時間：2023-03-08 15:36:01
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塞德里克?唐或許是個不錯的編舞，不過，他的主要身份還是一名畢業于牛津大學的生物學家，不然，他甚至都沒有資格參加這科研界的舞林大會――“舞出你博士論文”比賽要求參賽者之一必須是或曾是一名博士，參賽舞蹈必須詮釋該博士的研究主題。
有人會說：“我不會跳舞啊。”活動方對此嗤之以鼻：“怎么可能，每個人都會跳舞！”有人還說：“我很害羞，我想在幕后。”比賽規則也絕不通融，“不行，論文作者必須得在視頻里秀一秀！”“舞出你博士論文”大賽要求參賽選手將舞蹈視頻上傳至指定網站，由科學家、藝術家以及上一屆優勝者組成的評審團為視頻打分，主要考察舞蹈的科學性、藝術性和科技與創意的結合性。2013年，有31支展現不同科研主題的舞蹈視頻進入了“舞出你博士論文”的最后決賽，組委會按照“生物”、“化學”、“物理”和“社會科學”四組評出了每類第一名，并由網友票選出了“最受觀眾喜愛獎”。
實話實說，這些舞蹈視頻并不會教給觀眾太多嚴肅的科學知識，但是，它讓科學家的形象默默變得可愛起來，或許會吊起一些普通人的胃口，讓他們愿意嘗試閱讀“氣候變化下的生物經濟學后果”這類板起面孔的科學文章。
水上芭蕾――爭奪
如果有一群朋友愿意為了你的博士論文臉畫大濃妝，頭戴雞羽毛，還要撲通撲通往水里跳，那絕對要好好珍惜。
塞德里克?唐，“舞出你畢業論文”大賽總冠軍就有這么一群“樂于助人”的朋友。
他是牛津大學的生物學博士生，平日大部分時間都與雞在一起。塞德里克?唐發現，母雞會和多只公雞，與母雞有同胞親屬關系的公雞會釋放更多；但是，母雞本身更傾向于選擇非親屬公雞的，而拒絕絕大部分來自親屬公雞的……
塞德里克?唐用舉重來類比雞禽的，用游泳來類比爭奪卵子的過程……他花了4周的時間來訓練舞者，當然可以想象，他應該也費了不少唇舌說服舞者穿著泳褲泳帽出鏡；又再用了3周來剪輯視頻。對一名天天與雞相伴的博士來說，這恐怕也是一項很不錯的業余消遣。
塞德里克?唐也關照到了一些細節。比如，視頻中一些會游得比另一些更快，而一些會困在圈子里游不出去――這是微觀世界中的真實情況。在一番激烈的水中混戰之后，終于有勝利者得以鉆進女舞者所在的透明水球――這意味著強壯、迅速的勝出，獲得與卵子結合的機會。
不僅是視頻，連配樂都是原創。兩首原創歌曲出自一位藝名為Stuart Noah的藝術家之手――他的真名是Stuart Wigby，為塞德里克?唐的論文指導老師之一。看，牛津學術圈的人果真很有娛樂精神。塞德里克?唐也表示，他絕對、一定以及肯定還會參加2014年的大賽，并放出豪言：“我的舞蹈會更加性感，更有難度，舞群規模會更大，而且要以音樂劇的形式展現。”
對照組舞步――睡眠重要性
兩組舞蹈，同步進行，描繪一名女生一天的兩個版本。
版本A：凌晨時分，女生已安眠；待到清晨鬧鐘響，女生活力四射，從床上蹦起，心情愉快刷牙洗臉；跟隨上學的人群一道舞蹈，輕盈地轉身、跳躍，開始一天的學習和工作。她精力充沛，和朋友們打成一片，笑容洋溢；直到放學收工，她也完美地保持了和人群一致的舞蹈步調，并和男友來了一場甜蜜的約會……
版本B：深夜，女生仍然在電腦前敲敲打打，倚在床頭盯著手機，毫無睡意；直到凌晨兩點，才沉沉睡去。清晨起床，女生渾渾噩噩，機械地刷牙洗臉；在上學的人群中腳步遲緩，動作無力，落在隊伍后面。她精力不濟，被同學排擠，一個人打著哈欠孤零零游蕩；終于放學，她也照樣腳步虛浮，在大家的集體舞蹈中顯得格格不入；甚至最后和男友的約會，都結束得不那么完美……
這是斯德哥爾摩大學博士生蒂娜?孔德林（Tina Sundelin）的參賽視頻，該視頻獲得大賽“社會科學組”第一名。蒂娜?孔德林的研究領域比較接地氣――缺覺對人的社會影響。她巧妙借鑒了社會科學實驗中常出現的“對照組”概念，用相同環境下的不同舞蹈，直觀反映睡眠不足的后果。
蒂娜?孔德林的研究還有如下表現形式――
題目：《疲倦的線索：睡眠不足在面部表現上的影響》
參與者：40位觀察者（其中，20位女性，年齡在20～30歲之間）根據疲憊程度和難過程度為20張面部照片打分，10張在其正常睡眠后拍攝，另外10張則是在其缺覺31小時又補覺5小時候后拍攝。
結論：睡眠不足會影響人們眼部、唇部以及皮膚，對他人來說，這幾個部位能夠作為判斷一個人是否缺覺的依據，因為這些面部區域在人際交往中非常重要；睡眠不足的面部表現和疲憊，可能會給睡眠不足人群的日常生活帶來社交影響。
上文所引的是蒂娜?孔德林2013年發表在學術期刊《睡眠》上的論文摘要，看罷之后，是不是覺得還是舞蹈視頻比較有愛？
小惡魔Salsa舞――壞基因
“最受觀眾喜愛獎”由來自德國癌癥研究中心的安德烈斯?弗洛里斯（Andres Florez）收入囊中。他用了一組帶有劇情的Salsa舞，講述了癌癥誘導基因MYCN如何入侵正常細胞，誘發兒童疾病――神經母細胞瘤。
出演反面角色的4位演員（包括安德烈斯?弗洛里斯一名男生）均著一身紅衣，頭戴紅色小惡魔發飾，一出場就氣勢不俗。3名女舞者更是身著紅色短裙，腳踩高跟鞋，頗有女王架勢。4人就是傳說中的“MYCN基因”，這種基因和神經母細胞瘤密切相關。他們一出現，便生生拆散了正在舞臺中盡情舞動的Rb和E2F1――當這兩種分子聚在一起時，細胞便不會進行分裂。MYCN三下五除二就搞定了扮演Rb的男舞者，讓他身體蜷縮跪倒在地；此時，細胞分裂便可以不間斷進行，瘋狂復制自身。
辛彥和大多數同齡人一樣，有著上山下鄉的經歷，廣闊天地的錘煉造就了她敢于面對困難和百折不撓的性格。天資聰穎的她1978年參加高考，幸運地來到了中國醫科大學臨床醫學專業學習。入學后，她格外珍惜學習的機會，以飽滿的熱情如饑似渴地學習著，為后來在事業上的成功打下了堅實的基礎。1982年，她以優異成績畢業留校。在選擇專業方向時，辛彥選擇了基礎醫學。由于辛彥在校學習成績突出，學校推薦她到第一臨床學院腫瘤研究所工作。當時的腫瘤研究所胃癌研究室的學科帶頭人是著名腫瘤病理學專家張蔭昌教授，他正承擔著國家“六五”攻關課題的研究。胃癌是我國高發的惡性腫瘤，每年大約有16萬人死于胃癌，死亡率高居我國惡性腫瘤之首，對人民的身體健康造成巨大的危害。學校的信任，學科建設的需要和自己對研究工作特有的濃厚興趣，辛彥來到胃癌研究室開始了研究工作。從那時起至今，一干就是25年，為腫瘤病理生物學研究和臨床病理診斷，奉獻了自己的青春年華和聰明才智。
辛彥虛心地向張蔭昌教授和其他老師學習，不懂就問，踏踏實實地學瘤病理學的專業知識和臨床病理診斷技術。從常規病理診斷人手，不斷豐富著自己知識的積累。為適應研究工作的需要，辛彥先后于1984和1991年考取了中國醫科大學腫瘤病理學專業醫學碩士研究生和醫學博士研究生。并以優異成績畢業，獲得了相應的學位。她所完成的畢業論文被專家認為達到國內領先水平。1993年、1995年連續被破格晉升為副教授、副主任醫師和教授、主任醫師。
1993年。辛彥考取了世界衛生組織獎學金(WHO Fellowship)。赴英國倫敦大學Chafing Cross&
Westminster
Medical
School(CXWM)組織病理學系留學，師從國際著名病理學家K?Henry教授進行胃惡性腫瘤病理生物學行為的研究，1994年11月學成回國。1995年9月，應愛爾蘭皇家外科學院病理系主任Mary Leader教授邀請，赴都柏林在該院病理系進行胃癌相關國際合作研究工作1年。因為胃癌研究室的工作需要，她放棄了已經再次與愛爾蘭皇家外科學院病理系簽署的工作協議，1997年回國工作。
校、院領導的支持，辛彥組建了自己的研究室――腫瘤所第四研究室，帶領全室同志和研究生忘我地投入到科研工作之中。經驗的積累和不斷的學習，使她承擔起了學科帶頭人的工作，站在更高層次的辛彥沿著老一輩科學家開創的道路，開始了新的征程。中國醫科大學腫瘤研究所是教育部腫瘤學博士點學科和省重點學科，肩負著為我國抗腫瘤事業培養高層次人才的使命。辛彥教授多年來一直負責中國醫科大學碩士／博士研究生專業基礎課《腫瘤病理學》的全程教學工作并出色完成教學任務。
