計(jì)算機(jī)免疫學(xué)(編輯修改稿)
2024-08-28 13:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ε ε ?自體 /非自體 不同的領(lǐng)域內(nèi)自體 /非自體有著不同形式的定義對(duì)于問題域 X ∈ {0,1}(L空間 ) ，包括兩個(gè)子集，自體集合 S和非自體集合 N，自體集合和非自體集合之間的關(guān)系有 :S∪N=X, S∩N=216。 。對(duì)于計(jì)算機(jī)病毒檢測而言，非自體代表病毒代碼，自體為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)正常的應(yīng)用程序 。對(duì)于入侵檢測系統(tǒng)，非自體代表來自網(wǎng)絡(luò)攻擊的 IP數(shù)據(jù)包，而自體為正常的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)事務(wù) 。 ? 抗體 /抗原 目前抗體 /抗原的編碼方式主要有二進(jìn)制編碼、實(shí)數(shù)編碼、字符編碼和灰度編碼等。將抗體 /抗原模擬成長度為 L的二進(jìn)制字符串，例如病毒和抗體間匹配時(shí)考慮了互補(bǔ)位， 抗體可表示成字符串00010101 (L=8)，抗原 (病毒 )表示成 11101010，則觸發(fā)應(yīng)答的可能性很高。只要抗體 /抗原的字符串互補(bǔ)匹配，抗體就能夠識(shí)別抗原。 第 17 頁 ?親和力計(jì)算 抗原和抗體之間的親和力計(jì)算基于抗原和抗體之間結(jié)構(gòu)的相似性。常見計(jì)算方法包括抗體抗原之間的距離、匹配度等。下面我們介紹一種計(jì)算親和力的方法 匹配度方法 兩個(gè)等長字符串之間每一個(gè)位置上的字符都相同，這種匹配叫完整匹配。 1994年 Forrest提出了 r連續(xù)位匹配規(guī)則，即對(duì)于兩個(gè)字符串 x和 y，如果至少存在連續(xù) r位相同， 那么它們就是 r連續(xù)位匹配的。若 r=4，那么對(duì)于至少連續(xù) 4位相同的兩個(gè)字符串，它們是匹配的，否則就不匹配。 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 匹配 不匹配 第 18 頁 ?免疫細(xì)胞模型 ? 基本原理 免疫細(xì)胞主要在骨髓和胸腺中形成，從產(chǎn)生到成熟并進(jìn)入免疫循環(huán)，需要經(jīng)歷一系列復(fù)雜的變化?；谏锩庖呦到y(tǒng)構(gòu)建的人工免疫細(xì)胞模型，主要包括自體耐受、克隆、變異、記憶和死亡的過程。 免疫細(xì)胞的生命周期 如圖所示。 ? 骨髓模型 骨髓模型主要模擬免疫細(xì)胞的生成過程。免疫細(xì)胞是由基因庫中隨機(jī)選出的不同基因成分串聯(lián)而成的，這里的免疫細(xì)胞被抽象為一個(gè)簡單的字符串， 如圖 是一個(gè)利用基因庫產(chǎn)生新的免疫細(xì)胞的過程。 ? 否定選擇 1994年， Forrest, Perelson 等人提出的否定選擇算法成功的模擬了免疫細(xì)胞的耐受過程，目前細(xì)胞的自體耐受主要由否定選擇算法來實(shí)現(xiàn)， 如圖 。 第 19 頁 ?克隆選擇 克隆選擇原理是免疫系統(tǒng)用來說明對(duì)抗原刺激所產(chǎn)生的免疫應(yīng)答基本特征的算法。只有識(shí)別抗原的細(xì)胞才能進(jìn)行繁殖（分裂）。 克隆選擇用來解釋當(dāng) B細(xì)胞識(shí)別自體抗原模式時(shí)，免疫應(yīng)答是怎樣形成的，以及描述該免疫應(yīng)答的基本特征。 ?免疫記憶 免疫系統(tǒng)必須可識(shí)別出許多以前沒有遇見過的細(xì)胞和抗原分子，并決定如何應(yīng)答。而且其中有些抗原不能被攻擊，例如自體抗原，免疫系統(tǒng)能夠記住遭遇過的抗原、再次遇到知道如何在發(fā)病前消除它，免疫應(yīng)答和免疫記憶至今科學(xué)界解釋的還不是很清楚。 第 20 頁 ? 計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)設(shè)計(jì) ? 基本思想 建立計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的基本問題是確立生物免疫系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)之間的基本元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系，主要模擬生物免疫系統(tǒng)中有關(guān)抗原處理的核心思想。包括抗體的產(chǎn)生、自體耐受、克隆的擴(kuò)增、免疫記憶等。 生物免疫系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的映射關(guān)系如表 第 21 頁 免疫系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng)的映射關(guān)系 免疫系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)免疫系統(tǒng) （ CIS） 計(jì)算機(jī)病毒 抗原 網(wǎng)絡(luò)入侵 其他待檢測的目標(biāo) 抗體和抗原的綁定 模式匹配 自體耐受 否定選擇算法 記憶細(xì)胞 記憶檢測器 細(xì)胞克隆 復(fù)制檢測器 抗原檢測 /應(yīng)答 對(duì)非自體位串的識(shí)別 /應(yīng)答 第 22 頁 ?免疫算法的基本構(gòu)架 用免疫算法解決具體問題時(shí)，首先需要將問題的有關(guān)描述與免疫系統(tǒng)的有關(guān)概念及免疫原理對(duì)應(yīng)起來，定義免疫系統(tǒng)中元素的數(shù)學(xué)表達(dá)方法，然后 根據(jù)實(shí)際問題的應(yīng)用再設(shè)計(jì)相應(yīng)的免疫算法。 如圖所示，免疫算法由以下幾個(gè)步驟組成 : 開始
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