Lista ,,bioinformatycznych'' instrukcji programu Mathematica

Poniżej podaję listę funkcji przydatnych przy rozwiązywaniu zagadnień z bioinformatyki

Spis treści

1. Zintegrowane bazy danych
2. Operacje na listach
3. Operacje na łańcuchach tekstowych
4. Proste pętle (automatyzacja czynności)
5. Zapisywanie i odczytywanie (na dysku, z internetu)
6. Dopasowywanie i odległość sekwencji
7. Grupowanie obiektów (clustering)
8. Inne przydatne polecenia

1. Zintegrowane bazy danych

   • 1. Nazwa instrukcji: GenomeData
     2. Opis: : dane (w szczególności sekwencje DNA) dotyczące genomu ludzkiego
     3. Przykłady:
        GenomeData[] (zwraca listę nazw wszystkich dostępnych genów)
        GenomeData["Properties"] (zwraca listę wszystkich rekordów w bazie danych)
        GenomeData["HOX*"] (zwraza listę nazw wszystkich genów, których nazwy zaczynają się od HOX)
        GenomeData["VTN"] (zwraca łańcuch znaków odpowiadający sekwencji DNA genu o nazwie VTN)
        GenomeData["VTN", "Chromosome"] (podaje w którym chromosomie znajduje się gen o nazwie VTN)
   • 1. Nazwa instrukcji: ProteinData
     2. Opis: : dane (sekwencje nukleotydów, struktura 2,4 i 4 rzędowa) dotyczące białek
     3. Przykłady:
        ProteinData["APC"] (sekwencja aminokwasów, czyli struktura pierwszorzędowa APC )
        ProteinData["APC", "MoleculePlot"] (struktura przestrzenna APC)
        ProteinData["APC", "SecondaryStructureRules"] ( struktura drugorzędowa)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: ChemicalData
     2. Opis: : własności związków chemicznych
     3. Przykłady:
        ChemicalData["AminoAcids"] (lista nazw aminokwasów)
        ChemicalData["AminoAcids","Codons"] (standardowy kod genetyczny)
        ChemicalData["LTyrosine"] (wzór strukturalny tyrozyny)
        ChemicalData["Water", "Density"] (gęstość wody)
        

   Pełna dokumentacja

2. Operacje na listach

   • 1. Nazwa instrukcji: List , skrót: {,}
     2. Opis: : tworzy listę różnych elementów, podstawową złożoną strukturę (jest to struktura podobna do matematycznego pojęcia zbioru, ale jego elementy są ponumerowane)
     3. Przykłady:
        {"TGA","TAA","TAG"}
        {dna1,dna2,dna3}
        {"Ala","A", alanina }
        
   • 1. Nazwa instrukcji: Part , skrót: [[ ]]
     2. Opis: : wybiera z listy element znajdujący się na podanej pozycji
     3. Przykłady: ( przyklad = {"C", "G", "T", "A"} )
        przyklad[[3]] (trzeci element z listy zapisanej pod nazwą ,,przyklad'', czyli "T")
        przyklad[[-1]] (ostatni element listy, ujemne indeksy oznaczają czytanie listy ,,od tyłu'')
        {przykład[[1]], przykład[[4]]} (dwuelementowa lista zawierająca 1 i 4 element innej listy)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: Span , skrót: [[ poczatek;;koniec ]]
     2. Opis: : wybranie z listy elementów zaczynając od pozycji ,,początek'' i kończąc na pozycji ,,koniec''
     3. Przykłady:
        przyklad[[2;;4]] (elementy listy od drugiego do czwartego; wynikiem jest więc lista trójelementowa
        
     1. Nazwa instrukcji: Length
     2. Opis: : długość (czyli ilość elementów) listy jednowymiarowej
     3. Przykłady:
        Length[{"A","C","G","T"}] (ilość elementów listy czteroelementowej, czyli 4)
        Length@{"A","C","G","T"} (inny sposób zastosowania polecenia Length do listy)
        {"A","C","G","T"} // Length (jeszcze inny sposób zastosowania polecenia Length do listy
        
