giỚi thiỆu vỀ ngÔn ngỮ python - fairfair.conf.vn/~lang/lecture/bioinf/introbioinf06.pdf ·...

1

TIN SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG(Introduction to Bioinformatics)

PGSTS Trần Văn LăngEmail langtvvastvn

AProf Tran Van Lang PhD VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

1

NGOcircN NGỮ PYTHON TRONG SINH TIN HỌC

Chương 5

AProf Tran Van Lang PhD VIETNAM ACADEMY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 2

2

NỘI DUNG

bull Giới thiệu về Ngocircn ngữ Pythonbull Sử dung Python cho một số thao taacutec thocircng dụng


3

GIỚI THIỆU VỀ NGOcircN NGỮ PYTHON


4

2

bull Python lagrave ngocircn ngữ lập trigravenh hướng đối tượng lagrave một ngocircn ngữ thocircng dịch

bull Source code của Python matilde nguồn mở do tổ chức phi lợi nhuận Python Software Foundation quản lyacute


5

bull Python được phaacutet triển bởi Guido Van Rossum vagraveo cuối những năm 80 vagrave đầu những năm 90 tại Viện toaacuten - tin ở Hagrave Lan

bull Python kế thừa từ nhiều ngocircn ngữ như ABC Module-3 C C++ Unix Shell hellip


6

bull Ngocircn ngữ Python được cập nhật khaacute thường xuyecircn để thecircm caacutec tiacutenh năng vagrave hỗ trợ mới Phiecircn bản mới nhất lagrave Python 364


7

bull Download trực tiếp từ httpswwwpythonorgdownloads


8

3

SỬ DỤNG PYTHON TRONG ỨNG DỤNG SINH HỌC PHAcircN TỬ


9

Viacute dụ về trigravenh tự DNA

bull Viacute dụ 01 Cho biết chiều dagravei của một trigravenh tự DNA bất kỳ

bull Viacute dụ 02 Cho một trigravenh tự DNA cho biết coacute bao nhiecircu Adenine bao nhiecircu Cytosine Guanine vagrave Thymine


10

Viacute dụ 01

bull Sau khi khởi động Python thực thi trực tiếp bằng caacutec cacircu lệnhndashDNASeq = raw_input( Cho mot trinh tu DNA )ndashprint Trinh tu DNA nay co chieu dai la

len(DNASeq) bases


11

Kiểu dữ liệu String

bull Để nhập dữ liệu trong Python coacute thể dugraveng hagravem raw_input() hoặc cũng coacute thể dugraveng hagravem input()

bull Tuy nhiecircn khi dugraveng input() phải nhập đuacuteng quy định dạng chuỗi kyacute tự - phải coacute cặp dấu nhaacutey đơn hoặc keacutep chứa chuỗi kyacute tự đoacute


12

4


13

bull Để biết chiều dagravei của một trigravenh tự dugraveng hagravem len()

bull Như becircn cạnh với trigravenh tự DNASeq vagrave DNA đatilde nhập vagraveo chiều dagravei lagrave 25 vagrave 8 tương ứng


14

Viacute dụ 02

bull Để biết bao nhiecircu loại base trong một trigravenh tự dugraveng hagravem count()


15

bull Ở đacircy dugraveng hagravem count() để đếm bull Hagravem nagravey sử dụng bằng caacutech chỉ tecircn của đối

tượng ở phiacutea trước cograven kyacute tự cần đếm được viết trong danh saacutech đối số của hagravem


16

5

bull Trường hợp trigravenh tự nhập vagraveo vừa coacute chữ hoa vừa coacute chữ thường phải chuyển đổi để trở thagravenh thống nhất trước khi đếm bằng hagravem upper() hoặc lower() để chuyển thagravenh chữ hoa hoặc chữ thường


17

bull Khi đoacute coacute thể đếm số base Adenine trong trigravenh tự DNA2 bằng DNA2upper()count(A)


18

Viacute dụ 03

bull Viacute dụ 03 Tiacutenh tỷ lệ phần trăm của GC Content trong một trigravenh tự DNA


