基于SAF的電影院售票及管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)_20868.pdf

1、測定生物大分子空間結(jié)構(gòu)是揭示蛋白質(zhì)分子功能、闡明其相互作用規(guī)律的重要基礎(chǔ)。近年來,在更易描述分子形態(tài)的球坐標系下,使用抑制噪聲功能更強的ISAF基函數(shù)進行單顆粒三維重構(gòu),與其它三維重構(gòu)技術(shù)相比,能夠獲得分辨率更高的分子結(jié)構(gòu)。但是,該算法剛剛提出,相關(guān)研究很少,在精度、速度上都存在不完善的地方,亟待改進。
　　 本文通過分析ISAF算法的重構(gòu)過程,發(fā)現(xiàn)并解決其精度和速度上存在的問題。精度上的問題主要是:頻域采樣時采用的雙線性插值方

2、法不能表現(xiàn)傅里葉信號強跳變性和不連續(xù)性,CTF校正時不恰當?shù)腃TF曲線會導(dǎo)致校正結(jié)果不穩(wěn)定,CTF曲線采樣時采用的單線性方法不符合CTF曲線的特征要求。速度上的問題主要是:生成ISAF基函數(shù)極其耗時,需要映射到三維空間的頻譜圖采樣點數(shù)量極其龐大,每個采樣點都要執(zhí)行的60對稱操作使“二維—>三維”映射操作計算量增加了60倍,需要計算密度函數(shù)值的直角網(wǎng)格點數(shù)量極其龐大,計算每點密度函數(shù)值都需要二重求和、積分、計算jl(2πRr)和Sl,u(

3、θ,φ)等復(fù)雜操作。我們采用合適的方法解決上述兩方面存在的問題,在一定程度上提高了ISAF算法的性能;最后,我們將這些改進綜合起來,開發(fā)了基于ISAF的單顆粒三維重構(gòu)軟件包ICTISAF,并且采用RHDV電鏡數(shù)據(jù)進行重構(gòu)實驗,證明這些改進的效果。本文主要貢獻包括:
　　 (1)針對ISAF基函數(shù)生成極其耗時的問題,提出ISAF基函數(shù)快速生成算法。計算ISAF基函數(shù)是ISAF重構(gòu)算法的基本操作,其速度直接影響ISAF重構(gòu)算法的性能

4、。ISAF基函數(shù)是球諧函數(shù)的線性組合,其生成過程包括計算組合系數(shù)和球諧函數(shù)兩部分,按照傳統(tǒng)方法直接計算這兩部分極其耗時。本文綜合自然對數(shù)法、二級索引、動態(tài)規(guī)劃等方法,提出了ISAF基函數(shù)快速生成算法,可以滿足大多數(shù)問題的實時性需要。
　　 (2)針對頻域信號采樣精度低及CTF校正效果不佳的問題,設(shè)計高保真頻域信號抽取及CTF校正方法。在ISAF算法執(zhí)行過程中,需要對原始電鏡圖像的傅里葉信號進行抽取、CTF校正等措施,從而得到滿足

5、要求的高精度傅里葉信號。抽取頻域信號時采用的雙線性插值方法不能表現(xiàn)傅里葉信號特征,降低了其抽取精度;傳統(tǒng)CTF校正方法精度不高、穩(wěn)定性差。本文采用符合傅里葉信號特性的滑動窗口全局插值法抽取傅里葉信號,精度高、靈活性強;此外,又提出了基于正弦高斯調(diào)制和樣條插值的CTF校正方法,既改善了CTF曲線的形態(tài),又提高了CTF值的獲取精度,在一定程度上提高了CTF校正效果。
　　 (3)針對需要執(zhí)行“二維→三維”映射操作采樣點數(shù)量極其龐大的

6、問題,提出基于過采樣和徑向采樣點旋轉(zhuǎn)角度不變性的快速采樣策略。ISAF重構(gòu)算法需要將頻譜圖上的采樣點映射到三維空間,構(gòu)建擬合系數(shù)方程組。但是,需要執(zhí)行映射操作的采樣點數(shù)量極其龐大,嚴重影響重構(gòu)速度。本文借助過采樣原理和徑向采樣點旋轉(zhuǎn)角度不變性,提出新的等角度采樣策略,這種策略只需將一個同心圓上的采樣點映射到三維空間,其它同心圓上采樣點在三維空間的映射位置可以直接推導(dǎo)出來。在映射階段,這種策略帶來的理論加速比為(Rm+1)/2,其中Rm為

7、最大傅里葉半徑。
　　 (4)針對每個采樣點都要執(zhí)行的60對稱操作的問題,提出基于20面體60對稱特性的三維空間快速映射策略。在映射過程中,為了獲得更多的圖像信息以提高信噪比,需要將每幅電鏡圖像翻轉(zhuǎn)60次,然后映射到非對稱單元。相對柱坐標系下的重構(gòu)算法而言,球坐標系下的映射操作極其耗時。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),由于球坐標系下非對稱單元的特殊性,該操作是可以省略的冗余操作。刪除該操作后,理論上可以提高60倍的映射速度。
　　 (5)

8、針對密度函數(shù)計算極其耗時的問題,設(shè)計密度函數(shù)快速計算方法。密度函數(shù)計算可以直接生成分子密度圖,是.ISAF重構(gòu)算法的重要操作。但是,該階段的計算復(fù)雜度是O[(LM)8],嚴重影響整體性能。本文設(shè)計一種密度函數(shù)快速計算方法,將密度函數(shù)計算過程劃分為三個階段,以球坐標系為中間橋梁,將其時間復(fù)雜度降低為O[(LM)7]。
　　 (6)針對基于ISAF重構(gòu)算法軟件包極其匱乏的問題,開發(fā)基于ISAF的單顆粒三維重構(gòu)軟件包ICTLSAF。將