本原理。
这种多学科交叉的趋势将推动两个领域的快速发展。
三、数据驱动规律生命科学和计算机科学的发展中都有一个共同的规律，即数据驱动。
生命科学研究需要大量的基因组、蛋白质等生物数据，而计算机科学则需要实际的数据场景来验证算法和模型的效果。
因此，数据的采集、处理和分析成为两个领域发展的重要驱动力。
同时，数据的高速增长也对两个领域提出了巨大的挑战，如数据存储、传输和隐私安全等方面。
四、算法优化规律生命科学和计算机科学的发展都需要算法的支持。
在生命科学中，算法可以帮助科学家们从庞大的生物数据中提取有用的信息，寻找基因的功能和调控机制等。
而在计算机科学领域，算法的优化可以提高计算的效率和精确性，为各种应用场景提供更好的解决方案。
两个领域都在不断地研究和改进算法，以适应不断变化的需求。
综上所述，生命科学与计算机科学在发展中遵循着相似的规律。
它们之间存在着相互依赖性和多学科交叉的关系，都受到数据驱动和算法优化的影响。
生命科学和计算机科学的融合将为人类带来更多的科学突破和技术创新。
随着科技的不断进步，我们可以期待这两个领域的更深入合作，共同推动人类社会的进步和发展。
生物与计算机科学
● 03
第3章 计算生物学的应用
生物序列分析
生物序列分析是计算生物学中的重要研究方向， 包括基因组序列、蛋白质序列等的分析。通过对 生物序列的比对、预测和功能分析，可以揭示生 物系统中的潜在规律和相互关系。在生物信息学 中，生物序列分析为研究生物多样性、进化关系 以及功能基因等提供了重要工具和方法。
开发智能算法
03、
交叉应用
加速科学研究
推动医学进步
04、
技术创新
探索未知领域 提供新治疗方案
未来潜力展示
01 医学影像分析
利用算法辅助医学诊断
02 基因组编辑
定向修改基因组
03 生物信息共享
促进生物数据共享
结语
生物与计算机科学的结合代表着生物学和计算机 科学的融合，是科技发展的新方向。希望更多的 科研人员能够在这个领域有所探索，为人类的健 康和生活带来更多创新和进步。感谢您的关注和 支持！
生物信息学的应用
基因组学
解读DNA信息
药物设计
辅助新药研发
疾病诊断
辅助医学诊断
蛋白质组学
研究蛋白质结构
未来发展趋势
随着科技的不断发展， 生物信息学领域也在 不断创新。未来，生 物信息学可能会与人 工智能、大数据等技 术结合，开辟出更多 新的研究方向和应用 领域，为生物学和医 学做出更大的贡献。
感谢观看
THANKS
基因组演化
生物种群遗传多 样性研究
基因组比对
基因组的异同点 分析
生物信息学中的机器学习
01、
支持向量机
在生物数据分类中的应用
特征提取和模式识别
02、
神经网络
生物数据的深度学习
蛋白质结构预测的应用
生物计算机电脑技术与生命科学的交汇点
生物计算机电脑技术与生命科学的交汇点生物计算机：电脑技术与生命科学的交汇点生物计算机是一种将电脑技术与生命科学相结合的新型技术。
它的发展源于对生物体内发生的复杂计算过程的研究，通过模拟和应用生物体内的计算机原理，来解决复杂问题和开发新的应用。
本文将探讨生物计算机的原理、应用领域以及未来发展趋势。
一、生物计算机的原理生物计算机的原理基于生物体内的计算机原理，主要涉及DNA计算、蛋白质计算和细胞计算等技术。
DNA计算利用DNA分子的信息存储和处理能力，进行类似于电子计算机中逻辑门和数据处理的运算。
蛋白质计算则利用蛋白质的折叠和相互作用原理，实现类似于电子计算机中的算术、逻辑运算等。
细胞计算则是通过模拟细胞内部的信号传递和调控网络，进行信息存储和处理。
二、生物计算机的应用领域1. 生物信息学生物计算机在生物信息学领域具有广泛的应用。
它可以加速DNA序列的拼接和比对，为基因组学、转录组学、蛋白质组学等研究提供高效的分析工具。
同时，生物计算机还可以模拟和预测分子间的相互作用，为药物设计和疾病治疗提供新的思路和方法。
2. 智能医疗生物计算机在智能医疗领域的应用正在逐渐展开。
它可以通过分析个体的基因组数据，预测患者患上某种疾病的风险，并提供个性化的治疗方案。
此外，生物计算机还可以用于细胞治疗，通过调整细胞内的基因表达，治疗某些难以治愈的疾病。
3. 环境保护生物计算机在环境保护领域的应用也具有潜力。
通过模拟和分析物种的进化和生态系统的变化，生物计算机可以预测环境变化对生物多样性的影响，为环保决策提供科学依据。