19

Về chuỗi kyacute tự

bull Với chuỗi kyacute tự S phần tử đầu tiecircn lagrave S[0] hoặc S[-len(S)] phần tử cuối cugraveng lagrave S[len(S)-1] hoặc S[-1]

bull Thiacute dụ vị triacute chuỗi S như sauT V L A N G

0 1 2 3 4 5

-6 -5 -4 -3 -2 -1


20

6

bull Một chuỗi con trong S được truy cập bằng S[xystride] ndashtrong đoacute x lagrave vị triacute bắt đầu y lagrave vị triacute gần kề vagrave stride

lagrave bước dagravei (default lagrave 1)ndashThiacute dụ chuỗi con gồm 4 kyacute tự bắt đầu từ kyacute tự thứ III

của S S[261] hoặc S[26] lagrave LANG


21

ndashChuỗi con từ kyacute tự thứ II cho đến hết chuỗi S[1] S[1] S[11] S[1len(S)] S[1len(S)1] lagrave VLANG

ndashVới T = 123456789 T[-7-3] lagrave 3456 (cũng lagrave T[26] T[-7-31] T[261])

bull Khi stride coacute giaacute trị acircm thứ tự theo chiều ngược lạindashThiacute dụ T[-1] lagrave 987654321 T[-4-8-1] lagrave 6543

(cũng lagrave T[51-1]


22

bull Lưu yacute ndashstride lagrave số dương thigrave phải coacute x lt y (nếu khocircng sẽ lagrave

chuỗi rỗng)ndashstride lagrave số acircm thigrave phải coacute x gt y (nếu khocircng sẽ lagrave

chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04

bull Viacute dụ 04 Tigravem trigravenh tự đảo ngược (Reverse Sequence) của trigravenh tự DNA cho trước


24

7

bull Viacute dụ 05 Tigravem trigravenh tự bổ sung đảo ngược (Reverse Complement Sequence) của một trigravenh tự DNA trong cặp trigravenh tự DNA


25

bull DNA lagrave một cặp trigravenh tự trong đoacute trigravenh tự thứ nhất (kyacute hiệu 3 ndash 5) vagrave trigravenh tự thứ hai (kyacute hiệu 5 ndash 3) gọi lagrave trigravenh tự bổ sung (Complement Sequence) Chuacuteng liecircn kết với nhau theo nguyecircn tắc A với T C với G


26

bull Lần lượt thay A bởi kyacute hiệu trung gian x sau đoacute thay T bởi A rồi tiếp tục chuyển x thagravenh T

bull Tương tự như vậy với G vagrave C coacute được trigravenh tự bổ sung


27

bull Sau đoacute tigravem trigravenh tự bổ sung đảo ngược (Reverse Complement Sequence) bằng caacutech đảo ngược trigravenh tự bổ sung


28

8

bull Viacute dụ 06 Phiecircn matilde trigravenh tự DNA sang trigravenh tự RNA


29

Viacute dụ 06

bull Trigravenh tự RNA coacute được bằng caacutech thay Thymine trong trigravenh tự DNA bằng Uracile

bull Trong Python dugraveng hagravem replace()


30

bull Cũng coacute thể lấy trigravenh tự bổ sung (5 ndash 3) để thay Thymine bằng Uracile


31

bull Viacute dụ 07 Tigravem vị triacute của start codon vagrave stop condon trong một trigravenh tự RNAndashBiết rằng start condon lagrave AUGndashStop codon lagrave UAA hoặc UAG hoặc UGA


32

9

Viacute dụ 07

bull Trecircn cơ sở Viacute dụ 07 coacute thể mở rộng để coacute Viacute dụ 08 Chỉ ra trigravenh tự RNA trong đoạn từ start đến stop condon


33

Viacute dụ 08

gtgtgt Gen = TGCTTATCCGGGCAGAACTAAGCCAGCCTGGCGCTCTCCTAGGGGACGACCAGATTTATAATGTAATCGTTACAGCACACGCTTTCGTAATAATTTTCTTTATAGTAATGCCAATTATGATTGGAGGGTTTGGAAACTGACTAATCCCCCTAATGATCGGCGCCCCCGATATGGCCTTCCCTCGAATAAATAACATAAGCTTTTGACTCCTACCTCCTTCGTTCCTTCTTCTCTTAGCGTCTTCTGGCGTAGAAGCAGGGGCCGGAACTGGATGAACCGTCTATCCTCCTCTAGCCAGCAACCTAGCACATGCCGGAGCATCAGTTGACCTTACAATTTTCTCCCTTCACCTGGCAGGTGTCTCCTCAATTTTAGGTGCTATTAACTTCATTACTACTATTATTAACATGAAACCTCCCGCAATTTCCCAGTACCAAACCCCACTCTTCGTATGGGCTGTTCTTATTACTGCCGTTCTCCTGCTTCTATCCCTGCCAGTTCTCGCTGCCGGAATTACCATGCTTTTAACAGATCGAAACTTAAACACTTCTTTCTTCGACCCAGCAGGAGGAGGGGATCCTATTCTATACCAGCACCTgtgtgt mRNA = Genreplace(TU)gtgtgt mRNA[mRNAfind(AUG)mRNAfind(UGA)]AUGUAAUCGUUACAGCACACGCUUUCGUAAUAAUUUUCUUUAUAGUAAUGCCAAUUA


