时间：2023-03-08 15:36:01
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塞德里克・唐或许是个不错的编舞，不过，他的主要身份还是一名毕业于牛津大学的生物学家，不然，他甚至都没有资格参加这科研界的舞林大会――“舞出你博士论文”比赛要求参赛者之一必须是或曾是一名博士，参赛舞蹈必须诠释该博士的研究主题。
有人会说：“我不会跳舞啊。”活动方对此嗤之以鼻：“怎么可能，每个人都会跳舞！”有人还说：“我很害羞，我想在幕后。”比赛规则也绝不通融，“不行，论文作者必须得在视频里秀一秀！”“舞出你博士论文”大赛要求参赛选手将舞蹈视频上传至指定网站，由科学家、艺术家以及上一届优胜者组成的评审团为视频打分，主要考察舞蹈的科学性、艺术性和科技与创意的结合性。2013年，有31支展现不同科研主题的舞蹈视频进入了“舞出你博士论文”的最后决赛，组委会按照“生物”、“化学”、“物理”和“社会科学”四组评出了每类第一名，并由网友票选出了“最受观众喜爱奖”。
实话实说，这些舞蹈视频并不会教给观众太多严肃的科学知识，但是，它让科学家的形象默默变得可爱起来，或许会吊起一些普通人的胃口，让他们愿意尝试阅读“气候变化下的生物经济学后果”这类板起面孔的科学文章。
水上芭蕾――争夺
如果有一群朋友愿意为了你的博士论文脸画大浓妆，头戴鸡羽毛，还要扑通扑通往水里跳，那绝对要好好珍惜。
塞德里克・唐，“舞出你毕业论文”大赛总冠军就有这么一群“乐于助人”的朋友。
他是牛津大学的生物学博士生，平日大部分时间都与鸡在一起。塞德里克・唐发现，母鸡会和多只公鸡，与母鸡有同胞亲属关系的公鸡会释放更多；但是，母鸡本身更倾向于选择非亲属公鸡的，而拒绝绝大部分来自亲属公鸡的……
塞德里克・唐用举重来类比鸡禽的，用游泳来类比争夺卵子的过程……他花了4周的时间来训练舞者，当然可以想象，他应该也费了不少唇舌说服舞者穿着泳裤泳帽出镜；又再用了3周来剪辑视频。对一名天天与鸡相伴的博士来说，这恐怕也是一项很不错的业余消遣。
塞德里克・唐也关照到了一些细节。比如，视频中一些会游得比另一些更快，而一些会困在圈子里游不出去――这是微观世界中的真实情况。在一番激烈的水中混战之后，终于有胜利者得以钻进女舞者所在的透明水球――这意味着强壮、迅速的胜出，获得与卵子结合的机会。
不仅是视频，连配乐都是原创。两首原创歌曲出自一位艺名为Stuart Noah的艺术家之手――他的真名是Stuart Wigby，为塞德里克・唐的论文指导老师之一。看，牛津学术圈的人果真很有娱乐精神。塞德里克・唐也表示，他绝对、一定以及肯定还会参加2014年的大赛，并放出豪言：“我的舞蹈会更加性感，更有难度，舞群规模会更大，而且要以音乐剧的形式展现。”
对照组舞步――睡眠重要性
两组舞蹈，同步进行，描绘一名女生一天的两个版本。
版本A：凌晨时分，女生已安眠；待到清晨闹钟响，女生活力四射，从床上蹦起，心情愉快刷牙洗脸；跟随上学的人群一道舞蹈，轻盈地转身、跳跃，开始一天的学习和工作。她精力充沛，和朋友们打成一片，笑容洋溢；直到放学收工，她也完美地保持了和人群一致的舞蹈步调，并和男友来了一场甜蜜的约会……
版本B：深夜，女生仍然在电脑前敲敲打打，倚在床头盯着手机，毫无睡意；直到凌晨两点，才沉沉睡去。清晨起床，女生浑浑噩噩，机械地刷牙洗脸；在上学的人群中脚步迟缓，动作无力，落在队伍后面。她精力不济，被同学排挤，一个人打着哈欠孤零零游荡；终于放学，她也照样脚步虚浮，在大家的集体舞蹈中显得格格不入；甚至最后和男友的约会，都结束得不那么完美……
这是斯德哥尔摩大学博士生蒂娜・孔德林（Tina Sundelin）的参赛视频，该视频获得大赛“社会科学组”第一名。蒂娜・孔德林的研究领域比较接地气――缺觉对人的社会影响。她巧妙借鉴了社会科学实验中常出现的“对照组”概念，用相同环境下的不同舞蹈，直观反映睡眠不足的后果。