辛彥身體力行，兢兢業業，長期的工作實踐，使她深深懂得大學老師的教學是建立在科學研究的基礎上的，沒有深入的研究工作，就不可能有好的教學水平。因此，她在講授專業知識的同時，總是以嚴謹的科學態度，教導研究生要樹立誠信、實事求是的科學作風，注意培養鍛煉專業基本技能和獨立完成科學實驗的能力，結合自己的研究課題，教授同學們研究方法，以及如何選擇研究方向等問題。每年2-3月份是辛彥教授最忙的時候，為了指導當年畢業的研究生撰寫和修改學位論文，辛彥教授經常在實驗室伏案工作到深夜，直到把論文修改到滿意為止。在辛彥指導的研究生中有2人獲得中國醫科大學優秀碩士論文和優秀博士論文獎勵，4人獲得中國醫科大學優秀研究生和優秀畢業研究生榮譽稱號。在辛彥的教授下，她的學生在科學研究方面取得了令人驕傲的成績。多年來辛彥教授指導的研究生在國內外本專業核心雜志共60余篇，其中SCI收錄10篇；2名研究生獲得國家自然科學基金青年基金課題的資助；1名博士研究生作為第一負責人獲得遼寧省科技進步一等獎；2名出站的博士后目前都擔任所在科室的主任，成為學有所成、脫穎而出的中青年學科帶頭人。目前辛彥指導的已畢業的研究生均在國內腫瘤臨床、腫瘤病理診斷及科研工作中努力工作，積極為我國癌癥的防治事業奉獻著他們的青春和汗水，不斷成長進步。看到自己培養的研究生們已經成才，辛彥由衷地感到欣慰。
近年來，作為研究生導師，辛彥招收指導腫瘤病理學專業碩士研究生20名、博士研究生15名、博士后2名，為我國抗癌事業培養了一批優秀的腫瘤病理學專業人才。辛彥常這樣說，“我非常幸運，搞研究是我的興趣，我能從事自己喜愛的工作，剛一畢業就能跟隨張蔭昌老師這樣的國內外著名專家學習和一起工作，有一個明確的科研方向和國內外很高起點的專業平臺，多么令人羨慕。”她還說“我今天所取得的成績，是站在前輩的肩膀上走過的，也是我對前輩培養自己的一個報答。”
辛彥從一名初出茅廬的大學生，成長為在我國腫瘤病理生物學行為及侵襲轉移機理的研究領域內，科研成績突出的優秀中青年腫瘤學專家和學科帶頭人，她付出了怎樣的努力。參加工作以來，對辛彥來說幾乎沒有節假日，實驗室就是她最衷情的“家”。她把自己所從事的研究工作當作是自己生命和生活的一部分，每天都工作在10小時以上。熟悉她的人，深深感受到她的毅力、持之以恒的韌性；不熟悉她的人，無論如何也不會相信眼前這位瘦弱的女子竟會是拿了國家大獎的科學家。
天道酬勤。辛彥用智慧和心血培育出了累累碩果，除與其他同志合作的課題外，辛彥共主持了國家自然基金《胃癌功能分類方案的確立與評估》等5項、美國CMB基金《胃癌亞臨床轉移預測的研究》、衛生部青年基金《胃癌極其癌前病變組化功能酶譜的確立與應用研究》等21項課題，120余篇，《scI》收錄18篇，引用75次，多篇被《BA》《CA》《IM》等國際著名檢索期刊收錄并被同行引用，參編《胃癌》專著1部。這些課題有的已經完成，有的尚在研究中。
關鍵詞： 基因芯片； 流行學習； 高維數據； 支持向量機； LLE
中圖分類號：TP3-05 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2013）11-06-03
0 引言
流行學習是近來發展起來的維數約減算法，在圖像處理和指紋識別方面有很好應用。它要求基于非線性的數據結構，這與生物系統的非線性特點相適應。基于流行學習的非線性降維包含兩類：①全局方法，包括等距映射算法（ISOMAP）與最大方差展開（MVU）[1-3]；②局部方法，包括局部線性嵌入算法（LLE）、拉普拉斯特征映射算法（LE）和局部切空間排列（LTSA）[1，4]。
基因芯片是嶄新的生物學技術，與傳統的基因檢測技術比較，基因芯片最大特點是能同時定量和定性檢測成千上萬個基因信息。但對于不斷增多的實驗數據，若不能及時有效地處理，就會導致“數據資源”變為“數據災難”。基因芯片數據特點是基因數多而樣本數少，即存在維數高、樣本少的“維數災難”問題。所以解決的方法就是通過維數約減。本文主要應用等距映射算法、局部線性嵌入算法和局部切空間排列算法來處理高維基因芯片數據。
我們對基因芯片數據的分析主要通過三個步驟：數據預處理；數據降維；支持向量機分類。我們的主要工作是比較三種基于流行學習的非線性降維在基因表達數據分析中的分類效果。
1 流行學習算法
1.1 局部線性嵌入（LLE）
LLE算法總體由三部分組成，即先找出K個近鄰點，再計算出局部重建權值矩陣，最后由局部重建權值矩陣與其近鄰點計算出該樣本點輸出值。具體過程如下。
步驟1 計算出每個樣本的K個近鄰點。所謂近鄰點就是相對所求樣本點距離最近的K各樣本點，其中，K是一個自己輸入的數值。常用的距離主要有歐式距離，但在高維空間數據非線性分布中，歐式距離效果往往沒那么顯著，這時，可以采用Dijstra距離。這是一種測地距離，它能夠保持樣本點之間曲面特性，在其他非線性降維算法中也有著廣泛的應用。
步驟2 計算局部重建權值矩陣，定義重構誤差函數：
M是一個n*n的對稱矩陣，M=（I-E）T（I-E）[4-5]。
最優解Y*是由矩陣M最小第d+1個至最小第2個特征值所對應的特征向量組成，因為最小的特征值為零。LLE算法問題歸結為稀疏矩陣特征向量求解，計算量相對較小，不過算法不能提供從高維空間到低維空間的投影映射[4-5]。
1.2 等距離映射算法（ISOMAP）
等距離映射算法的重要之處在于兩點間距離的測定，測地距離近似計算有兩種，一種是樣本點xi和它的領域點間的測地距離使用它們之間的歐式距離來替代；另一種是，樣本點xi與它領域外的點用它們之間最短路徑來替代[3，6]。其計算步驟如下。
步驟1 建立領域關系圖G（V，E），根據每個xi（i=1，2，…，n）計算k個近鄰記作Nj，根據點xi為頂點，歐氏距離d（xi，xj）為邊，建立了鄰域關系圖G（V，E）。
其中，確定近鄰點常用如下兩種方法：一是利用ε-近鄰方法，考慮點對xi，xj是其近鄰點，若；二是利用k-近鄰方法，要事先給定k，然后確定其近鄰點。
步驟2 計算出測地距離矩陣D（dij）n*m，在鄰域關系圖G（V，E）尋找最短路徑，即
步驟3 在距離矩陣D（dij）n*m運行在古典MDS上，尋找其低維構造點Y={y1，y2，…，yn}[5]。
ISOMAP算法用殘差E來衡量降維誤差，即E=1-R2（DG，DY），這里DG為距離矩陣，DY是d維空間中歐氏距離矩陣，R2是線性相關系數。一般，降維維數d越高，E就越小。通過E曲線出現拐點或者E已經小到一定閾值就可以來確定降維的維數d[7]。
1.3 局部切空間排列（LTSA）
局部切空間排列是浙江大學張振躍等人在2004年提出的非線性降維方法[8]，LTSA基本思想是采用樣本點所在領域的切空間以表示點的領域，并對每一個點建立了領域切空間，而后將這些局部切空間排列起來建立流形的全局坐標。LTSA首先也需要選擇各樣本點的近鄰點[9]。具體計算步驟如下。
步驟1 選取領域
計算每個樣本點的領域。記Xp=[xp1，…，xpk]是樣本點Xp包含自身在內的最近k個近鄰點。
步驟2 局部線性投影
對Xp進行中心化處理，得到，再對進行奇異值分解，即，獲得右奇異向量組成的矩陣Vp。
步驟3 局部坐標系統的排列
構造排列矩陣，這里，Wp=I-[lk/，Vp][lk/，Vp]T。計算的最小d+1個特征值所對應的特征向量u2，…，ud+1，T=[u2，…，ud+1]T即為計算的嵌入結果[8，10]。
2 支持向量機（SVM）
支持向量機分類實際上是通過非線性變換將輸入空間變換到一個高維空間，然后在這個新空間中求取最優線性分類面，這種非線性變換是通過定義適當的內積函數來實現[11-12]。
為了解決兩類不平衡問題，這里需要引入懲罰因子C，當yi=+1類時，0?αi?C+；當yi=-1時，0?αi?C-。