34

Lệnh lặp for kiểu list vagrave dictionary

bull Lệnh lặp for dugraveng với pheacutep toaacuten in

bull Viacute dụ


35

bull Kiểu dữ liệu list được khai baacuteo bằng cặp dấu []bull Viacute dụ chuyển một trigravenh tự RNA thagravenh một list


36

10

bull Coacute thể chuyển đổi một list thagravenh một string (chuỗi) bằng hagravem join() Chẳng hạn để thecircm kyacute tự gap (dấu -) vagraveo


37

bull Kiểu Dictionary được tạo trong cặp với dạng keys values

bull Viacute dụ Tigravem trigravenh tự bổ sung của trigravenh tự 5-3


38

Hagravem range()

bull Cấu truacutecrange( [start] stop [ step] )

bull Trong đoacutendashstart giaacute trị bắt đầu default lagrave 0ndashstop giaacute trị kết thuacutec (nhỏ hơn giaacute trị nagravey)ndashstep bước nhảy default lagrave 1


39

bull Viacute dụ Tiacutenh bigravenh phương của caacutec số từ [04]


40

11

bull Viacute dụ Tiacutenh bigravenh phương của caacutec số 2 4 6 8


41

Tổ chức chương trigravenh

bull Trong Python coacute thể thực thi caacutec cacircu lệnh một caacutech trực tiếp như trecircn

bull Tuy nhiecircn khi coacute nhiều cacircu lệnh cần soạn thảo trước chuacuteng ta coacute thể lưu trữ vagraveo trong một tập tin Python (coacute phần mở rộng lagrave py) để gọi thực hiện một lần bang cacircu lệnh sau tại dấu nhắc của hệ điều hagravenh

python examplepy


42

bull Viacute dụ chương trigravenh tigravem trigravenh tự bổ sung đảo ngược coacute tecircn DNA35py thực hiện như sau


43

bull Trong đoacute tập tin DNA35py coacute nội dung lagrave


44

12

bull Để tập tin DNA35py coacute thể thi hagravenh được magrave khocircng cần gọi đến Python phải thecircm dograveng sau đacircy vagraveo đầu tập tin

usrbinpythonbull Trong đoacute usrbin lagrave folder chứa pythonbull Sau đoacute them thuộc tiacutenh thi hagravenh (execute) cho

tập tin nagravey bang dograveng lệnhchmod +x DNA35py


45

bull Nội dung tập tin mới lagrave


46

bull Caacutec cacircu lệnh thi hagravenh sau khi đatilde change mode bang lệnh

chmod +x DNA35py


47

bull Viacute dụ 09 Dịch matilde trigravenh tự RNA sang trigravenh tự protein


48

13

Viacute dụ 09

bull Để giải quyết vấn đề nagravey cần 2 bước chiacutenhndashBước 1 taacutech thagravenh caacutec codon riecircngndashBước 2 tra tự điển để dịch matilde


49

bull Bước 1 Với một trigravenh tự RNA coacute được taacutech thagravenh caacutec codon tương ứng


50

bull Bước 2 Tạo tự điển caacutec amino acid


51


52

14

bull Chương trigravenh coacute dạng


53


bull Cấu truacutec của một chương trigravenh Python cũng coacute thể bao gồm nhiềundashchương trigravenh con ndashfile liecircn kết với nhau


54

Chương trigravenh con

bull Chương trigravenh con (Function) lagrave một khối caacutec cacircu lệnh được gom lại với một tecircn gọi thocircng qua từ khoacutea def

bull Chẳng hạn chương trigravenh con xuất ra trigravenh tự RNA từ trigravenh tự DNA cho trước


55

bull Khi gọi chương trigravenh con sử dụng tecircn của chương trigravenh con kegravem theo danh saacutech tham số


56

15

Một chương trigravenh gồm nhiều file

bull Caacutec file liecircn kết với nhau qua từ khoacutea import cugraveng với tecircn file tương ứng

bull Viacute dụ Chương trigravenh con ToRNA() được viết trong file coacute tecircn Functionpy


57

bull Để gọi sử dung từ một file khaacutec (chẳng hạn Usingpy) Phải import như lagrave sự liecircn kết vagrave gọi hagravem phải chỉ định thecircm tecircn file chứa hagravem


58

bull Trong việc tigravem trigravenh tự bổ sung coacute thể viết


59

bull Sau đoacute gọi hagravem bằng caacutech


60

16

Kiểu File trong Python

bull Khi dữ liệu nhiều coacute thể tổ chức để lưu trữ trong một gập tin

bull Sau đoacute lấy dữ liệu ra bằng hagravem readline() readlines() hoặc để ghi lecircn bằng hagravem writeline() writelines()