蒂娜・孔德林的研究还有如下表现形式――
题目：《疲倦的线索：睡眠不足在面部表现上的影响》
参与者：40位观察者（其中，20位女性，年龄在20～30岁之间）根据疲惫程度和难过程度为20张面部照片打分，10张在其正常睡眠后拍摄，另外10张则是在其缺觉31小时又补觉5小时候后拍摄。
结论：睡眠不足会影响人们眼部、唇部以及皮肤，对他人来说，这几个部位能够作为判断一个人是否缺觉的依据，因为这些面部区域在人际交往中非常重要；睡眠不足的面部表现和疲惫，可能会给睡眠不足人群的日常生活带来社交影响。
上文所引的是蒂娜・孔德林2013年发表在学术期刊《睡眠》上的论文摘要，看罢之后，是不是觉得还是舞蹈视频比较有爱？
小恶魔Salsa舞――坏基因
“最受观众喜爱奖”由来自德国癌症研究中心的安德烈斯・弗洛里斯（Andres Florez）收入囊中。他用了一组带有剧情的Salsa舞，讲述了癌症诱导基因MYCN如何入侵正常细胞，诱发儿童疾病――神经母细胞瘤。
出演反面角色的4位演员（包括安德烈斯・弗洛里斯一名男生）均着一身红衣，头戴红色小恶魔发饰，一出场就气势不俗。3名女舞者更是身着红色短裙，脚踩高跟鞋，颇有女王架势。4人就是传说中的“MYCN基因”，这种基因和神经母细胞瘤密切相关。他们一出现，便生生拆散了正在舞台中尽情舞动的Rb和E2F1――当这两种分子聚在一起时，细胞便不会进行分裂。MYCN三下五除二就搞定了扮演Rb的男舞者，让他身体蜷缩跪倒在地；此时，细胞分裂便可以不间断进行，疯狂复制自身。
辛彦和大多数同龄人一样，有着上山下乡的经历，广阔天地的锤炼造就了她敢于面对困难和百折不挠的性格。天资聪颖的她1978年参加高考，幸运地来到了中国医科大学临床医学专业学习。入学后，她格外珍惜学习的机会，以饱满的热情如饥似渴地学习着，为后来在事业上的成功打下了坚实的基础。1982年，她以优异成绩毕业留校。在选择专业方向时，辛彦选择了基础医学。由于辛彦在校学习成绩突出，学校推荐她到第一临床学院肿瘤研究所工作。当时的肿瘤研究所胃癌研究室的学科带头人是著名肿瘤病理学专家张荫昌教授，他正承担着国家“六五”攻关课题的研究。胃癌是我国高发的恶性肿瘤，每年大约有16万人死于胃癌，死亡率高居我国恶性肿瘤之首，对人民的身体健康造成巨大的危害。学校的信任，学科建设的需要和自己对研究工作特有的浓厚兴趣，辛彦来到胃癌研究室开始了研究工作。从那时起至今，一干就是25年，为肿瘤病理生物学研究和临床病理诊断，奉献了自己的青春年华和聪明才智。
辛彦虚心地向张荫昌教授和其他老师学习，不懂就问，踏踏实实地学瘤病理学的专业知识和临床病理诊断技术。从常规病理诊断人手，不断丰富着自己知识的积累。为适应研究工作的需要，辛彦先后于1984和1991年考取了中国医科大学肿瘤病理学专业医学硕士研究生和医学博士研究生。并以优异成绩毕业，获得了相应的学位。她所完成的毕业论文被专家认为达到国内领先水平。1993年、1995年连续被破格晋升为副教授、副主任医师和教授、主任医师。
1993年。辛彦考取了世界卫生组织奖学金(WHO Fellowship)。赴英国伦敦大学Chafing Cross&
Westminster
Medical
School(CXWM)组织病理学系留学，师从国际著名病理学家K・Henry教授进行胃恶性肿瘤病理生物学行为的研究，1994年11月学成回国。1995年9月，应爱尔兰皇家外科学院病理系主任Mary Leader教授邀请，赴都柏林在该院病理系进行胃癌相关国际合作研究工作1年。因为胃癌研究室的工作需要，她放弃了已经再次与爱尔兰皇家外科学院病理系签署的工作协议，1997年回国工作。
