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用简单的EM算法模型理解RSEM算法

用简单的EM算法模型理解RSEM算法

作者: 小潤澤 | 来源:发表于2021-10-21 09:55 被阅读0次

    问题的描述

    RSEM 是典型的基于转录本定量的方法,它的比对需要下载参考转录本的fa序列,与基因组比对不同,转录本比对往往是一个基因对应多个转录本序列,因此相同基因的不同转录本之间有很大的overlap



    如上图所示,当reads比对到这些isoform的overlap区,如何确定每个isoform上的reads数呢?换句话来说有的reads可以mapping到isoform 1上,而有一些可以mapping到isoform 2上,所以需要解决的问题是确定isoform 1和isoform 2上reads的相对比例

    类比双硬币模型来理解RSEM

    假设 reads mapping到 isoform 1的概率是 θ1 ,而 reads mapping到 isoform 2的概率是 θ2(针对于 isoform 1 和 isoform 2 的overlap区)

    假设我们一共有5组观测值,每组10个值,并且我们所观测到的值只是是否mapping到isoform上,而并不清楚是mapping到 isoform 1 还是 isoform 2 上,并且mapping到 isoform 上了的用 Y 表示,没有mapping上的用 N 表示:


    step 1

    随机设定初始值,θ1=0.6,θ2=0.5

    step 2

    对于第一组数据,设某reads分配给 isoform 1 的概率为0.45,记为p1:


    那么,该reads分配给 isoform 2 的概率为0.55,记为p2
    这里的"分配"作为隐含变量,在实际的意义中可以表示start position 等一些潜在变量,分配可以这样理解,reads会分配给isoform 1(或isoform 2),分配完成后会有两种可能性,一种是mapping到该isoform上,另一种是没有mapping到该isoform上
    同理,依次计算第2到第5组:

    step 3

    由step 2计算的第一组,reads分配给isoform 1(isoform 2)的概率为p1=0.45(p2=0.55)

    那么对于第一组的 isoform 1 :
    mapping:5 × 0.45 = 2.25(mapping 到 isoform 的有5条reads); unmapping: 5 × 0.45 = 2.25(没有mapping 到 isoform 的也有5条reads)

    对于第一组的 isoform 2 :
    mapping:5 × 0.45 = 2.25(mapping 到 isoform 的有5条reads); unmapping: 5 × 0.45 = 2.25(没有mapping 到 isoform 的也有5条reads)

    并且依次计算第2-5组的:


    e.g:
    以第二组为例:
    对于第二组的 isoform 1 :
    mapping:9 × 0.45 = 7.2(mapping 到 isoform 的有9条reads); unmapping: 5 × 0.45 = 2.25(没有mapping 到 isoform 的有1条reads)
    对于第二组的 isoform 2 :
    mapping:9 × 0.2 = 1.8(mapping 到 isoform 的有9条reads); unmapping: 1 × 0.2 = 0.2(没有mapping 到 isoform 的有1条reads)

    step 4

    重新定义θ1θ2
    θ1 = 19.64 / (19.64+8.56) =0.696θ2 = 11.26 / (11.26+7.94) =0.586

    将重新定义的θ1θ2返回step 1—step 4,直至算法收敛,即θ1θ2收敛

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