內積函數K=（xi，x）也稱核函數，目前常用的核函數主要有三種：
⑴ 多項式形式的內積函數，即：
K（x，xi）=[（x·xi）+1]q
這里得到的支持向量機是一個q階多項式分離器。
⑵ 徑向基內積函數
徑向基內積函數是普遍使用的核函數，因為它對應的特征空間是無窮維的，有限的數據樣本在該特征空間中肯定是線性可分。
⑶ S形函數內積
K（x，xi）=tanh（v（x·xi）+c）
這里，支持向量機實現的是一個兩層的多層感知器神經網絡[11-12]。
3 實驗方法
在基因變量里，存在噪聲基因，這些基因對分類意義不大，因此，在進行降維前，需對數據進行預處理，即基因篩選。本文預處理方法采用t值統計方法[13-16]。
其中，與是一類中，同一個基因的平均值，n1與n2是每類的樣本數量，s1與s2是類的方差。計算出每個基因的t值，在按照t值大小排序，一般認為，基因排序靠前的對應在一類有較高表達值，而排在后面的對應另一類有較高表達值。我們取出t值較大的與t值較小的基因作數據分析。
本文使用的支持向量機以徑向基BRF作為核函數，為了選取一個較好的σ以及懲罰因子參數C，選用5-倍交叉驗證方法，得到交叉驗證準確率來確定。處理過程如下。
（a） 計算t值統計量，選出前100個t值最大基因和后100個t值最小基因。
（b） 對預處理之后數據，基于流行學習的數據降維分析。
（c） 經降維之后的訓練集采用5-倍交叉驗證方法，計算出最優的σ與C，構造分類器模型。
（d） 用分類器模型對測試集進行測試，計算識別率。
4 實驗結果與分析
本文選用的基因數據來源于Leukemia的組織樣本，共有7129個基因。其中，訓練集包含38個樣本（27個ALL，11個AML），測試集包含34個樣本（20個ALL，14個AML）[13]。數據集可以從網站http：//datam.i2r.a-star.edu.sg/datasets/krbd/獲得[17]。
通過處理，得到不同特征基因數三種方法識別率比較，如圖1所示。
圖1表明非線性降維LLE最優識別率比其他兩種方法高，在維數2與3時得到最優識別率為97.0588%，34個測試樣本有33個被正確識別。等距離映射ISOMAP效果最差，而且各維識別率都較低，在基因表達數據應用并不適合。經過流行學習算法處理與未處理的最優識別率比較如表1所示。
從表1可以看出，經過LLE的降維后，34個測試樣本有33個被正確識別，識別率達到97.0588%，也遠高于未經任何降維處理的識別率。
從圖2可以看出錯誤劃分的樣本便是劃橫線的那個。
5 結束語
本文根據基因芯片數據的特點，把新的基于流行學習的非線性降維算法應用于該數據。通過預處理可以去掉與分類無關的噪聲基因，而非線性降維則可以提取特征基因，消除對分類不良影響的冗余特征。通過比較三種算法可知，局部線性嵌入（LLE）的識別率優于其他兩種，也高于未經降維處理的數據。面對海量數據的工業應用，LLE可以提高基因芯片數據分析的準確性。
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----在英國，國際著名刑事技術專家為程京設定了博士論文課題――關于DNA指紋儀器自動化分析，并給他3年的時間學習生物學課程。拿到司法生物學博士學位之后，程京又轉赴美國，并在那里成為美國納米基因公司的首席科學家。1998年，他領銜研制了世界上第一臺便攜式微縮芯片實驗室，美國科學促進協會將之列入當年世界十大科技突破。第二年，程京辭職回到了中國。
----生活又一次充滿了變數。眼前已然是資本市場方興未艾，IT業風起云涌，本土搖滾、港臺歌星和美國的Billboard在街頭巷尾此起彼伏。程京覺得自己創業的時機到了。
----其實，程京早在英國的時候就在尋找機會。1994年，生物芯片的研究在一些國家已經如火如荼，而在中國還是一片空白。程京曾經與自然科學基金委員會生命科學部主任強伯勤院士談論起此事。但生物芯片的研究畢竟需要大量的經費支撐，程京于是將第一步選在了美國。
----在位于費城的賓夕法尼亞大學，程京投師于醫學院教授、英國皇家病理學院士、生物芯片開拓者之一彼得?威爾丁教授門下，開始了生物芯片領域的研究。
----生物芯片技術目前被科學界公認為應用前景最好的DNA分析技術之一。按照專家們提供的一個十分拗口的定義，“它是將生命的化學過程轉化為一種靜態形式”；對這種形式的表現結果用計算機進行分析，便可以監視特定基因的變化。根據科學家的設計，芯片中的DNA可以用化學方式識別真正的基因，其精確程度相當高，甚至能夠顯示基因起作用的活躍度，以及它攜帶了何種突變。
----隨著人類基因組計劃在2000年6月份宣布取得重大進展，生物芯片的重要性正日益獲得公認。在這一研究領域，基因芯片已經率先實現了商業化，蛋白芯片則極具發展潛力。舉例說，人們在求醫診病時須臾不可離開醫院的檢驗部門，而今后完全可以用一個“便攜式芯片實驗室”來取而代之。這種專門的芯片能夠勝任生命科學和醫學研究中所涉及的三個典型步驟，即樣品處理、化學反應和結果檢測與分析，而且這一切都是在一個無污染、全功能、微型化的環境中完成的。程京介紹，這樣的芯片甚至可以植入人的體內，并通過因特網與醫院相連接。
----1996年，程京與在美國進行訪問研究的清華大學生物科學與技術系教授、博士生導師周玉祥不期而遇。賓夕法尼亞大學的生物芯片實驗室正是一派欣欣向榮的景象，多年研究生物膜和膜生物工程的周玉祥感嘆：“我感覺它將發展成一個極大的產業。”作為清華大學自己培養的生物學專家，周玉祥有一種直覺。他建議程京給校長寫封信介紹相關的情況。程京欣然照辦。
----相對于實驗室里的埋頭研究，程京認為科研成果產業化更加重要：“一個國家強大與否，主要靠它的工業實力來體現，要把研究的東西造福于人，而不是簡單地看發表了幾篇文章。”
----“我在英國讀博士的時候，從1989年開始，三年做了三個專利項目。”其中一個后來成為當地一家公司的第一個自有產品，也是他們借以上市的旗艦產品。“當時在材料和人員等方面的投入都很少，以‘便士’計，可他們每一套賣回來的錢是幾十英鎊。按照企業與學校簽訂的條例，每次給學校的專利使用金超過一定數目，就要按商定比例付給專利發明人。他們定期給我寄支票。”
----當然，和產品的市場價值相比，程京的所得微乎其微。在美國，程京經受了更為強烈的震動。“我工作的那家美國公司規定，每個博士每年要做出三個專利供企業生產。我們做的是純粹的研究，他們來進行市場開發；成果出來以后和發明人完全沒有關系；即使我們要用，也必須付錢。”程京在美國做出了17個專利項目，“沒有一項是屬于自己的”，其中也包括令他聲名大噪的微縮芯片實驗室。和大多數中國在海外的科研人員經歷的一樣，程京開始輾轉反側。
----以生物芯片為核心的各相關產業正在全球迅速崛起，發達國家已經開始爭先恐后有計劃、大投入地對這一領域中的知識產權進行跑馬圈地式的保護。根據程京提供的估計數字，在今后5年之內，應用生物芯片的市場銷售將達到200億美元左右。《財富》雜志甚至刊登文章稱：“微處理器使我們的經濟發生了根本的變化，給人類帶來了巨大的財富，改變了我們的生活方式。然而，生物芯片給人類帶來的影響可能會更大。”那是1997年的春天，生物芯片在中國國內依舊是空谷足音。
----事關重大。同年，中國駐美大使館提議國內召開了決定科研領域重大方向的北京香山會議，專門討論生物芯片的研發事宜。和以往不同，會議第一次把眾多科研領域的專家召集一堂。作為被邀請的三位海外專家之一，程京也到會發言。他提供了這樣的數據：“美國硅谷8000多家與集成電路和計算機相關的高科技企業1998年的營業額達到2000億美元，相比之下，北京中關村創造的利潤要低得多，因為我們計算機的CPU用的是洋芯片。如果說計算機行業已經是既成事實，那么在迅速崛起的生物芯片領域，中國需要發展具有自主知識產權的技術。”