校、院领导的支持，辛彦组建了自己的研究室――肿瘤所第四研究室，带领全室同志和研究生忘我地投入到科研工作之中。经验的积累和不断的学习，使她承担起了学科带头人的工作，站在更高层次的辛彦沿着老一辈科学家开创的道路，开始了新的征程。中国医科大学肿瘤研究所是教育部肿瘤学博士点学科和省重点学科，肩负着为我国抗肿瘤事业培养高层次人才的使命。辛彦教授多年来一直负责中国医科大学硕士／博士研究生专业基础课《肿瘤病理学》的全程教学工作并出色完成教学任务。
辛彦身体力行，兢兢业业，长期的工作实践，使她深深懂得大学老师的教学是建立在科学研究的基础上的，没有深入的研究工作，就不可能有好的教学水平。因此，她在讲授专业知识的同时，总是以严谨的科学态度，教导研究生要树立诚信、实事求是的科学作风，注意培养锻炼专业基本技能和独立完成科学实验的能力，结合自己的研究课题，教授同学们研究方法，以及如何选择研究方向等问题。每年2-3月份是辛彦教授最忙的时候，为了指导当年毕业的研究生撰写和修改学位论文，辛彦教授经常在实验室伏案工作到深夜，直到把论文修改到满意为止。在辛彦指导的研究生中有2人获得中国医科大学优秀硕士论文和优秀博士论文奖励，4人获得中国医科大学优秀研究生和优秀毕业研究生荣誉称号。在辛彦的教授下，她的学生在科学研究方面取得了令人骄傲的成绩。多年来辛彦教授指导的研究生在国内外本专业核心杂志共60余篇，其中SCI收录10篇；2名研究生获得国家自然科学基金青年基金课题的资助；1名博士研究生作为第一负责人获得辽宁省科技进步一等奖；2名出站的博士后目前都担任所在科室的主任，成为学有所成、脱颖而出的中青年学科带头人。目前辛彦指导的已毕业的研究生均在国内肿瘤临床、肿瘤病理诊断及科研工作中努力工作，积极为我国癌症的防治事业奉献着他们的青春和汗水，不断成长进步。看到自己培养的研究生们已经成才，辛彦由衷地感到欣慰。
近年来，作为研究生导师，辛彦招收指导肿瘤病理学专业硕士研究生20名、博士研究生15名、博士后2名，为我国抗癌事业培养了一批优秀的肿瘤病理学专业人才。辛彦常这样说，“我非常幸运，搞研究是我的兴趣，我能从事自己喜爱的工作，刚一毕业就能跟随张荫昌老师这样的国内外著名专家学习和一起工作，有一个明确的科研方向和国内外很高起点的专业平台，多么令人羡慕。”她还说“我今天所取得的成绩，是站在前辈的肩膀上走过的，也是我对前辈培养自己的一个报答。”
辛彦从一名初出茅庐的大学生，成长为在我国肿瘤病理生物学行为及侵袭转移机理的研究领域内，科研成绩突出的优秀中青年肿瘤学专家和学科带头人，她付出了怎样的努力。参加工作以来，对辛彦来说几乎没有节假日，实验室就是她最衷情的“家”。她把自己所从事的研究工作当作是自己生命和生活的一部分，每天都工作在10小时以上。熟悉她的人，深深感受到她的毅力、持之以恒的韧性；不熟悉她的人，无论如何也不会相信眼前这位瘦弱的女子竟会是拿了国家大奖的科学家。
天道酬勤。辛彦用智慧和心血培育出了累累硕果，除与其他同志合作的课题外，辛彦共主持了国家自然基金《胃癌功能分类方案的确立与评估》等5项、美国CMB基金《胃癌亚临床转移预测的研究》、卫生部青年基金《胃癌极其癌前病变组化功能酶谱的确立与应用研究》等21项课题，120余篇，《scI》收录18篇，引用75次，多篇被《BA》《CA》《IM》等国际著名检索期刊收录并被同行引用，参编《胃癌》专著1部。这些课题有的已经完成，有的尚在研究中。
关键词： 基因芯片； 流行学习； 高维数据； 支持向量机； LLE
中图分类号：TP3-05 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2013）11-06-03
0 引言