此外，生物计算机还可以用于优化微生物酶的设计，提高废水处理和生物燃料生产的效率。
三、生物计算机的发展趋势随着生物计算机技术的不断发展，未来它将进一步融合电脑技术和生命科学，呈现以下几个趋势：1. 多学科交叉融合生物计算机的发展需要多学科的交叉融合，电脑技术、生命科学、物理学等多个领域的专家需要共同合作，共同推动生物计算机的发展。
计算机在生命科学中的应用55页文档
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70
计算机科学与生命科学
计算机科学与生命科学论文世界上没有两片完全相同的树叶。
”----戈特弗里德·威廉·莱布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz，1646-1716），莱布尼兹认为：数理逻辑、数学和计算机三者均出于一个统一的目的，即人的思维过程的演算化、计算机化、以至于在计算机上实现。
首次提出了“计算机”这个概念，英国著名的数学家和逻辑学家，被称为计算机科学之父、人工智能之父，是计算机逻辑的奠基者。
在图灵之前没有任何人清楚地说明过莱布尼兹说的“计算机”到底是怎么一回事。
1936年图灵发表了论文“论可计算及其在判定问题中的应用”。
在论文的一个脚注中“顺便”提出来一种计算机抽象模型，可以把推理化作一些简单的机械动作。
正是这个“歪打正着”的脚注，开辟了计算机科学技术史的新纪元。
图灵提出的该计算模型现在被称为“图灵机”。
1952年，图灵写了一个国际象棋程序。
可是，当时没有一台计算机有足够的运算能力去执行这个程序，他就模仿计算机，每走一步要用半小时。
他与一位同事下了一盘，结果输了。
二战时期图灵破解了德国的著名密码系统Enigma，成为扭转战争走势的关键人物。
但战后英国政府却认为他是同性恋而拘捕了他，注射各种药物进行“治疗”。
1954年，图灵吃了一口被氰化钾浸泡过的苹果而死。
后来这个被咬了一口的苹果成为了苹果电脑公司的标志。
自古以来，人类就没有停止过对神秘的生命现象孜孜不倦的探索。
1840年，虎克发明了显微镜，因而首次发现细胞和微生物，此后，荷兰的列文胡可清晰的观察了活动的细胞，证实了细胞是所有生命的结构基础，1865年，的奥地利的传教士孟德尔通过豌豆实验阐明了生物遗传最基本最经典的规律，开创了遗传学研究的新纪元。
1953年，watson和crick共同发明了DNA的双螺旋结构，并因此获得了诺贝尔奖，DNA双螺旋结构的阐明标志着现在分子生物学的诞生。
二十世纪四十至五十年代前后，生物学家们吸收数学、物理、化学等其他科学最新的研究成果及技术，开始了深入分子层面的研究。
计算机科学与生物
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积极向上的心态，是成功者的最基本要素 5、
。20.1 0.2620. 10.262 2:56:59 22:56:5 9Octobe r 26, 2020
生活总会给你谢另一个谢机会，大这个机家会叫明天 6、
。2 020年1 0月26 日星期 一下午1 0时56 分59秒2 2:56:59 20.10.2 6
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开发生物计算机的两个方向
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一个是在不改变传统数字式 计算技术的基础上，用含半 醌类有机化合物的分子取代 现用的硅半导体元器件，在 分子水平上进行器件关开和 逻辑操作，其优越性在于不 仅大大缩小了电子器件的体 积，而且优化了工作性能， 扩大了存储量，提高了运算 速度
自主意识的机器人
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北京奥运会曾经使用过的机器人
❖一、福娃机器人 ❖ 福娃机器人能够感应到一米范围内的
游客，与人对话、摄影留念、唱歌舞蹈， 还能回答与奥运会相关 ❖二、翻译机器人 ❖ 能够实现在任何时间、场所，对任何 人和任何设备的多语言服务。 ❖三、安保机器人 ❖ 其杰出代表为排爆机器人。