----回國一事因而有了足夠的鋪墊。“既然想做，就要好好地運籌規劃一番。”香山會議后，程京花了一年多時間在國內推銷自己的想法，再把想法變成現實――一方面是籌建生物芯片研究與開發中心， 一方面是吸引風險投資組建公司。
----清華大學接受了當時年僅35歲的程京。學校為生物芯片的研究立項，研究人員則由程京挑選。在當年朱自清流連忘返的荷塘后面的老教學樓里，一個廢棄的復印室成為清華大學生物芯片研發中心暫時的辦公地。
----學校撥給中心275萬元啟動經費，并從1999年開始撥款2500萬元，為期三年。“錢是再多也不嫌多的，美國到目前為止已經投入了20億美元，最近又要投資10億用于納米技術發展計劃。”而中國國家重點和重大項目撥款往往只有幾百萬元人民幣。在海外生活多年的程京相信，西方的產業化操作模式是治療科研貧血的良藥。
----1998年下半年，施樂公司的有關人士找到程京，他們開始討論組建公司的可能性。1999年3月，程京正式辭去美國的工作，成為清華大學教授、生物芯片研發中心主任。緊接著，一個中文名為“騰隆科技”的生物芯片高科技公司在美國注冊成立。清華大學以8項專利技術的境外壟斷使用權換回騰隆科技30％的普通股。程京作為清華大學董事席位的代表，同時兼任公司的技術總監。1999年10月底，公司從海外募集的第一輪風險投資500萬美金全部到位。
----按照計劃，公司必須在8個月之內把清華大學轉讓的技術進一步完善；再往后，是投入生產和進入市場。“騰隆科技”已經在美國租下了辦公室、實驗室和廠房。程京在中國和美國之間奔波往返，等待著實驗室里的成果走進市場的日子。
程京簡歷
----1963年 生于北京
----1983年 畢業于上海鐵道大學電氣工程系
----1992年 在英國史查克萊大學獲司法生物學博士學位。此后在英美幾所大學做有關分子生物學的博士后研究
關鍵詞：乒乓球；運動生物力學；研究方法；研究領域
中圖分類號：G804.6文獻標識碼：B文章編號：1007-3612(2007)10-1381-03
隨著現代科技水平的不斷提高，運動生物力學研究手段與方法也不斷地更新，研究內容和層次不斷深入、系統，運動生物力學的研究方法在許多運動項目中有了廣泛的應用，對于認識運動項目技術的規律和提高運動技術水平，起到了重要的作用。
對于運動生物力學的原理和方法在乒乓球運動項目中的應用，國內外已進行了許多研究，但已有的研究不夠系統和深入，所用的運動生物力學研究方法比較單一，乒乓球專項化的運動生物力學儀器很少，對于乒乓球與球臺或球拍碰撞的原理、乒乓球飛行的運動狀態、乒乓球動作技術原理等有些方面揭示得還不夠全面或尚未揭示，對于運動器材、服裝的研究很少。
近年來，國際乒聯對乒乓球競賽規則的三大改革，以及現代世界乒乓球技術的迅猛發展，都要求我們要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地認識乒乓球運動的規律，不斷地更新觀念，技術上不斷創新進步，訓練方法上要更加科學合理，以促進乒乓球運動的發展。本文根據乒乓球運動專項運動生物力學研究的現狀、運動生物力學學科發展趨勢、以及乒乓球運動發展的實際需求，對運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域和研究方法的發展趨勢進行展望，以期對乒乓球運動規律有更加深刻而全面的認識，為運動生物力學如何更好地結合乒乓球專項特點為乒乓球運動實踐服務提供借鑒。
1運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域的展望
從運動生物力學角度來看，乒乓球運動是通過乒乓球和球拍位置的變化（平動和轉動）與運動員機體的活動相結合的一項運動。運動員的擊球動作使球拍和球碰撞后，擊出的球以一定的動量、動量矩落到對方臺面，與臺面發生碰撞，反彈后再與對方的球拍相碰撞。歸納起來，乒乓球項目中的運動包括：運動員的運動（動作技術）、乒乓球在空中的運動（速度、旋轉、弧線）、乒乓球的碰撞運動（乒乓球與球臺或球拍碰撞）。對乒乓球這三個方面的運動生物力學研究分析需要一定的設備儀器與方法。與乒乓球運動相關聯的還有球、球臺、球拍等器材以及運動員的服裝。
以往對乒乓球運動的運動生物力學研究在上述方面已進行過一定的研究，但對于乒乓球與球臺或球拍碰撞的原理、乒乓球飛行的運動狀態、乒乓球動作技術原理等有些方面尚未揭示，或揭示得還不夠全面，對于運動器材、服裝的研究很少。根據運動生物力學和乒乓球運動的發展趨勢，運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究領域，可以預計運動技術研究仍將會占較大比例，同時，在全民健身、運動醫學、康復醫學、運動器材、服裝及實驗儀器設備等方面也會開展研制。具體可以開展以下幾個方面的研究：
1） 動作技術診斷；
2） 乒乓球與球拍碰撞、與球臺碰撞的研究；
3） 對乒乓球拍運動的研究；
4） 乒乓球拍、乒乓球運動鞋的研制與優化；
5） 乒乓球運動員肌肉、骨骼力學特性的研究；
6） 乒乓球專項測試儀器的開發；
7） 乒乓球運動員損傷機理和預防的研究。
2運動生物力學研究方法在乒乓球運動中的應用與展望
按研究方法劃分，運動生物力學應用在乒乓球運動中的研究大體可分為兩類: 一是力學理論研究方法，二是實驗研究方法。兩者應當緊密結合，才能使運動生物力學更好地在運動實踐中應用。
2.1運動生物力學的力學理論研究方法在乒乓球運動項目中的應用與展望該研究方法因為是通過模擬手段對人體運動仿真，一般包括5個步驟：1) 確定運動恃征，建立目標函數；2) 選擇模型確定剛體的自由度；3) 建立動力學模型（拉氏方法、Kane方法、雅各賓法等）；4) 實測已知數據并求解；5) 根據求解結果解釋運動規律，這一步驟是將求得的數學規律化為體育運動語言對運動技術進行合理的指導。
縱觀運動生物力學在乒乓球運動中應用的現狀，可以看到，以往用的最多的是運用力學原理對一些現象進行解釋。而利用力學理論研究的方法卻很少。根據此研究方法，可以對乒乓球中許多問題進行研究。
如對于乒乓球運動員的傷病的研究，至今還沒有在擊球過程中對腕、肘、肩關節、頸椎、腰椎等的關節力和力矩的定量分析，而對其認識有助于對乒乓球運動員運動損傷的認識和預防。可以利用力學理論研究的方法對關節力和力矩進行推算。以計算上肢各關節的關節力和力矩為例。首先確定乒乓球運動員擊球過程中上肢的運動特征。二、建立上肢模型，整個上肢可分為上臂、前臂和手（包括器械）三個部分，根據上肢實際的生理結構和以往生物力學建模的經驗，可將人體上肢簡化為3剛體7自由度的物理模型。三、運用多剛體系統動力學理論中的Kane方法，建立系統運動學和動力學方程，四、通過攝像的方法獲取上肢的運動學參數以及鄭秀媛公布的人體環節參數，求出腕、肘、肩關節的關節力和力矩。五、根據關節力和力矩對乒乓球運動員的傷病進行認識。
2.2運動生物力學的實驗研究方法在乒乓球運動中的應用和展望運動生物力的實驗研究方法在乒乓球運動項目中應用現狀是，動力學研究幾乎沒有，運動學測試也不多，所運用到的生物力學儀器很少。所以實驗研究方法在乒乓球運動項目中有極大的發展空間。
2.2.1常用的生物力學儀器將在乒乓球項目中的廣泛應用許多已經在其他專項中運用較為廣泛的生物力學儀器在乒乓球運動項目中尚未廣泛使用。比如，三維測力臺，肌電儀，足底壓力鞋墊。
三維測力臺可以反映地面對人體的反作用力。運動員擊球的力最終是通過人體蹬地面，同時地面給人體的反作用力而實現的。而對乒乓球運動員地面反作用力的動力學特征的描述至今尚無。
通過在運動員的鞋子里放上壓力鞋墊，可以得出在移動過程中，腳底壓力的分布圖，可以為乒乓球運動員鞋子的設計提供參數。
通過肌電儀可對完成某動作所參與的肌肉活動的強度和時間進行描述，確定主要的參與肌群。用在乒乓球運動員身上，就可以很清楚的知道完成某動作的肌肉用力順序是什么，哪些是主動肌，哪些是被動肌，可為力量訓練提供參考。