流行学习是近来发展起来的维数约减算法，在图像处理和指纹识别方面有很好应用。它要求基于非线性的数据结构，这与生物系统的非线性特点相适应。基于流行学习的非线性降维包含两类：①全局方法，包括等距映射算法（ISOMAP）与最大方差展开（MVU）[1-3]；②局部方法，包括局部线性嵌入算法（LLE）、拉普拉斯特征映射算法（LE）和局部切空间排列（LTSA）[1，4]。
基因芯片是崭新的生物学技术，与传统的基因检测技术比较，基因芯片最大特点是能同时定量和定性检测成千上万个基因信息。但对于不断增多的实验数据，若不能及时有效地处理，就会导致“数据资源”变为“数据灾难”。基因芯片数据特点是基因数多而样本数少，即存在维数高、样本少的“维数灾难”问题。所以解决的方法就是通过维数约减。本文主要应用等距映射算法、局部线性嵌入算法和局部切空间排列算法来处理高维基因芯片数据。
我们对基因芯片数据的分析主要通过三个步骤：数据预处理；数据降维；支持向量机分类。我们的主要工作是比较三种基于流行学习的非线性降维在基因表达数据分析中的分类效果。
1 流行学习算法
1.1 局部线性嵌入（LLE）
LLE算法总体由三部分组成，即先找出K个近邻点，再计算出局部重建权值矩阵，最后由局部重建权值矩阵与其近邻点计算出该样本点输出值。具体过程如下。
步骤1 计算出每个样本的K个近邻点。所谓近邻点就是相对所求样本点距离最近的K各样本点，其中，K是一个自己输入的数值。常用的距离主要有欧式距离，但在高维空间数据非线性分布中，欧式距离效果往往没那么显著，这时，可以采用Dijstra距离。这是一种测地距离，它能够保持样本点之间曲面特性，在其他非线性降维算法中也有着广泛的应用。
步骤2 计算局部重建权值矩阵，定义重构误差函数：
M是一个n*n的对称矩阵，M=（I-E）T（I-E）[4-5]。
最优解Y*是由矩阵M最小第d+1个至最小第2个特征值所对应的特征向量组成，因为最小的特征值为零。LLE算法问题归结为稀疏矩阵特征向量求解，计算量相对较小，不过算法不能提供从高维空间到低维空间的投影映射[4-5]。
1.2 等距离映射算法（ISOMAP）
等距离映射算法的重要之处在于两点间距离的测定，测地距离近似计算有两种，一种是样本点xi和它的领域点间的测地距离使用它们之间的欧式距离来替代；另一种是，样本点xi与它领域外的点用它们之间最短路径来替代[3，6]。其计算步骤如下。
步骤1 建立领域关系图G（V，E），根据每个xi（i=1，2，…，n）计算k个近邻记作Nj，根据点xi为顶点，欧氏距离d（xi，xj）为边，建立了邻域关系图G（V，E）。
其中，确定近邻点常用如下两种方法：一是利用ε-近邻方法，考虑点对xi，xj是其近邻点，若；二是利用k-近邻方法，要事先给定k，然后确定其近邻点。
步骤2 计算出测地距离矩阵D（dij）n*m，在邻域关系图G（V，E）寻找最短路径，即
步骤3 在距离矩阵D（dij）n*m运行在古典MDS上，寻找其低维构造点Y={y1，y2，…，yn}[5]。
ISOMAP算法用残差E来衡量降维误差，即E=1-R2（DG，DY），这里DG为距离矩阵，DY是d维空间中欧氏距离矩阵，R2是线性相关系数。一般，降维维数d越高，E就越小。通过E曲线出现拐点或者E已经小到一定阈值就可以来确定降维的维数d[7]。
1.3 局部切空间排列（LTSA）
局部切空间排列是浙江大学张振跃等人在2004年提出的非线性降维方法[8]，LTSA基本思想是采用样本点所在领域的切空间以表示点的领域，并对每一个点建立了领域切空间，而后将这些局部切空间排列起来建立流形的全局坐标。LTSA首先也需要选择各样本点的近邻点[9]。具体计算步骤如下。
步骤1 选取领域
计算每个样本点的领域。记Xp=[xp1，…，xpk]是样本点Xp包含自身在内的最近k个近邻点。
步骤2 局部线性投影