     1. Nazwa instrukcji: Dimensions
     2. Opis: : wymiary złożonych list, macierzy itp.
     3. Przykłady:
        Dimensions[{"A","C","G","T"}] (wymiary listy jednowymiarowej)
        Dimensions[{{"A","C","G","T"},{"A","G","C","U"}}] (wymiary listy złożonej z dwóch list czteroelementowych, 2x4)
        

3. Operacje na łańcuchach tekstowych

   • 1. Nazwa instrukcji: StringCount
     2. Opis: : oblicza ile razy w danym łańcuchu tekstowym pojawia się inny, np. ile razy w ,,Panu Tadeuszu'' pojawia się słowo ,,zdrowie''
     3. Przykłady:
        StringCount["gumiany gumiak","gum"] (ile razy w tekście ,,gumiany gumiak'' pojawia się ciąg znaków ,,gum'')
        StringCount["AAAAAACAAAACACACCCAACACATATATAATGAATGAGTG","TATA"] (ile razy w podanym ciągu nukleotydów pojawia się sekwencja ,,TATA'')
        StringCount[GenomeData["HOXA1"],"A"] (ile razy "A" występuje w sekwencji DNA ludzkiego genu o nazwie ,,HOXA1'')
        
   • 1. Nazwa instrukcji: StringSplit
     2. Opis: : dzieli (tnie) łańcuch tekstowy na mniejsze wg. podanych kryteriów
     3. Przykłady:
        StringSplit["AAAAAACACCACAC",""] (dzieli sekwencję na pojedyncze znaki tworząc ich listę)
        StringSplit[dna,"TAATAA"] (tnie sekwencję w miejscach w których występuje "TAATAA")
        StringSplit[s, {"TAA" -> "!STOP!"}] (tnie sekwencję s w każdym miejscu gdzie znajduje się "TAA" i wstawia zamiast niego do listy "!STOP!")
   • 1. Nazwa instrukcji: StringLength
     2. Opis: : oblicza długość łńcucha tekstowego
     3. Przykłady:
        StringLength["ACACACCACACAACAACACAC"] (oblicza długość podanej sekwencji; inaczej mówiąc podaje ile jest w niej znaków (nukleotydów) )
        StringLength[GenomeData["HOXA1"]] (oblicza długość sekwencji DNA genu "HOXA1")
        
   • 1. Nazwa instrukcji: StringJoin , skrót: <>
     2. Opis: : skleja łańcuchy tekstowe
     3. Przykłady:
        {"A","A","C","G","G","T","T"} // StringJoin (konwertuje listę znaków na łańcuch tekstowy)
        "TAA" <> "TGA" <>"TAA" (skleja trzy podane kodony w jedną sekwencję)
        dna1 <> "TGA" (dokleja "TGA" do sekwencji zapamiętanej pod nazwą dna1)
        "C://temp//"<>"Andrzej.Odrzywolek_"<>ToString[6]<>".txt" (tworzy z kawałków nazwę pliku "C://temp//Andrzej.Odrzywolek_6.txt") StringJoin[ {"A","A","C","G","G","T","T"} ] (inne wykonanie przykładu pierwszego)
        

4. Pętle (automatyzacja czynności)

   • 1. Nazwa instrukcji: Table
     2. Opis: : generuje listę elementów
     3. Przykłady:
        Table[i, {i,1,100}] (generuje listę liczb od 1 do 100)
        Table[i, {i,1,100,10}](generuje listę liczb od 1 do 100 co 10)
        Table[i^2, {i,1,10,2}](generuje listę kwadratów liczb od 1 do 10 z krokiem 2)
        Table[{i,i^2}, {i,1,10,2}] (generuje listę liczb i kwadratów liczb od 1 do 10 z krokiem 2)
        Table[s[[i]], {i,1,Length[s],3}] (generuje listę co trzeciego elementu listy s; ilość elementów listy jest obliczana poleceniem Length dzięki czemu nie musimy z góry wiedzieć ile posiada ona elementów)
        Table[dna[[i;;i+2]], {i,1,99,3}] (generuje listę trójek elementów listy zapamiętanej pod nazwą dna, od 1 do 99 co trzeci element)
        