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上海世博会使用过的机器人
❖ 海宝机器人
❖ 迎宾服务；语音服务 ；信息服务 ；照相服 务；导航服务；协作 引领参观 ；才艺表演
Logo
Company Logo
Logo ❖机器人学国家重点实验室（State Key
Laboratory of Robotics)依托于中国科学院沈阳 自动化研究所。其前身是中国科学院机器人学开 放实验室。该实验室是我国机器人学领域最早建 立的部门重点实验室，我国机器人学领域著名科 学家蒋新松院士1989-1997年曾任实验室主任。
计算机科学与生物
计算机科学与生物1. 引言计算机科学和生物是两个截然不同的领域，前者关注计算机系统和算法的开发和应用，后者研究生命体的结构和功能。
然而，在现代科技的推动下，这两个领域正日益融合，并产生了许多跨学科的研究方向。
本文将探讨计算机科学与生物的交叉领域以及它们在现实生活中的应用。
2. 生物信息学生物信息学是计算机科学和生物学相结合的交叉学科领域，其主要研究内容是利用计算机技术来处理和分析生物学数据。
生物信息学的发展得益于计算机技术的飞速发展，使得科学家能够处理和分析大规模的生物学数据，从而得到更多有关遗传组成、蛋白质结构和生物进化等方面的信息。
生物信息学在基因组学、蛋白质组学和药物设计等领域发挥着重要的作用。
通过对基因组和蛋白质的序列分析和比对，科学家能够揭示生命体的进化关系和遗传机制，进而研究疾病的发生和药物的研发。
3. 人工智能与生物学人工智能是计算机科学的一个重要分支，旨在使计算机能够模拟和执行人类智能的任务。
近年来，人工智能技术在生物学领域得到广泛应用，如基因组学、蛋白质结构预测和药物发现等。
在基因组学方面，人工智能可以帮助科学家挖掘基因组中的隐藏信息，并预测基因与疾病之间的关联。
通过深度学习算法，研究人员能够从大规模的基因组数据中发现模式和规律，为疾病的诊断和治疗提供新的思路。
在蛋白质结构预测方面，人工智能可以通过模拟和学习已知的蛋白质结构来预测未知的蛋白质结构。
这对于理解蛋白质的功能和设计新的药物具有重要意义。
4. 生物计算和生物信息处理生物计算是一种将生物学和计算机科学结合起来的新兴研究领域，其目的是设计和构建生物计算机系统。
生物计算通过利用基于生物分子的信息储存和处理来解决复杂的计算问题。
生物计算的一个典型例子就是DNA计算。
DNA是生物体中的遗传物质，具有高度并行和巨大存储容量的特点。
通过利用DNA中的碱基对序列，科学家可以设计出一种特定的DNA序列，使其在一系列的生物反应中进行信息的储存和处理。
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计算机辅助医学技术
1.2 Bayes法辅助诊断 A与B是两个相关联的随机事件。通常，事件A在事件B发生的条件下的概 率，与事件B在事件A发生的条件下的概率是不一样的；然而，这两者是有确 定的关系，贝叶斯定理就是这种关系的陈述。
P(A): A发生的概率 P(B): B发生的概率 P(A|B): 在B发生的条件下，A发生的概率 P(B|A): 在A发生的条件下，B发生的概率
专家医疗系统
远程医疗技术
远程医疗指的是利用通信和信息技术来实现异地疾病诊断、治疗和健康护 理等多种医学模式。利用远程医疗系统，可以不受空间距离的限制，使条件好 的医疗机构为异地的患者进行疾病诊断和健康护理服务，或者为异地医生提供 手术指导、诊断及治疗咨询。因此，远程医疗的最主要的目标是为医疗条件差 的地方提供基于专家的健康护理或紧急情况下的危重病人救护。远程医疗的最 主要特征是因资源共享而产生的资源利用的高效性、对紧急情况能及时处理的 时效性及节省医院和患者开支的经济性。 从结构上，远程医疗可以分为3个部分：
远程医疗技术
按照组成远程医疗各方的地理位置及环境，可将现阶段的远程医疗划分为 3个层次： 1. 医院内各科室与部门间的医疗信息交流，包括病案传送、会诊等。 2. 各个医院间的医疗信息交流，包括地区小医院请专科医院协助诊断与治疗， 各个医院的专家对疑难病症的会诊。高水平医院对低水平医院的培训。边远地 区诊所向中心区地医院进行咨询等。 3. 医院与院外的医疗信息交流，包括对于家庭对象的监测、对车船及飞机上的 乘客的医疗支援等。