对Xp进行中心化处理，得到，再对进行奇异值分解，即，获得右奇异向量组成的矩阵Vp。
步骤3 局部坐标系统的排列
构造排列矩阵，这里，Wp=I-[lk/，Vp][lk/，Vp]T。计算的最小d+1个特征值所对应的特征向量u2，…，ud+1，T=[u2，…，ud+1]T即为计算的嵌入结果[8，10]。
2 支持向量机（SVM）
支持向量机分类实际上是通过非线性变换将输入空间变换到一个高维空间，然后在这个新空间中求取最优线性分类面，这种非线性变换是通过定义适当的内积函数来实现[11-12]。
为了解决两类不平衡问题，这里需要引入惩罚因子C，当yi=+1类时，0?αi?C+；当yi=-1时，0?αi?C-。
内积函数K=（xi，x）也称核函数，目前常用的核函数主要有三种：
⑴ 多项式形式的内积函数，即：
K（x，xi）=[（x·xi）+1]q
这里得到的支持向量机是一个q阶多项式分离器。
⑵ 径向基内积函数
径向基内积函数是普遍使用的核函数，因为它对应的特征空间是无穷维的，有限的数据样本在该特征空间中肯定是线性可分。
⑶ S形函数内积
K（x，xi）=tanh（v（x·xi）+c）
这里，支持向量机实现的是一个两层的多层感知器神经网络[11-12]。
3 实验方法
在基因变量里，存在噪声基因，这些基因对分类意义不大，因此，在进行降维前，需对数据进行预处理，即基因筛选。本文预处理方法采用t值统计方法[13-16]。
其中，与是一类中，同一个基因的平均值，n1与n2是每类的样本数量，s1与s2是类的方差。计算出每个基因的t值，在按照t值大小排序，一般认为，基因排序靠前的对应在一类有较高表达值，而排在后面的对应另一类有较高表达值。我们取出t值较大的与t值较小的基因作数据分析。
本文使用的支持向量机以径向基BRF作为核函数，为了选取一个较好的σ以及惩罚因子参数C，选用5-倍交叉验证方法，得到交叉验证准确率来确定。处理过程如下。
（a） 计算t值统计量，选出前100个t值最大基因和后100个t值最小基因。
（b） 对预处理之后数据，基于流行学习的数据降维分析。
（c） 经降维之后的训练集采用5-倍交叉验证方法，计算出最优的σ与C，构造分类器模型。
（d） 用分类器模型对测试集进行测试，计算识别率。
4 实验结果与分析
本文选用的基因数据来源于Leukemia的组织样本，共有7129个基因。其中，训练集包含38个样本（27个ALL，11个AML），测试集包含34个样本（20个ALL，14个AML）[13]。数据集可以从网站http：//datam.i2r.a-star.edu.sg/datasets/krbd/获得[17]。
通过处理，得到不同特征基因数三种方法识别率比较，如图1所示。
图1表明非线性降维LLE最优识别率比其他两种方法高，在维数2与3时得到最优识别率为97.0588%，34个测试样本有33个被正确识别。等距离映射ISOMAP效果最差，而且各维识别率都较低，在基因表达数据应用并不适合。经过流行学习算法处理与未处理的最优识别率比较如表1所示。
从表1可以看出，经过LLE的降维后，34个测试样本有33个被正确识别，识别率达到97.0588%，也远高于未经任何降维处理的识别率。
从图2可以看出错误划分的样本便是划横线的那个。
5 结束语
本文根据基因芯片数据的特点，把新的基于流行学习的非线性降维算法应用于该数据。通过预处理可以去掉与分类无关的噪声基因，而非线性降维则可以提取特征基因，消除对分类不良影响的冗余特征。通过比较三种算法可知，局部线性嵌入（LLE）的识别率优于其他两种，也高于未经降维处理的数据。面对海量数据的工业应用，LLE可以提高基因芯片数据分析的准确性。
参考文献：
[1] 刘小明.数据降维及分类中的流行学习研究[D].浙江大学博士论文，
2007.