2.2.2開發乒乓球專項化、反饋快速化的運動技術測試儀器這是運動生物力學測試儀器的發展趨勢，至今為止，在乒乓球界中尚無有此類測試儀器的研發成功。近年來其他運動項目共用運動學、動力學及生物學指標，測試儀器的質量、功能、效率不斷提高，同時，某些運動項目專用的測試儀器不斷出現。例如，體操項目單杠、雙杠、高低杠、跳馬、吊環的測力系統、賽艇多參數遙測分析系統、起跑蹬力測試系統、蹬冰力測試系統、游泳出發測力系統等。
其他專項的研究可為乒乓球專項化的測試儀器提供借鑒，比如考慮是否可以在乒乓球拍上安裝加速度傳感儀。隨著科學技術的迅速發展，加速度傳感器體積和質量都可以做到非常小，精度可以達到很高，此儀器可以實時監控球拍三個方向上的速度、加速度和角速度，并可據此推算球拍的受力情況，以及擊打乒乓球后，球體獲得的初速度。而對乒乓球拍的運動情況的所做的研究非常之少。
如果這些設想可以實現的話，將豐富乒乓球理論知識，對乒乓球運動的實踐將會有快捷的幫助。
2.2.3多機同步測試的研究多機同步測試研究是運動生物力學研究的發展趨勢。人體運動十分復雜，因此，多機同步測試方法對各項運動技術研究十分重要。由于多機同步測試研究需要的儀器多、經費多、時間長、技術人員多，而且多數動力學指標和生物學指標的測試在正式大賽中很難進行，所以，多機同步研究的報道較少。隨著科學技術的進步和對運動技術研究的深入，多機同步測試研究將會得到較快發展。
對于乒乓球這項精密的運動，以往的研究多是從一維的視角來進行的，對乒乓球運動的生物力學的研究應朝著多維的研究視角發展。比如，將攝像系統和測力臺系統同步的測試方法，綜合運動學和動力學的數據對乒乓球運動進行更加深入、全面的認識。
2.2.4生物反饋技術將在乒乓球運動技術訓練中應用運動生物力學測試中提供給運動員、教練員的技術動作的速度、幅度、方向、力量等指標數據，運動員在訓練中很難掌握，如將測試的數據轉換成聲、光信號直接提示給運動員，表示其當前的動作是否達到了要求或某個范圍，運動員接收到聲、光信號后，便馬上做出反應，調整動作的幅度、強度、速度等就容易得多。這方面研究在其他專項中已經取得了一定進展，例如北京體育大學金季春教授指導其博士生閆松華所研制的用于短跑訓練的“測試鞋”，對每一步的著地時間和騰空時間進行實時監控，正朝著生物反饋的方向發展。
生物反饋技術在乒乓球運動技術訓練中的應用也是乒乓球運動項目生物力學發展的趨勢。
2.3將力學理論研究方法和實驗研究方法緊密結合是運動生物力學在乒乓球運動中應用的研究方法的發展趨勢力學理論研究方法的基礎是經典力學理論，并應用它解釋分析生物體運動及探索其運動規律。力學理論研究方法優點是能使研究工作更加嚴謹和深人，但由于模擬研究目標和對運動數學化描述的困難，這類研究難度很大，且研究結果與運動實踐尚有一定的距離。所以力學理論研究方法必須輔之實驗和經驗，才能使它在實際應用方面的作用得以發揮，力學理論方法與實驗測試方法兩者應當緊密結合。前者提供了運動普遍規律，對分析有理論指導意義，后者是理論研究與實際應用的橋梁，能使研究更好地為運動實際服務。實驗研究方法，通過各種實驗手段，測試記錄體育運動過程，并以此作為依據，結合經驗，對運動技術進行分析對比，從而提出改進技術的意見和建議。這種研究方式是以具體運動員的具體動作作為研究對象。
實驗通常用高速攝影、錄像、測力臺測得運動學和外力參數，用肌電測試儀測得人體內力參數，然后通過數據處理和分析，來診斷運動技術的優劣及動作的合理性。這種方法以實驗手段為主，與運動實踐聯系緊密，能對運動員的技術訓練直接施加影響。但由于該方法研究和實驗的對象是具有個體特征的人，不可避免地造成對共性的運動規律研究的困難，從而使研究結論難以達到理論升華。因此實驗方法必須和力學理論研究共同發展、相輔相成，才能使運動生物力學學科漸趨深入完善。
用理論力學理論研究方法和實驗研究的方法對乒乓球運動進行運動生物力學的研究，將提供認識乒乓球運動規律的多維視角，會對乒乓球運動規律有更加深刻而全面的認識，進而可使運動生物力學更好地為乒乓球實踐服務。是運動生物力學在乒乓球運動中應用的發展趨勢。
3總結
根據乒乓球運動專項運動生物力學研究的現狀、運動生物力學學科發展趨勢、以及乒乓球運動發展的實際需求，運用多種運動生物力學的理論力學和實驗研究相結合的方法，對乒乓球運動中的多個領域進行分析和研究，是運動生物力學在乒乓球運動項目中的研究發展趨勢。
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大山里走出來的生物學家
1957年3月出生于房縣城關鎮的鄧子新，從貧困山區的農家孩子到名牌大學的教授，從農村青年到蜚聲海內外的分子生物學專家，鄧子新以他的勤奮和執著，走出了一條自強不息、勇攀高峰的成功之路。
1977年恢復高考，鄧子新以優異的成績考入華中農學院，成為生化系微生物專業的大學生。1982年，鄧子新入了黨，并以優異成績畢業。后經人推薦，他拜師在世界鏈霉菌遺傳系研究中心霍普伍德先生的門下。鄧子新在英國沒有辜負祖國、老師對他的期望，發現了鏈霉菌啟動子在大腸桿菌中能起作用，揭示了鏈霉菌異源基因表達和調節的新內容，贏得霍普伍德先生的信任和欣賞，破例讓他立即到東英大學注冊，提前轉攻博士學位。鄧子新只用三年半時間，完成了別人六年才能完成的學業。1987年5月，他順利通過博士論文答辨，戴上了英國皇家博士帽。
1988年5月，鄧子新攜妻子一起回到祖國。回國后，他結合國內的實際情況，在重視和強化自己基礎研究能力的前提下，重點開展了應用基礎性研究，中心課題是絲狀細菌鏈霉菌抗生素生物合成的遺傳學，但他們的研究進行得很不順利。
鄧子新早在英國時就對分子生物學很感興趣，并在實驗中發現一些細菌的DNA發生了降解，而另一些細菌的DNA則不降解。整個DNA的提取、電泳等過程都是一個人操作的，在同樣的環境、操作方法和實驗條件下，為什么不同生物來源的DNA會出現降解特性完全相反的差異呢？他很快發現，自己的新發現得不到同行的認可，一方面由于解答質疑總要花上一年半載，另一方面太新的想法容易被人看成是在“忽悠”經費，所以往往申請了也白搭。
鄧子新還是個多面手，在微生物分子遺傳學、抗生素藥物代謝工程和化學生物學領域，發展了一系列重要抗生素產生菌的體內外分子操作技術，設計了一系列新抗衍生物，取得了一批抗生素基因簇或其藥物衍生化合物的專利。雖然這些工作使他陸續獲得了不少經費支持，但他一直“癡心”的這個DNA降解之謎卻得不到經費支持，不得已，他就從自己的其他項目“借用”資金，國內做不成的實驗，就通過國際合作來解決。
1997年，鄧子新和同事已經將有關基因分離出來，分析結果顯示，這些基因編碼的蛋白質與硫有關。但當時他們第一次拿到DNA上存在硫修飾的證據，那時還沒有遺傳學、生物化學、尤其是沒有化學分析的最終證據，難以服眾。
2000年，上海交通大學創辦Bio-X生命科學研究中心，鄧子新在此中心組建了微生物遺傳學團隊，并從武漢來到了上海。交大看重他們的研究，給他們提供了較好的工作條件和啟動經費，這無疑是項目得以順利展開的最好催化劑。
2003年，他著手申請國家自然科學基金委的重點項目，然而答辯沒有通過，說明認可的程度很低，但基金委認為這是一個有潛力的項目，因此以提供基金委生命科學部主任基金的方式給了他一筆30萬元的資助。這是在非共識的情況下得到的經費，鄧子新很感動，因為這畢竟是對他挑戰常規的一種鼓勵。
DNA骨架上第一種生理修飾之謎被破解
2007年，鄧子新與其科研團隊在這個原創性新領域不斷努力，有一種被用作藥物的DNA修飾物，原本一直是科學家在實驗室中合成的，現在，中美科學家共同發現，原來細菌早就會干這件事——5種酶合力，能將硫摻入到DNA骨架中。這種被稱為磷硫酰化的DNA修飾，是迄今在天然DNA骨架上發現的第一種生理修飾。
鄧子新領銜的實驗室與美國麻省理工學院合作，成功解析DNA硫修飾精細化學結構為“R-構象的磷硫酰”的研究成果《細菌DNA大分子上的磷硫酰化》，發表在《自然》系列之《化學生物學》網絡版上。這是迄今為止在天然DNA骨架上發現的第一種生理修飾。