生物医学信号
人体中的信号：
化学信息是指组成人体的有机物在发生变化时所给出 的信息，它属于生物化学所研究的范畴。 物理信息是指人体各器官运动时所产生的信息。物理 信息所表现出来的信号又可分为电信号和非电信号两 大类。 人体电信号，如体表心电（ECG）信号、脑电 （EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电 （EGG）等在临床上取得了不同程度的应用。人体磁 场信号检测近年来也引起了国内外研究者和临床的高 度重视，我们把磁场信号也可归为人体电信号。 人体非电信号，如体温、血压、心音、心输出量及肺 潮气量等，通过相应的传感器，即可转变成电信号。 电信号是最便于检测、提取和处理的信号。
计算机辅助医学技术
例1. 假设来看胃病的病人只有两种胃病，急性胃炎和慢性胃炎。而患这两种病的病人也 只有两种症状，胃胀和胃痛。以往100个胃病人的确诊结果及症状表现如下：急性有21 例，慢性有79例，急性时胃胀和胃痛的分别占14%和86%，慢性时胃胀和胃痛的分别占 19%和81%。问：新来的一位病人有胃胀症状时，患急性胃炎的概率分别是大少。 P(A): P(急性) P(B): P(胃胀)
远程医疗技术
/mednet/management/
远程医疗技术
远程医疗的关键技术： 1. 医疗保健技术
用于远程的医疗保健技术包括医疗专业人员的诊疗技术和临床检测工程技 术，例如：心电图、血压、血痒、电生理检测，B超、CT成像，血、尿、体液 的生化含量分析等。
P(急性|胃胀) = P(胃胀|急性) * P(急性) / P(胃胀) P(胃胀|急性) = 14% P(急性) = 21/100 = 21% P(胃胀) = P(胃胀|急性) * P(急性) + P(胃胀|慢性) * P(慢性) = 14% * 21% + 19% * 79% = 18% P(急性|胃胀) =14% * 21% / 18% = 16%
远程医疗技术
远程医疗技术起源与20世纪60年代，美国航天管理局为检测航天飞行器中宇 航员的生命参数而建立的远程监测系统。 临床最早的应用实例是美国国家心理健康研究所在Nebraska精神病和Norfold 州立医院之间建立的通过闭路电视实现的远程医疗，仅限于诊治精神病人。 20世纪70-90年代，发达国家逐步建立远程医疗实验网。1987-1991年，日本 利用高清数字电视技术和计算机广域网建立了“国立大学医院医疗信息远程传 输网络系统”。1989年，亚美尼亚地震灾害后，美国国家宇航局应用卫星技 术指挥现场救灾，现场医生与美国医疗中心进行远程会诊。 20世纪90年代以后，计算机网络、多媒体技术和光纤通讯技术的迅猛发展有 力推动了远程医疗的快速发展。在美国远程医疗是1993年提出的“国家信息 基础设施行动计划”的重要组成部分。1996年日本已经开始建成“健康信息 高速公路”，向用户提供疾病治疗、保健、饮食等方面的信息。 乔治亚州教育医学系统（CSAMS）是目前世界上规模最大、覆盖面最广的远 程教育和远程医疗网络，可进行有线、无线和卫星通信活动，远程医疗网是其 中的一部分。欧盟组织了3个生物医学工程实验室、10个大公司、20个病理学 实验室和120个终端用户参加的大规模远程医疗系统推广实验，推动了远程医 疗的普及。
诊断建议：是慢性胃炎的可能性明显高于急性胃炎。
计算机辅助医学技术
例2. 假设来看胃病的病人有n种胃病，D1,…,Dn。而患这n种病的病人有m种症状， S1,…Sm。根据以往大量个胃病人的确诊结果及症状表现，已知: P(Di), i=1,…,n P(Sj|Di), i=1,…,n, j=1,…,m 求：(1) 新来的一位病人有症状Sa时，患各类胃病的概率分别是大少。(2) 新来的一位病 人有症状Sa,…,Sb时，患各类胃病的概率分别是大少。 (1) For (i=1,…,n): P(Di|Sa) = P(Sa|Di) * P(Di) / P(Sa) = P(Sa|Di) * P(Di) P(Sa|D1) * P(D1) + … + P(Sa|Dn) * P(Dn)
附加说明页