[2] Tenenbaum JB， de Silva V， Langford JC. A global geometric framework for nonlinear dimensionality reduction[J]. Science，2000.290（5500）：2319-2323
[3] M. Balasubramanian and E.L. Schwartz. The Isomap algorithm and topological stability[J].Science，2002.295（5552）：7
[4] S. T. Roweis and L. K. Saul. Nonlinear dimensionality reduction bylocally linear embedding[J]. Science，2000.290：2323-2326
[5] 姜伟，杨炳儒.基于流行学习的维数约简算法[J].计算机工程，2010.36（12）：25-27
[6] 肖传乐，曹槐.基于流行学习的基因表达谱数据可视化[J].生物信息学，2009.7（1）：48-51
[7] Peterson L E.Partitioning large-sample microarray-based gene expression profiles using principal components analysis[J]. Comput Methods Programs Biomed，2003.70（2）：107-119
[8] Z. Zhang and H. Zha. Principal manifolds and nonlinear dimensionality reduction via local tangent space alignment[J]. SIAM Journal of Scientific Computing，2004.26（1）：31-338
[9] 李波.基于流行学习的特征提前方法及其应用研究[D].中国科学技术大学博士论文，2008.
[10] 黄启宏.流行学习方法理论研究及图像中的应用[D].电子科技大学博士论文，2007.
[11] 白鹏.支持向量机理论及工程应用实例[M].西安电子科技大学出版社，2008.
[12] 边肇祺.模式识别[M].清华大学出版社，2000.
[13] T. R. Golub， D. K. Slonim. Molecular Classification of Cancer： Class Discovery and Class Prediction by Gene Expression Monitoring [J].Science，1999.286（15）：531-535
[14] 胡煜.降维方法与有监督分类在基因芯片数据分析中的应用比较[D].中山大学硕士论文，2007.
[15] 高利宏，曹佳.基因芯片可靠性分析及数据处理[J].第三军医大学学报，2006.28（1）：80-82
----在英国，国际著名刑事技术专家为程京设定了博士论文课题――关于DNA指纹仪器自动化分析，并给他3年的时间学习生物学课程。拿到司法生物学博士学位之后，程京又转赴美国，并在那里成为美国纳米基因公司的首席科学家。1998年，他领衔研制了世界上第一台便携式微缩芯片实验室，美国科学促进协会将之列入当年世界十大科技突破。第二年，程京辞职回到了中国。
----生活又一次充满了变数。眼前已然是资本市场方兴未艾，IT业风起云涌，本土摇滚、港台歌星和美国的Billboard在街头巷尾此起彼伏。程京觉得自己创业的时机到了。
----其实，程京早在英国的时候就在寻找机会。1994年，生物芯片的研究在一些国家已经如火如荼，而在中国还是一片空白。程京曾经与自然科学基金委员会生命科学部主任强伯勤院士谈论起此事。但生物芯片的研究毕竟需要大量的经费支撑，程京于是将第一步选在了美国。
----在位于费城的宾夕法尼亚大学，程京投师于医学院教授、英国皇家病理学院士、生物芯片开拓者之一彼得・威尔丁教授门下，开始了生物芯片领域的研究。
----生物芯片技术目前被科学界公认为应用前景最好的DNA分析技术之一。按照专家们提供的一个十分拗口的定义，“它是将生命的化学过程转化为一种静态形式”；对这种形式的表现结果用计算机进行分析，便可以监视特定基因的变化。根据科学家的设计，芯片中的DNA可以用化学方式识别真正的基因，其精确程度相当高，甚至能够显示基因起作用的活跃度，以及它携带了何种突变。