“這一發現，再次證明大自然蘊含無窮神秘，人類會做的事情，它早就會做了。”鄧子新表示，天然DNA骨架上磷硫酰化的發現無疑構成了對DNA結構又一新的補充，如同甲基化的修飾導致了一系列新的發現一樣，DNA磷硫酰化的發現將產生分子生物學領域新的“信息”流，并打開一個新的學科領域。
有關專家認為，這個新領域剛剛打開，眾多研究內容的延伸可能形成一系列新的跨越不同學科的研究生長點。比如透過DNA磷硫酰化修飾找到全新功能的核酸酶，用細菌來合成磷硫酰化寡核苷酸用于生物化學和基因治療等，都將具有重大的生物學或生物工程學意義。
期待陸地海洋領域學者一同“下海”
“陸地微生物的多樣性成為天然藥物的第一寶庫，那么海洋就是生物多樣性的第二寶庫。”中科院院士鄧子新如是說。“共生是海洋低等生物繁衍和生存的保障。”
隨著探索和研究的進行，越來越多的化學和生物證據提示，海洋低等生物中分離的天然產物其實是由共生微生物直接或間接產生的。“我們甚至可以這樣說，與海洋低等生物共生的微生物，才是許多海洋藥源天然產物的真正制造者。藥物產生是生物共生的需求，也是人類資源的外延。如果能夠從海洋共生微生物入手，找到或克隆出相關化合物的生物基因簇，那么就可以解決藥源限制的瓶頸問題，從而促進海洋藥物的發展。”
我國的海洋共生體研究及海洋藥物研發還處在初級階段，存在著很多的不足和限制。對此，鄧子新認為，應該鼓勵陸地微生物學和化學生物學家“下海”，加強對海洋共生微生物代謝產物和功能基因簇的克隆。針對樣品采集過程中各自為政、重復研究而造成資源浪費甚至破壞的情況，鄧子新建議，“強化海洋生物采集技術與設備的投入，提高采集效率，同時統籌規劃樣品采集的利用和保護，加強相互協同，并且借鑒陸地微生物，如放線菌的研究經驗，優化和完善整個體系的研究”。
由于99.9%以上的共生微生物還不能被分離培養，同時海洋微生物都是未經馴化的野生菌，因此藥源制備非常費力，難以規模發酵。對于野生型微生物的特點，鄧子新也有獨特的理解，他認為，可以優化培養裝置、發酵與代謝調控技術，或者利用分子生物學技術，將其“馴化”為易于遺傳操作、發酵性能良好的微生物藥物工業產生菌。
目前我國從事海洋藥物研發的單位非常有限，主要集中在北京、上海、廣州、青島等幾個城市。鄧子新表示，期待國內外陸地和海洋領域的學者能夠共同加入，利用學科交叉的優勢，協同作戰，共同促進我國海洋藥物的進一步發展。
近幾年來，我國在抗生素藥物基礎研究方面的優勢不斷增強，研究機構有高等院校、科研院所，覆蓋面非常寬，研究的跨度也很大。抗生素產業涉及到各個部門，從學科來講涉及到上中下游，從產業來講，企業也有強烈的愿望。政府、科研機構希望通過各種不同的機制能夠推動基礎研究和產業發生互動。任何一個研究機構在目前的情況下都很難包打天下，從原始資源一直做到優產資源，所以我們希望資源與技術對接，基礎與產業互動。在基礎研究方面，通過國家建立的科研平臺形成強有力的科研積累，研究人員與企業共同在生產過程中發現需求，通過資金投入、項目管理和科技政策的制定等等，促進有用資源的產業化。
自1999年以來，復旦校領導始終將人才國際化作為學校5大發展戰略之一。截止至2007年底，復旦共引進校聘重要崗位以上高層次人才406人，其中直接從海外引進256人(包括非華裔外籍教授23人)，占引進人才總數的63％。在復旦入選的74位長江學者中，有43位是從海外直接引進的，占入選總數的58％，其中包括一位來自英國的全職非華裔長江學者特聘教授。
創新模式“筑巢引鳳”
面對世界一流大學建設的挑戰和國際人才市場的沖擊，復旦引進人才的發展戰略也跟隨著經濟一體化進入了全球化階段。在此過程中，如何減少人才引進的風險，把好“選才關”，成為海外人才引進的關鍵。
2003年，復旦“全球公開招聘生命科學學院院長”的創新之舉，在海內外引進了很大反響，整個招聘過程，從信息、初選、通訊咨詢、面試遴選、決策以至簽約都嚴格按照國際慣例操作。此后，復旦還按照相同的公開程序相繼成功地招聘了微電子研究院、藥學院等學院院長。
副校長陳曉漫認為，以國際視野尋覓英才，首先就要做到視野全球化、程序國際化。據介紹，為及時掌握世界科學前沿人才信息，復旦專門建立了囊括數千個候選人的海外人才儲備信息庫，并保持與海外校友的廣泛接觸，盡可能地拓寬人才選拔的渠道。
近年來，復旦還逐步引入“海外專家獨立評審機制”，目前已經建起了由400多位海外獨立評審專家組成的“專家庫”。在長江學者、特聘教授以及符合條件的學科引進人才評審中，都啟動了海外評審機制，通過“第三方”的力量，更客觀地評估引進人才的學術水平。
除了準確評估海外人才的專業水平和學術地位外，人才引進成功與否的關鍵還取決于其個人事業發展與學校整體戰略發展的結合程度，取決于人才引進模式的創新程度。為有效吸引人才，復旦“筑巢引鳳”，創造性地實施了“啞鈴”模式、“球璉”模式、“海外創新團隊”等富有特色的人才引進模式，從而吸引了大批優秀海外人才的“加盟”。
“啞鈴”模式。即允許引進人才國外國內兩頭兼顧，如采取特聘講座教授的形式，從國外引進一大批高層次人才，以實現高智力人才的資源共享。復旦長江講座教授金力就是從最初的“啞鈴”模式過渡到全職院長、現任副校長的成功范例。
“球璉”模式。即通過引進一位學科帶頭人，并以其為主，相繼引進一批學術骨干。如我校從海外引進封東來博士作為復旦特聘教授、學科帶頭人。此后，又由他牽線搭橋，從海外先后引進喬山博士、李世燕博士和陳焱博士，從而形成一個結構合理、學術方向互補、創造力很強的研究團隊，使復旦強關聯物理學科的研究實力躋身于國內高校前列。
“海外創新團隊”模式。隨著學科間的交叉、集成、融合的頻繁，跨學科合作、攻關日益增多，復旦也開始探索由“海外個體”人才引進向“海外團隊”人才引進轉變。2003年引進以陳俊為首的5人“腦損傷研究”創新團隊，2004年引進以陳吉泉為首的8人“生態學”創新團隊，2005年初，引進以陳躍為首的7人“公共衛生”創新團隊，2006年引進以約翰?哈斯勒(John Hassler)為首的4人“經濟學”創新團隊等。這些嘗試，都使復旦在跨學科、跨國界的人才資源重組上開創了可喜局面，而且推動了相關學科的快速發展。
創新環境“保駕護航”
引賢入校，還需誠意留才。為給高端人才一片成長沃土，復旦從校領導到人事處，都尤為重視海外引進人才軟環境的建設。
組織保障：復旦專門設立了人才引進領導小組，由王生洪校長親任組長，并在人事處設立人才引進辦公室，全面負責、協調人才引進工作。
政策配套：學校制定了復旦特聘教授(冠名教授)、高層次人才引進等一系列政策方案和操作流程。為簡化引進程序，加快人才引進的工作流程，學校于2005年度啟用了引進高層次人才的快速通道，實行分類準入機制，對國際知名學者、國家級專家，海外著名學府以及“985”重點高校重點學科的同級職務聘任等，實行“簡單聘任程序”。
服務到位：為引進人才、特別是全職引進人才解決后顧之憂，除人才引進辦公室積極開拓思路，提供全方位服務，營造優質高效的服務軟環境之外，人事處還會同學校其他各職能部門，想方設法及時解決引進人才在教學、科研、生活中遇到的實際問題。
真誠相待：科研是艱辛的，一個微小的發現往往要經過漫長的過程，“跬步千里，需真心以待、寬容支持”，這是許多海外引進人才共同的心聲，而復旦讀懂了他們的心聲。
數年前的一個春節，復旦校友、英國劍橋大學賀鶴勇博士回上海過年。大年初四，復旦黨委書記秦紹德得知這一消息后，即刻安排與賀博士會面交流，誠意拋出“繡球”，這位高端人才最終“扎根”復旦化學系，并順利人選第二批長江學者特聘教授。
2007年新當選為中國科學院院士的趙東元教授在談起回國歷程時，也時常感慨復旦對他的知遇之情。當年，在校領導和時任化學系系主任的范康年教授的大力支持下，在最短時間內，為其盡快開展科學研究創造實驗條件。
