[发明专利]一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法

权利要求书

1.一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对自编码器神经网络模型进行初始化，生成初始种群N个隐向量；

步骤2：将隐向量通过解码器转换为实空间的三维模型；

步骤3：计算三维模型在对应方位角度的投影；

步骤4：将计算得到的投影与用户输入投影计算差值；

步骤5：使用遗传算法，更新隐向量，通过迭代搜索具有更小差值的三维模型及其方位角。

2.如权利要求1所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

1.1根据隐向量分布规律，随机生成用于遗传算法的初代种群；

1.2若用户输入投影对应的空间方位未知，则根据输入投影数量在隐向量末端增加相应数量的四元数描述空间方位。

3.如权利要求1或2所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤2包括以下步骤：

2.1将将每个描述模型形状的200维向量参数，输入解码器，解码为对应的三维模型；

2.2计算解码所得三维模型的最大连通结构域。

4.如权利要求1或2所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：

3.1获取四元数对应具体的空间方位；

3.2根据获得的每组四元数，分别旋转解码器输出的三维模型；

3.3根据旋转后的三维模型，计算其投影。

5.如权利要求1或2所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤5包括以下步骤：

5.1对种群根据投影差值由小到大进行排序，同时选出投影差值最低的前n个最优个体；

5.2对余下的种群进行选择操作，随机选择具有较小投影差值的个体，更新种群；

5.3对余下的更新后的种群进行交叉操作，以相邻的个体为一组，随机选择点位，进行两点交叉，再次更新种群；

5.4对余下的更新后的种群进行变异操作，对种群中的每个个体，设定一个较低概率发生突变，根据隐向量分布规律重新随机取值，再次更新种群；

5.5将n个最优向量构成的种群与操作后的种群合并，得到新种群，对该种群进行解码并且计算投影之后与输入投影信号进行差值比较，根据投影差值由小到大进行排序，并判断是否达到设定的最大迭代次数，若否，转步骤2，若是，选取排序后前n个最优个体计算平均值并输出。

6.如权利要求2所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤1.1中，分布规律为：PISA蛋白质数据库的结构信息通过编码器编码之后的参数在200维隐空间中的均值和方差描述的分布规律。

7.如权利要求2所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤1.2中，若空间方位已知，种群个体结构为200维隐空间参数；若空间方位未知，则根据输入投影数量在200维隐向量末端增加相应数量的四元数描述空间方位。

8.如权利要求4所述的一种蛋白质冷冻电镜投影图像的三维结构重建方法，其特征在于，所述步骤3.1中，四元数的获得：投影方向已知的情况由用户提供，投影方向未知的情况由隐向量去除前200参数之后得到。