----随着人类基因组计划在2000年6月份宣布取得重大进展，生物芯片的重要性正日益获得公认。在这一研究领域，基因芯片已经率先实现了商业化，蛋白芯片则极具发展潜力。举例说，人们在求医诊病时须臾不可离开医院的检验部门，而今后完全可以用一个“便携式芯片实验室”来取而代之。这种专门的芯片能够胜任生命科学和医学研究中所涉及的三个典型步骤，即样品处理、化学反应和结果检测与分析，而且这一切都是在一个无污染、全功能、微型化的环境中完成的。程京介绍，这样的芯片甚至可以植入人的体内，并通过因特网与医院相连接。
----1996年，程京与在美国进行访问研究的清华大学生物科学与技术系教授、博士生导师周玉祥不期而遇。宾夕法尼亚大学的生物芯片实验室正是一派欣欣向荣的景象，多年研究生物膜和膜生物工程的周玉祥感叹：“我感觉它将发展成一个极大的产业。”作为清华大学自己培养的生物学专家，周玉祥有一种直觉。他建议程京给校长写封信介绍相关的情况。程京欣然照办。
----相对于实验室里的埋头研究，程京认为科研成果产业化更加重要：“一个国家强大与否，主要靠它的工业实力来体现，要把研究的东西造福于人，而不是简单地看发表了几篇文章。”
----“我在英国读博士的时候，从1989年开始，三年做了三个专利项目。”其中一个后来成为当地一家公司的第一个自有产品，也是他们借以上市的旗舰产品。“当时在材料和人员等方面的投入都很少，以‘便士’计，可他们每一套卖回来的钱是几十英镑。按照企业与学校签订的条例，每次给学校的专利使用金超过一定数目，就要按商定比例付给专利发明人。他们定期给我寄支票。”
----当然，和产品的市场价值相比，程京的所得微乎其微。在美国，程京经受了更为强烈的震动。“我工作的那家美国公司规定，每个博士每年要做出三个专利供企业生产。我们做的是纯粹的研究，他们来进行市场开发；成果出来以后和发明人完全没有关系；即使我们要用，也必须付钱。”程京在美国做出了17个专利项目，“没有一项是属于自己的”，其中也包括令他声名大噪的微缩芯片实验室。和大多数中国在海外的科研人员经历的一样，程京开始辗转反侧。
----以生物芯片为核心的各相关产业正在全球迅速崛起，发达国家已经开始争先恐后有计划、大投入地对这一领域中的知识产权进行跑马圈地式的保护。根据程京提供的估计数字，在今后5年之内，应用生物芯片的市场销售将达到200亿美元左右。《财富》杂志甚至刊登文章称：“微处理器使我们的经济发生了根本的变化，给人类带来了巨大的财富，改变了我们的生活方式。然而，生物芯片给人类带来的影响可能会更大。”那是1997年的春天，生物芯片在中国国内依旧是空谷足音。
----事关重大。同年，中国驻美大使馆提议国内召开了决定科研领域重大方向的北京香山会议，专门讨论生物芯片的研发事宜。和以往不同，会议第一次把众多科研领域的专家召集一堂。作为被邀请的三位海外专家之一，程京也到会发言。他提供了这样的数据：“美国硅谷8000多家与集成电路和计算机相关的高科技企业1998年的营业额达到2000亿美元，相比之下，北京中关村创造的利润要低得多，因为我们计算机的CPU用的是洋芯片。如果说计算机行业已经是既成事实，那么在迅速崛起的生物芯片领域，中国需要发展具有自主知识产权的技术。”
----回国一事因而有了足够的铺垫。“既然想做，就要好好地运筹规划一番。”香山会议后，程京花了一年多时间在国内推销自己的想法，再把想法变成现实――一方面是筹建生物芯片研究与开发中心， 一方面是吸引风险投资组建公司。
----清华大学接受了当时年仅35岁的程京。学校为生物芯片的研究立项，研究人员则由程京挑选。在当年朱自清流连忘返的荷塘后面的老教学楼里，一个废弃的复印室成为清华大学生物芯片研发中心暂时的办公地。
----学校拨给中心275万元启动经费，并从1999年开始拨款2500万元，为期三年。“钱是再多也不嫌多的，美国到目前为止已经投入了20亿美元，最近又要投资10亿用于纳米技术发展计划。”而中国国家重点和重大项目拨款往往只有几百万元人民币。在海外生活多年的程京相信，西方的产业化操作模式是治疗科研贫血的良药。
----1998年下半年，施乐公司的有关人士找到程京，他们开始讨论组建公司的可能性。1999年3月，程京正式辞去美国的工作，成为清华大学教授、生物芯片研发中心主任。紧接着，一个中文名为“腾隆科技”的生物芯片高科技公司在美国注册成立。清华大学以8项专利技术的境外垄断使用权换回腾隆科技30％的普通股。程京作为清华大学董事席位的代表，同时兼任公司的技术总监。1999年10月底，公司从海外募集的第一轮风险投资500万美金全部到位。