61

bull Viacute dụ 10 Sao cheacutep nội dung tập tin Usingpy thagravenh tập tin Usingsave

open(Usingsavew)writelines(open(Usingpyr)


62

bull Viacute dụ 11 Lấy dữ liệu về Nucleotide từ NCBI dưới dạng file FASTA Sau đoacute lắp gheacutep caacutec dograveng Nucleotide coacute trong file nagravey để tạo ra trigravenh tự DNA tương ứng


63

bull Cần tigravem trecircn NCBI về Nucleotide của H5N1 Vietnam


64

17

bull Sau khi chọn Search coacute kết quả


65

bull Chọn Send to để lấy kết quả thứ I vagrave Create File FASTA


66

bull Khi đoacute trecircn đĩa coacute tập tin sequencefastatxt với nội dung Trong đoacutendashDograveng thứ I mocirc tả tecircn của dữ lieundashCaacutec dograveng cograven lại trigravenh tự DNA thagravenh caacutec dograveng


67

bull Tạo một dograveng lagrave trigravenh tự DNA từ file dạng fasta nagravey


68

18

bull Kết quả trigravenh tự DNA được tạo ra


69

Hoặc cần lưu lại trigravenh tự nagravey trong tập tin coacute tecircn lấy từ dataname


70

bull Viacute dụ 12 Bắt cặp 2 trigravenh tự bằng thuật toaacuten Needleman ndash Wunsch


71

Viacute dụ 12

bull Coacute ba hagravem (chương trigravenh con)ndashSigma tiacutenh giaacute trị σij

ndashAlignment tigravem vết vagrave bắt cặpndashScore tiacutenh điểm


72

19

bull Hagravem sigma()


73

bull Hagravem alignment()


74


75

bull Hagravem score()


File NeedlmanWunschGappy

76

20

bull Viacute dụ 13 Bắt cặp cục bộ bởi thuật toaacuten SmithndashWaterman


77

2

bull Python lagrave ngocircn ngữ lập trigravenh hướng đối tượng lagrave một ngocircn ngữ thocircng dịch

bull Source code của Python matilde nguồn mở do tổ chức phi lợi nhuận Python Software Foundation quản lyacute


5

bull Python được phaacutet triển bởi Guido Van Rossum vagraveo cuối những năm 80 vagrave đầu những năm 90 tại Viện toaacuten - tin ở Hagrave Lan

bull Python kế thừa từ nhiều ngocircn ngữ như ABC Module-3 C C++ Unix Shell hellip


6

bull Ngocircn ngữ Python được cập nhật khaacute thường xuyecircn để thecircm caacutec tiacutenh năng vagrave hỗ trợ mới Phiecircn bản mới nhất lagrave Python 364


7

bull Download trực tiếp từ httpswwwpythonorgdownloads


8

3



9





10

Viacute dụ 01


len(DNASeq) bases


11





12

4


13




14

Viacute dụ 02



15




16

5



17



18

Viacute dụ 03



19




0 1 2 3 4 5

-6 -5 -4 -3 -2 -1


20

6





21






22



chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04



24

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

3



9





10

Viacute dụ 01


len(DNASeq) bases


11





12

4


13




14

Viacute dụ 02



15




16

5



17



18

Viacute dụ 03



19




0 1 2 3 4 5

-6 -5 -4 -3 -2 -1


20

6





21






22



chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04



24

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

4


13




14

Viacute dụ 02



15




16

5



17



18

Viacute dụ 03



19




0 1 2 3 4 5

-6 -5 -4 -3 -2 -1


20

6





21






22



chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04



24

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

5



17



18

Viacute dụ 03



19




0 1 2 3 4 5

-6 -5 -4 -3 -2 -1


20

6





21






22



chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04



24

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

6





21






22



chuỗi rỗng)


23

Viacute dụ 04



24

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

7



25



26




27



28

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

8



29

Viacute dụ 06




30



31



32

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

9

Viacute dụ 07



33

Viacute dụ 08



34



bull Viacute dụ


35



36

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

10



37




38

Hagravem range()




39



40

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

11



41




python examplepy


42



43



44

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

12





45



46


chmod +x DNA35py


47



48

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

13

Viacute dụ 09



49



50



51


52

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

14



53




54





55



56

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

15





57



58



59



60

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

16





61




62



63



64

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

17



65



66



67



68

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

18



69



70



71

Viacute dụ 12




72

19



73



74


75




76

20



77

19



73



74


75




76

20



77

20



77

giỚi thiỆu vỀ ngÔn ngỮ python - fairfair.conf.vn/~lang/lecture/bioinf/introbioinf06.pdf ·...

Documents