        
   • 1. Nazwa instrukcji: For
     2. Opis: : zaczynając od wartości startowych wykonuje instrukcje do momentu spełnienia podanych warunków
     3. Przykłady:
        For[i = 0, i @lt; 10, i++, Print[i]] (zaczynając od i=0, do momentu gdy i < 10, zwiększ i o jeden (i++) i wypisz (Print) wartośc i)
        For[i = 0; l = {}, i < 10, i++, AppendTo[l, i]] (wypełnij pustą początkowo listę l ( l={} ) kolejnymi liczbami dodając po jednym ( AppendTo) )
        
   • 1. Nazwa instrukcji: While
     2. Opis: : wykonuj podane instrukcje tak długo jak podany warunek jest prawdziwy
     3. Przykłady:
        i = 0; While[i < 10, i++]; Print[i] (zaczynając od zera zwiększaj i o jeden aż do momentu w którym stanie się większe lub równe 10)
        

5. Zapisywanie i odczytywanie (na dysku, z internetu)

   • 1. Nazwa instrukcji: Import
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        Import["https://th.if.uj.edu.pl/~odrzywolek/bioinfo/gnm.txt"] (pobranie pliku tekstowego z adresu sieciowego)
        Import["https://www.rcsb.org/pdb/files/" <> "3gjl" <> ".pdb.gz", "PDB"] (pobierz ze strony rcsb.org skompresowany plik (.gz) w formacie ProteinDataBank, "PDB" )
        
        Import["Z:\\zad1.m"] (wczytaj z dysku Z: zapisane wcześniej za pomocą Export elementy rozwiązania ,,zad1'')
   • 1. Nazwa instrukcji: Export
     2. Opis: : zapisuje wyniki w wybranym formacie
     3. Przykłady:
        Export["E:\\temp\\dna.txt", GenomeData["HOXA1"]] (zapisz na dysku E: w katalogu temp sekwencję DNA genu o nazwie "HOXA1" jako plik tekstowy)
        Export["E:\\temp\\dna.m", StringSplit[GenomeData["HOXA1"], ""]] (jak wyżej, ale zapisujemy listę pojedynczych nukleotydów w formacie Mathematici (.m) )
        

6. Dopasowywanie i odległość sekwencji

   • 1. Nazwa instrukcji: SequenceAlignment
     2. Opis:
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: SmithWatermanSimilarity
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: NeedlemanWunschSimilarity
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: EditDistance
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: SimilarityRules
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        

7. Grupowanie obiektów (clustering)

   • 1. Nazwa instrukcji: FindClusters
     2. Opis: grupuje podobne elementy listy
     3. Przykłady:
        ChemicalData["AminoAcids", "IsoelectricPoint"] //FindCluster (grupuje aminokwasy według wartości punktu izoelektrycznego)
        
   • 1. Nazwa instrukcji:
     2. Opis: :
     3. Przykłady:
        (przyklad1)
        (przyklad2)
        (przyklad3)
        

8. Inne przydatne polecenia

   • 1. Nazwa instrukcji: ReplaceAll , skrót: /.
     2. Opis: : Zamienia wszystko zgodnie z podaną regułą ( Rule )
     3. Przykłady:
        {"A","C","C","C","T"} /. "T"->"U" (zamienia wszystkie "T" na "U")
        
   • 1. Nazwa instrukcji: Manipulate
     2. Opis: : generuje interaktywny aplet w którym parametry można zmieniać za pomocą przycisków, suwaków itp; składnia identyczna z Table
     3. Przykłady:
        Manipulate[i^2,{i,1,100,1}](wyświetla liczby podniesione do kwadratu)
        amino=ChemicalData["AminoAcids"];
        Manipulate[amino[[i]]//ChemicalData,{i,1,20,1}] (wyświetla wzory strukturalne aminokwasów)
        Manipulate[StringTake[Import["https://th.if.uj.edu.pl/~odrzywolek/bioinfo/gnm.txt"],{i,i+24}], {i,1,999,3}] (przewija sekwencje DNA)
        
   • 1. Nazwa instrukcji: RandomChoice
     2. Opis: : wybiera losowo jeden z elementów listy
     3. Przykłady:
        RandomChoice[{"A","C","G","T"}] (wybiera losowo jeden z nukleotydów)