“復旦效率，讓我都來不及有其他的想法就急于想飛回來了。”近幾年頻獲長江學者特聘教授、聯合國教科文組織青年科學家獎、中國青年科技獎殊榮的封東來教授說，當復旦大學找到他的時候，他剛從斯坦福大學博士畢業，復旦馬上啟動了引進工作程序，特事特辦，在短時間內為其辦好了各種手續。
“留學生回國天地寬”，是封東來更為深切的感受，在美國和他同齡的很多同行也許根本沒機會遇到和他同樣多的機遇。最讓封東來感動的是，初進復旦的前3年中，由于大型實驗設備建設有個過程、科學研究也有其自身的客觀規律等因素，封東來沒有急于，而學校一如既往給予了他強有力的支持。第四年，厚積薄發的他在國際物理的權威雜志PRL上連續發表了一系列論文，引起了國內外物理學術界的廣泛關注。
以最大的誠意、傾全校之力為引進人才創造好的人文環境，這既是時展的要求，也充分彰顯出尊重知識、尊重人才、尊重科學創新能力的復旦精神。
創新平臺“人盡其才”
用才更甚于引才，對許多海外引進人才來說，他們最關心的始終是“我的舞臺有多大”，而對于引進他們的學校來說，最關心的也是“他們能發揮多大的作用”。為實現雙贏，復旦創新思路，積極吸納國際先進管理經驗，探索建立科學化的管理運行機制，以“學術創新特區”作為吸引人才、促進人才發展的“試驗園”，為海外引進人才搭建起了一個又一個事業發展的平臺。
2001年，復旦以海外引進人才許田、韓珉、莊原作為共同負責人，建立了發育生物學基地，采取首席科學家負責制管理模式，由首席科學家自主選擇研究項目，組建課題組，并充分享有在用人、分配和獎勵方面的自，開辟了復旦首個“學術創新特區”。
從德國海德堡大學引進的金壽福博士從事的是“埃及學”研究，為了發展這門學科，2003年10月，復旦成立了復旦大學埃及研究中心。這是國內第一個埃及學專業的研究機構，不僅為金壽福博士本人事業的發展提供了一個廣闊的平臺，而且填補了復旦在埃及學研究方面的空白。
復旦還將重點建設的“985”二期重大科技創新平臺、基地，作為“人才資源管理創新特區”，以更大力度的體制和機制創新增強對海外優秀人才的吸引力度。復旦啟動的首個科技創新平臺一生物醫學研究院，其首批簽約的就有12位從海外直接引進的研究負責人。
近年來，復旦從海外引進的高層次人才為學校帶來了令人振奮的可喜成果，擴大了學校的學術影響力：
兩位海外引進人才擔任國家“973計劃”項目首席科學家，一大批海外引進人才作為負責人承擔國家“863”、“973”子課題及國家自然科學基金等重大科研項目；多位海外引進人才在《科學》、《自然》、《細胞》等國際綜合和專業學術期刊上發表重要學術研究成果；5位海外引進人才榮獲國家自然科學獎二等獎、國家科技進步二等獎；數位海外引進人才指導的博士論文入選全國百篇優秀博士論文、指導的學生項目榮獲全國“挑戰杯”特等，一等獎等。
【關鍵詞】DNA遺傳算法；型遺傳算子
DNA計算中的DNA是重要的遺傳物質攜帶著生物體的所有遺傳信息，而遺傳算法也是采用生物的遺傳信息進行操作的算法，其不同是DNA計算是實驗室中進行的而遺傳算法是在計算機上編程進行的，將二者混合使用可以使遺傳算法在生物的遺傳調控機理中更深層次的進行模擬，從而使遺傳算法的計算性能得到進一步的提升。由于遺傳算法的優越性和良好的性能，將其混合到DNA計算中可以突破其計算的局限性[1]【2】。因此學者開始對該混合的DNA遺傳算法進行深入的研究，并取得了一定的成果。本文是在前人研究的基礎之上，對遺傳算法和DNA計算的混合使用中的算子進行了深入的研究。
1.算法中改進的新型算子的提出
1.1 改進算子中的采用技術
受到DNA分子結構的啟發，本文將用DNA的四種堿基對問題的潛在解進行編碼，由于DNA的編碼方式不能直接被計算機處理，本文將使用二進制表示的數0123對堿基進行編碼。在這種編碼方式中，令0與鳥嘌呤相對應，1與腺嘌呤對應，2與胸腺嘧啶對應，3與胞嘧啶對應，并且0、1、2、3四個整數將采用二進制的形式進行表示。為了在在編碼中實現簡易的數學和邏輯操作，將二進制數中的第一位作為區分嘌呤和嘧啶的編碼位即0代表嘌呤而1代表嘧啶。同時與互補堿基對對應的代碼也呈現互補關系，如堿基對C和G互補組合由0（00）與3（11）構成，而1（01）與2（10）構成的A和T堿基對。這樣的互補配對關系，有助于新操作算子的設計。
下面是以上面的編碼方式為依據的一個n維的最小化問題：
示長度為的四進制數字串，單個個體的編碼長度為，每個變量編碼精度由求得。
DNA-GA與遺傳算法用二進制進行計算編碼時的解碼方式相似。其均是以n維十進制向量的形式對個體進行解碼，其中：
上公式中的為整數串中的第維第列的數字。因為變量取值范圍的不同，所以按比例將變量進行轉換，這樣就可以得到對應問題的解。
按照這種模式進行編碼，就可以引入更多的基因操作到遺傳算法中，這樣就可以設計算法效率更高更有效的算子。
本文所采用的適應度函數和選擇算子是原遺傳算法中所采用的，這里就不再贅述。
1.2 改進的新型算子
1.2.1 交叉算子
交叉操作是遺傳操作中的重要的生物信息遺傳操作，故本文對現有的交叉算子進行了改進，在其中加入了DNA計算中的生物操作技術，形成了新的算子。
（1）移位交叉算子
移位交叉的父體為一個，操作過程如圖1所示。移位操作是移換個體中的堿基子序列。設父代的基因為ATCGGTACAT，在父代中隨機選取一段子序列，這段子序列所包含的堿基數目和所選堿基的位置也是隨機選定的。然后將該段子序列移動到一個新的位置，形成一個新的個體。移位交叉算子的執行概率為。如所選子序列是CGGT將其移動到C的后面形成新的個體。
（2）對換交叉算子
對換交叉操作在兩個隨機配對的個體之間進行，操作過程如圖2所示。首先在優質的群體中隨機挑選兩個個體作為對換交叉操作的父體。然后在兩個父體中分別隨機選取一段堿基序列，且命名這個堿基序列為轉座子。如圖2，在兩個父體中隨機選擇兩段個數相同的堿基序列，交換這兩個父體所選中的堿基序列，形成新的個體。對換交叉操作的執行概率為。
（3）抽換交叉算子
抽換交叉操作是需要從種群中選取兩個個體作為父代。而抽換交叉的目的就是改變個體之間的相似性，因此該操作中所選的父代不是隨機的，而是選擇兩個相似的個體。首先在適應度較好的優秀種群中隨機選取一個個體作為父代之一，在隨機選取兩個個體作為候選父代。然后通過對比候選父體與已知父體的相似度，選擇與已知父體更相似的個體作為抽換交叉操作的另一個父體。操作過程如圖3所示。抽換交叉算子的執行概率為。
以上三種算子，都可以對單個的DNA序列進行操作，而且各有特點。但是同時執行三種算子將大大增加計算復雜度。本文將對換算子作為基本的交叉算子，移位算子和抽換算子則依據概率執行。
1.2.2 新型變異算子
與以往的同變異算子不同，本文所提出的變異算子是以生物體內的DNA轉錄成RNA并且通過其配對的反密碼子決定蛋白質肽鏈的合成過程，并且計算在反密碼子中各個堿基所出現的概率，然后用低概率替換高概率或者高概率替換低概率的最大最小變異算子，最后形成新的DNA分子。生成一個新的個體。其變異概率為。其過程如圖4所示。
2.新提算子的運算步驟
步驟1：在運行算法之前，先對算法中所涉及到的參數進行設置，如種群大的大小、終止闕值、最大進化代數和所改進新型算子的運行概率，普通變異概率等。
步驟2：隨機產生size個個體，組成初始種群，并將當前的進化代數設置為1.
步驟3：對個體進行編碼串解碼，求出各個個體的適應度值。
步驟4：按照適應度值的大小將種群中的個體分為高適應度個體和低適應度個體，令交叉后產生的新個體數為Ncnew，并且從第一代交叉算起，不交叉時Ncnew為0。
步驟5：對種群中進行交叉操作，選擇個體為父代個體，按其隨機產生的概率數與交叉。
概率、，進行比較，所產生的隨機數小于哪個交叉算子的概率就執行哪個交叉算子，最后產生新的個體，并且此時產生的新個體數為+1。
步驟6：對經過交叉操作產生的個體以概率進行變異操作。產生新個體。
步驟7：對經過交叉和變異操作產生的個體用精英保留選擇機制進行選擇保留，選出適應度大的個體，此時進化代數加1.
