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数据分析与知识发现
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融合异构知识网络元路径特征的药物知识发现方法研究——以药物-靶标关系预测为例
朱祥,张云秋,孙绍丹,张莉曼
(南京理工大学网络空间安全学院 江苏南京 210094) (吉林大学公共卫生学院医学信息学系 吉林长春 130021)
Research on Drug Knowledge Discovery Method Fusing Meta-path Features of Heterogeneous Knowledge Network: Taking the Prediction of Drug-Target Relations as An Example
Zhu Xiang,Zhang Yunqiu,Sun Shaodan,Zhang Liman
(School of Cyber Science and Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094) (Department of Medical Informatics, School of Public Health, Jilin University, Changchun 130021)
全文:
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摘要 

[目的] 本研究提出一种融合异构知识网络元路径特征的药物知识发现方法,以进一步提高药物知识发现性能。

[方法] 首先构建一个包含4种实体类型和6种关系类型药物异构知识网络,然后基于知识网络元路径和HeteSim算法获得药物-目标实体间的多维元路径特征,进而将得到的元路径特征与药物相似性、目标实体相似性特征相融合,作为机器学习模型的特征输入实现药物知识发现。

[结果] 构建的药物异构知识网络共包含12015个节点和1895445个边。以药物-靶标关系预测为例计算得到了药物-靶标间的21维HeteSim特征。实证研究表明,本方法的AUC值在3种机器学习模型上均取得了最高值(XGBoost=0.993,RF=0.990,SVM=0.975)。此外,准确率、精准率、F值也高于其它两种对比方法。并且通过对20个预测结果进行文献查找,发现部分预测结果可以得到先前文献的证据支持。

[局限] 虽然使用了PU学习策略来降低样本不平衡所带来的影响,但依然会造成一部分结果的失真。

[结论] 本研究提出的药物知识发现方法具有一定的先进性和有效性,具有一定的理论和方法借鉴意义。

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关键词 药物知识发现异构知识网络元路径机器学习药物-靶标     
Abstract

[Objective] This paper proposes a drug knowledge discovery method that fuses meta-path features of heterogeneous knowledge network to improve the performance of drug knowledge discovery.

[Methods] Based on different meta-paths connecting drug and target entity in heterogeneous knowledge network, the HeteSim algorithm is used to calculate the multi-dimensional semantic similarity of drug-target entity. These meta-path features are fused with drug similarity and target entity similarity features as feature inputs for machine learning models to achieve drug knowledge discovery.

[Results] The drug heterogeneous knowledge network contains 12015 nodes and 1895445 edges. Taking drug-target relation prediction as an example, the 21-dimensional HeteSim features between drug and target were calculated. The AUC value of this method achieved the highest value on the three machine learning models (XGBoost=0.993, RF=0.990, SVM=0.975). The accuracy, accuracy and F-value of this method are also higher than those of the other two comparison methods. Through literature search of 20 prediction results, it is found that some prediction results can be supported by evidence in previous literature.

[Limitations] Although PU learning strategy is used to reduce the influence of sample imbalance, some results will still be distorted.

[Conclusions] The drug knowledge discovery method proposed in this study has certain progressiveness and effectiveness, and has certain theoretical and methodological reference significance.

Key words Drug knowledge discovery    Heterogeneous knowledge network    Meta-path    Machine learning    Drug-Target
     出版日期: 2024-04-18
ZTFLH:  G351  
引用本文:   
朱祥, 张云秋, 孙绍丹, 张莉曼. 融合异构知识网络元路径特征的药物知识发现方法研究——以药物-靶标关系预测为例 [J]. 数据分析与知识发现, 10.11925/infotech.2096-3467.2023.0869.
Zhu Xiang, Zhang Yunqiu, Sun Shaodan, Zhang Liman. Research on Drug Knowledge Discovery Method Fusing Meta-path Features of Heterogeneous Knowledge Network: Taking the Prediction of Drug-Target Relations as An Example . Data Analysis and Knowledge Discovery, 0, (): 1-.
链接本文:  
https://manu44.magtech.com.cn/Jwk_infotech_wk3/CN/10.11925/infotech.2096-3467.2023.0869      或      https://manu44.magtech.com.cn/Jwk_infotech_wk3/CN/Y0/V/I/1
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