“863”计划：1986年3月，王大珩（heng2）、王淦（gan4）昌、杨嘉墀 （chi2）、陈芳允四位老科学家给中共中央写信，提出要跟踪世界先进水平， 发展我国高技术的建议。这封信得到了邓小平同志的高度重视，小平同志亲自 批示：此事宜速决断，不可拖延。经过广泛、全面和极为严格的科学和技术论 证后，中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划（863计划）纲要》。 “973”计划：1997年，原国家科技领导小组第三次会议决定要制定和实施 《国家重点基础研究发展规划》，随后由科技部组织实施了国家重点基础研究 发展计划（亦称973计划）。制定和实施973计划是为了实施“科教兴国”和 “可持续发展战略”，加强基础研究和科技工作；是实现2010年以至21世纪 中叶我国经济、科技和社会发展的宏伟目标，提高科技持续创新能力，迎接新 世纪挑战的重要举措。 三级甲等医院（三甲）： 一级医院：病床数在100张以内，包括100张。二级医院：病床数在101-500张 之间。三级医院：病床数在501张以上。 各级医院经过评审，按照《医院分级 管理标准》确定为甲，乙、丙三等，其中三级医院增设特等，因此医院共分三 级十等。但实际执行中，一级医院不分甲、乙、丙三等。 三级特等医院（三特）：北京协和医院、中日友好医院、解放军总医院（301）
生物医学信号
人体中的信号：
上述信号是由人体自发生产的，称为 “主动性”信号。 另外，还有一种“被动性”信号，即人体在外界施加 某种刺激或某种物质时所产生的信号。如诱发响应信 号，即是在刺激下所产生的电信号，在超声波及X 射 线作用下所产生的人体各部位的超声图象、X 射线图 象等也是一种被动信号。 这 些信号是我们迚行临 床诊断 的重要工具。
2. 程通讯技术
远程医疗中传送的医学信息量较大，对通讯技术要求较高，目前的主要通 讯技术有：程控电话网、双绞线局域网、光纤网、综合业务数字网（ISDN）、 卫星通讯。
3. 信息学技术
医疗信息的检测、采集、储存、分析处理、显示、查询、管理。
东软公司提到的关Biblioteka 技术： /medit/cn/telemedicine/23.jsp
化学信息是指组成人体的有机物在发生变化时所给出 的信息，它属于生物化学所研究的范畴。 物理信息是指人体各器官运动时所产生的信息。物理 信息所表现出来的信号又可分为电信号和非电信号两 大类。 人体电信号，如体表心电（ECG）信号、脑电 （EEG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、胃电 （EGG）等在临床上取得了不同程度的应用。人体磁 场信号检测近年来也引起了国内外研究者和临床的高 度重视，我们把磁场信号也可归为人体电信号。 人体非电信号，如体温、血压、心音、心输出量及肺 潮气量等，通过相应的传感器，即可转变成电信号。 电信号是最便于检测、提取和处理的信号。
(2) For (i=1,…,n): P(Di|Sa,…,Sb) =
P(Sa|Di) * … * P(Sb|Di) * P(Di) P(Sa,…,Sb) P(Sa|Di) * … * P(Sb|Di) * P(Di)
= [P(Sa|D1) * … * P(Sb|D1) * P(D1)] + … + [P(Sa|Dn) * … * P(Sb|Dn) * P(Dn)]
计算机科学与生命科学（5）
计算机与医学
2014年秋季学期通选课程 上课时间：周一 18:30点 上课地点：软件园4区402d 主讲人：魏天迪 讲义网址：/biocomp/
计算机辅助医学技术
1. 计算机辅助诊断 医生通过询问、观察、听、简单测量和特殊检查来收集病人的各种信息， 然后在头脑里加工，确立诊断。应用计算机模拟医生诊断疾病过程的系统称为 计算机辅助诊断系统（CADS）。 1.1 诊断指标的选择 诊断指标是指作为诊断依据的各个项目，如病史、症状、体征、特殊检查 结果等。诊断指标的选取应注意以下几点： （1）特异性高、观测误差小的项目； （2）对病人不利影响小、经济负担少的项目； （3）通俗，易取得的项目，如不宜选“红细胞寿命缩短”这一理论上的指标， 而应该选“红细胞密度降低”； （4）指标总数力求少些，而准确度高些； （5）在给病人用户用的系统应尽量避免组合性指标，给医生用的可以。
生物医学信号
什么是信号？
生物医学信号
人体中的信号：