步驟8：判斷是否終止運行，其判斷條件是最大進化代數或者是最大進化代數的闕值。滿足就結束，輸出結果；否則返回步驟3繼續進行。
3.實驗測試
為了測試出本文所提出的DNA遺傳算法的有效性和搜索性能，從以往的文獻中選取了兩個具有代表性的無約束的函數作為測試函數。本文使用改進的DNA遺傳算法求解從文獻中選取的測試函數，它們的局部最優點較多，欺騙性很強，一般的算法不易求解到這兩個函數的全局最優點。其中，的最優解為3600，在點（0，0）處取得，而的最優解在點（0，0）處取得。
將這兩個函數分別用未經過改進的遺傳算法、基于進化策略的遺傳算法（EGA）[3]和本文所提出的新的混合DNA遺傳算法（DNA-GA）進行求解，并將所得到的結果進行比較，三種算法的種群大小均為60，當最大的進化代數時終止運算。
為了對三種算法都進行比較，在三種不同的算法下每個函數都運行了50次，三種算法的對比結果如表1、表2所示。
綜上所述，可以發現，本文所設計的遺傳算子對提高DNA遺傳算法的搜索性能有了很大的作用。對于和兩個函數而言，新型的變異算子在算法求解問題的收斂速度等方面提高比新型的交叉算子作用更大，因此將兩種新型的算子配合一起來使用，可以進一步提高DNA遺傳算法性能。
4.結束語
本文在前人研究的基礎前提之上，對已有的算法進行了改進與創新，通過實驗函數的驗證本文所設計的遺傳算子對提高DNA遺傳算法的搜索性能有了很大的作用。
但是本文所改進提出的新型算子還是只用于實驗研究，需要進一步的使用實踐來證明與改進。
參考文獻
[1]余文，李人厚.一種有效地雙向進化算法[J].小型微型計算機系統，2003，24（3）：527-530.
[2]陳霄.DNA遺傳算法及其應用研究[D].浙江科技大學博士論文，2010.
[3]王四春.GP算法中適應度函數的光滑擬合與調整參數方法研究[J].自動化學報，2006（3）：23-30.
[4]陶吉利.基于DNA計算的遺傳算法及應用研究[D].杭州：浙江大學博士論文，2007.
1高水平科研平臺的建設
1.1高水平科研平臺的建設
在教育部“985”工程專項基金支持的基礎上，心血管內科投入大量人力和物力建設心電生理與心律失常實驗室。在學科帶頭人的領導下，高水平科研平臺建立并穩步發展。2012年，隨著心電生理與心律失常實驗室被評為廣東省“十二五”醫學重點實驗室，也是當年心血管領域唯一的重點實驗室，進一步促進了臨床醫學科研條件的建設和學科發展。通過制定實驗室建設方案，增強實驗室各項軟件和硬件設施，優化人力物力資源，建立了一個集開放、協作和競爭為一體的高水平科研平臺。
1.2構建臨床醫學科研平臺
實驗室包括:細胞膜片鉗實驗室、細胞培養實驗室、生物化學與分子生物學實驗室、動物實驗室、倒置熒光相差顯微鏡實驗室、學術交流辦公室。各實驗室有機結合，強大實驗支持，加上良好的實驗環境和醫學科研條件，吸引了眾多院內外優秀科研工作者，推進了科研項目的開展和順利完成，促進了學科之間的交流和協作，有利于相關學科的建立和飛速發展。
1.3配置先進的實驗室儀器設備
目前，實驗室已經積累了總價值約2000萬元的先進儀器設備。包括:(1)生物化學與分子生物學實驗儀器:酶標儀、高效液相色譜儀、普通PCR儀、梯度PCR儀、熒光定量PCR儀、分光光度計、全自動凝膠成像系統、超聲細胞破碎儀、超凈工作臺、高速冷凍離心機;(2)細胞實驗儀器:細胞膜片鉗設備、細胞壓力加載系統、流式細胞儀、全自動磁珠分選儀、普通倒置顯微鏡、倒置熒光相差顯微鏡、生物安全柜、臺式離心機;(3)動物實驗儀器:離體心臟灌流裝置、多導電生理記錄儀、彩超相控陣探頭、冷光單孔手術燈、體視顯微鏡、血管壓力直徑測定儀等。儀器設備種類齊全，形成了系統的研究體系，更好的服務于科學研究。先進的科研儀器設備，為科研工作者提供了必要的科研設施，能夠基本滿足科研工作對于科研儀器設備的需求。同時，這些專業的實驗室配置有利于科研項目的申請和開展，促進了學科的建設和穩步發展。
1.4特色化實驗室管理和發展
作為心血管內科高水平科研平臺，心電生理與心律失常實驗室的宗旨是服務于科學研究、人才培養和學科發展。為更好的尊承其服務宗旨，實驗室建立了管理制度。對實驗室科研檔案管理、實驗技術積累、實驗室安全衛生保障、實驗室儀器設備維護、科研實驗收費等分別制定了詳細規章制度，制定課題組之間定期交流機制，為實驗室正常運作與穩步發展提供保障。同時，實驗室實行以課題組為單位的負責制度，各課題組負責人(或導師)對各自課題組的經費使用情況、科研進度和科研成果的可靠性負責。這種運作模式，在保證研究課題獨立性的前提下，有利于不同課題組之間、不同科室之間的交流與協作，利于科研水平的提高和學科發展。心電生理與心律失常實驗室著重研究心血管疾病中的心律失常發病機制和影響，主要分為三個方向:心力衰竭與心律失常方向，心臟保護與心律失常方向和動脈粥樣硬化與心律失常方向。為了促進上述研究方向的發展，實驗室積極選派優秀人員出國留學深造。同時，邀請該領域與實驗室長期合作、有影響力的專家為課題組成員，為研究提出寶貴的意見和建議。隨著實驗室臨床醫學科研條件的建設和各項科研項目的開展，實驗室已建立了心律失常在細胞、離體和在體水平的系列研究方法，綜合多道生理儀、膜片鉗等專業研究手段和現代分子生物學技術，實驗室已具備開展心電生理與心律失常實驗的全部儀器設備和實驗方法。
2強化科研積累和人才培養
2.1科研業績沉淀，促進科學研究在醫院重點學科發展經費的支持下，科室運用膜片鉗技術，建立了心臟離子通道實驗平臺;構建心律失常的整體動物模型;建立離子通道在動物整體模型上的整合;利用細胞壓力加載系統，在細胞水平上，研究心力衰竭離子通道的改變以及對心臟重構的影響。努力構建設備先進、種類齊全、操作規范、學術氛圍濃郁的優秀實驗室，為吸引優秀人才打下堅實的基礎。同時，努力使實驗室成為廣東省乃至全國心血管研究方面的高級人才培育基地。心電生理與心律失常實驗室的建立，為學科科研工作者提供了良好的科研條件和濃郁的學術氛圍，為科研項目的申請和順利開展奠定了堅實的基礎。人才培養是實驗室服務宗旨之一，2010—2012年，在實驗室建設與穩步發展階段，科室共招收了11名博士研究生和27名碩士研究生，已有27名順利完成科研工作并取得相應學位。科室共申請并獲得多項專利，發明專利有“便攜式心內除顫裝置”;實用新型專利包括電極導管、心臟起搏電極、數碼臨時心臟起搏器和下肢動脈造影標記尺。基礎臨床科研取得長足進步:獲得7項國家自然科學基金項目，18項省部級科研項目，1項廣州市科技名院名科特色項目，1項中山大學臨床醫學研究5010計劃項目。其中，省部級項目中包括多項衛生廳科研項目。獲批的項目中，既有心電生理方面，也有心律失常和心力衰竭方面的研究;既有基礎研究，也有應用研究，學科影響力日益增強。
2.2依托平臺建設，促進科研與人才培養良性循環人才是學科建設的根本，隨著平臺的建設人才輩出，科室獲得1項教育部霍英東基金會項目，1項廣州市珠江科技新星項目，3項“逸仙優秀醫學人才”計劃項目，2項中山大學青年教師培育項目，累計科研經費591．6萬元。科室每年獲批項目數、科研經費總額和SCI收錄論文篇數及影響因子均呈遞增趨勢(見圖1、圖2、圖3)。1人榮獲中山大學博士研究生創新人才資助項目，2人榮獲日本第一三共醫藥學獎學金。實現了實驗室建設—科研項目—人才培養的良性循環，向全國培育和輸送了高質量的心電生理和心律失常的專業研究人員。與其他科室相比，科室獲得的人才培育項目居全院之首，且有1人榮獲教育部博士研究生學術新人獎。學科著重培育廣東省和全國優秀研究生，爭創全國百優博士論文。
2.3促進學科發展，增強學科影響力在學科帶頭人的領導下，自2008年以來，心血管內科每年舉辦逸仙心血管病論壇。每年來自國內外心血管病方面的專家和學者達到500多人，會議論壇內容包括心律失常與心力衰竭分論壇和冠心病與高血壓分論壇等。作為區域性的學術會議，意在立足廣東，輻射華南，加強與國內外交流，給省內外心血管醫生提供一個溝通、學習和交流的平臺。近年來，隨著心電生理與心律失常實驗室的成立以及學科影響力的日益增強，以心電生理與心律失常實驗室為科研和學術交流平臺，學科的科研水平得到穩步提高。同時，學科建設得到長足穩定發展，參觀和交流的人員來自全國各地。2011年，科室榮獲廣東省臨床重點專科。臨床醫學科研條件的建設對于提高科研水平、加強學科建設、加速人才培養、增強心血管內科的綜合實力都具有重要的意義。
3結語
