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김은상(Eunsang Kim),김진욱(Jin Wook Kim),박근수(Kunsoo Park) 한국정보과학회 2010 정보과학회 컴퓨팅의 실제 논문지 Vol.16 No.10
문자열 완전일치 검색 알고리즘은 지금까지 많은 연구가 되어왔지만, EUC-KR 등 다중바이트 문자집합에 대해서는 연구된 것이 부족한 상황이다. 이 논문에서는 기존의 KMP 알고리즘을 사용할 때 EUC-KR과 같은 다중바이트 문자집합 텍스트에서 오검색이 발생할 수 있음을 보이며, 문자 단위의 접두사 함수를 적용하여 오검색이 발생하지 않도록 개선한 KMP 알고리즘을 제안한다. 또한, 널리 사용되고 있는 편집기인 Vim과 Emacs의 검색 알고리즘 및 기존의 오토마타 방식의 연구 결과에 비해 논문에서 제안한 알고리즘이 더 빠른 속도를 보이는 실험 결과를 제시한다. An extensive research on exact string matching has been done, but there have been few researches on the matching in multi-byte character set texts such as EUC-KR. This paper shows that false matches may occur in multi-byte character set texts such as EUC-KR when using KMP algorithm, and presents a refined KMP algorithm without false matches applying a characterbased prefix function. And also, Experimental results show that our algorithm is faster than string matching algorithms of widely used editors, Vim and Emacs, and the existing automata-based algorithm.
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최정현,조환규,Choe, Jeong-Hyeon,Jo, Hwan-Gyu 한국정보처리학회 2001 정보처리학회논문지 A Vol.8 No.4
As results of many genome projects, genomic sequences of many organisms are revealed. Various methods such as global alignment, local alignment are used to analyze the sequences of the organisms, and k -mer analysis is one of the methods for analyzing the genomic sequences. The k -mer analysis explores the frequencies of all k-mers or the symmetry of them where the k -mer is the sequenced base with the length of k. However, existing on-memory algorithms are not applicable to the k -mer analysis because a whole genomic sequence is usually a large text. Therefore, efficient data structures and algorithms are needed. String B-tree is a good data structure that supports external memory and fits into pattern matching. In this paper, we improve the string B-tree in order to efficiently apply the data structure to k -mer analysis, and the results of k -mer analysis for C. elegans and other 30 genomic sequences are shown. We present a visualization system which enables users to investigate the distribution and symmetry of the frequencies of all k -mers using CGR (Chaotic Game Representation). We also describe the method to find the signature which is the part of the sequence that is similar to the whole genomic sequence. 생명 과학의 발전과 많은 게놈(genome) 프로젝트의 결과로 여러 종의 게놈 서열이 밝혀지고 있다. 생물체의 서열을 분석하는 방법은 전역정렬(global alignment), 지역정렬(local alignment) 등 여러 가지 방법이 있는데, 그 중 하나가 k-mer 분석이다. k-mer는 유전자의 염기 서열내의 길이가 k인 연속된 염기 서열로서 k-mer 분석은 염기서열이 가진 k-mer들의 빈도 분포나 대칭성 등을 탐색하는 것이다. 그런데 게놈의 염기 서열은 대용량 텍스트이고 k가 클 때 기존의 온메모리 알고리즘으로는 처리가 불가능하므로 효율적인 자료구조와 알고리즘이 필요하다. 스트링 B-트리는 패턴 일치(pattern matching)에 적합하고 외부 메모리를 지원하는 좋은 자료구조이다. 본 논문에서는 스트링 B-트리(string B-tree)를 k-mer 분석에 효율적인 구조로 개선하여, C. elegans 외의 30개의 게놈 서열에 대해 분석한다. k-mer들의 빈도 분포와 대칭성을 보여주기 위해 CGR(Chaotic Game Representation)을 이용한 가시화 시스템을 제시한다. 게놈 서열과 매우 유사한 서열 상의 어떤 부분을 시그니쳐(signature)라 하고, 높은 유사도를 가지는 최소 길이의 시그니쳐를 찾는 알고리즘을 제시한다.
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전유전체(Whole gerlome) 서열 분석과 가시화를 위한 워크벤치 개발
최정현,진희정,김철민,장철훈,조환규,Choe, Jeong-Hyeon,Jin, Hui-Jeong,Kim, Cheol-Min,Jang, Cheol-Hun,Jo, Hwan-Gyu 한국정보처리학회 2002 정보처리학회논문지 A Vol.9 No.3
최근 활발한 소단위 게놈 프로젝트의 수행으로 많은 생물체의 유전체 전체 서열이 밝혀짐에 따라서 전유전체(whole genome)를 기본 단위로 하여 개별 유전자나 그에 관련된 기능 연구가 매우 활발히 이루어지고 있다. 전유전체의 염기 서열은 수백만 bp(base pairs)에서 수백억 bp(base pairs) 정도의 대용량 텍스트 데이터이기 때문에 단순한 온라인 문자 일치(on-line string matching) 알고리즘으로 분석하는 것은 매우 비효율적이다. 본 논문에서는 대용량의 유전체 서열을 분석하는데 적합한 자료 구조인 스트링 B-트리를 사용하여 유전체 서열의 분석과 가시화를 위한 워크벤치를 개발한 과정을 소개한다. 본 연구에서 개발한 시스템은 크게 질의문 부분과 가시화 부분으로 나뉘어 진다. 질의문 부분에는 유전체 서열에 특정 서열이 나타나는 부분의 위치와 횟수를 알아보거나 k번 나타나는 서열을 조사하는 것과 같은 기본적인 패턴 검색 부분과 k-mer 분석을 위한 질의어가 다양하게 준비되어 있다. 가시화 부분은 전유전체 서열과 주석(annotation)을 보여주거나, 유전체 분석을 용이하도록 여러 가시화 방법, CGR(Chaos Game Representation), k-mer graph, RWP(Random Walk Plot) 등으로 생물학자들이 쉽게 전체 구조와 특성 파악할 수 있도록 도와준다. 본 논문이 제안하는 분석 시스템은 생물체의 진화적 관계를 밝히고, 염색체 내에 아직 알려지지 않은 새로운 유전자나 기능이 밝혀지지 않은 junk DNA들의 기능 등을 연구하는데 사용할 수 있다. As whole genome sequences of many organisms have been revealed by small-scale genome projects, the intensive research on individual genes and their functions has been performed. However on-memory algorithms are inefficient to analysis of whole genome sequences, since the size of individual whole genome is from several million base pairs to hundreds billion base pairs. In order to effectively manipulate the huge sequence data, it is necessary to use the indexed data structure for external memory. In this paper, we introduce a workbench system for analysis and visualization of whole genome sequence using string B-tree that is suitable for analysis of huge data. This system consists of two parts : analysis query part and visualization part. Query system supports various transactions such as sequence search, k-occurrence, and k-mer analysis. Visualization system helps biological scientist to easily understand whole structure and specificity by many kinds of visualization such as whole genome sequence, annotation, CGR (Chaos Game Representation), k-mer, and RWP (Random Walk Plot). One can find the relations among organisms, predict the genes in a genome, and research on the function of junk DNA using our workbench.
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