----按照计划，公司必须在8个月之内把清华大学转让的技术进一步完善；再往后，是投入生产和进入市场。“腾隆科技”已经在美国租下了办公室、实验室和厂房。程京在中国和美国之间奔波往返，等待着实验室里的成果走进市场的日子。
程京简历
----1963年 生于北京
----1983年 毕业于上海铁道大学电气工程系
----1992年 在英国史查克莱大学获司法生物学博士学位。此后在英美几所大学做有关分子生物学的博士后研究
关键词：乒乓球；运动生物力学；研究方法；研究领域
中图分类号：G804.6文献标识码：B文章编号：1007-3612(2007)10-1381-03
随着现代科技水平的不断提高，运动生物力学研究手段与方法也不断地更新，研究内容和层次不断深入、系统，运动生物力学的研究方法在许多运动项目中有了广泛的应用，对于认识运动项目技术的规律和提高运动技术水平，起到了重要的作用。
对于运动生物力学的原理和方法在乒乓球运动项目中的应用，国内外已进行了许多研究，但已有的研究不够系统和深入，所用的运动生物力学研究方法比较单一，乒乓球专项化的运动生物力学仪器很少，对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面揭示得还不够全面或尚未揭示，对于运动器材、服装的研究很少。
近年来，国际乒联对乒乓球竞赛规则的三大改革，以及现代世界乒乓球技术的迅猛发展，都要求我们要借助于科技的力量和手段，更加全面地、深刻地认识乒乓球运动的规律，不断地更新观念，技术上不断创新进步，训练方法上要更加科学合理，以促进乒乓球运动的发展。本文根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求，对运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域和研究方法的发展趋势进行展望，以期对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，为运动生物力学如何更好地结合乒乓球专项特点为乒乓球运动实践服务提供借鉴。
1运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域的展望
从运动生物力学角度来看，乒乓球运动是通过乒乓球和球拍位置的变化（平动和转动）与运动员机体的活动相结合的一项运动。运动员的击球动作使球拍和球碰撞后，击出的球以一定的动量、动量矩落到对方台面，与台面发生碰撞，反弹后再与对方的球拍相碰撞。归纳起来，乒乓球项目中的运动包括：运动员的运动（动作技术）、乒乓球在空中的运动（速度、旋转、弧线）、乒乓球的碰撞运动（乒乓球与球台或球拍碰撞）。对乒乓球这三个方面的运动生物力学研究分析需要一定的设备仪器与方法。与乒乓球运动相关联的还有球、球台、球拍等器材以及运动员的服装。
以往对乒乓球运动的运动生物力学研究在上述方面已进行过一定的研究，但对于乒乓球与球台或球拍碰撞的原理、乒乓球飞行的运动状态、乒乓球动作技术原理等有些方面尚未揭示，或揭示得还不够全面，对于运动器材、服装的研究很少。根据运动生物力学和乒乓球运动的发展趋势，运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究领域，可以预计运动技术研究仍将会占较大比例，同时，在全民健身、运动医学、康复医学、运动器材、服装及实验仪器设备等方面也会开展研制。具体可以开展以下几个方面的研究：
1） 动作技术诊断；
2） 乒乓球与球拍碰撞、与球台碰撞的研究；
3） 对乒乓球拍运动的研究；
4） 乒乓球拍、乒乓球运动鞋的研制与优化；
5） 乒乓球运动员肌肉、骨骼力学特性的研究；
6） 乒乓球专项测试仪器的开发；
7） 乒乓球运动员损伤机理和预防的研究。
2运动生物力学研究方法在乒乓球运动中的应用与展望
按研究方法划分，运动生物力学应用在乒乓球运动中的研究大体可分为两类: 一是力学理论研究方法，二是实验研究方法。两者应当紧密结合，才能使运动生物力学更好地在运动实践中应用。
2.1运动生物力学的力学理论研究方法在乒乓球运动项目中的应用与展望该研究方法因为是通过模拟手段对人体运动仿真，一般包括5个步骤：1) 确定运动恃征，建立目标函数；2) 选择模型确定刚体的自由度；3) 建立动力学模型（拉氏方法、Kane方法、雅各宾法等）；4) 实测已知数据并求解；5) 根据求解结果解释运动规律，这一步骤是将求得的数学规律化为体育运动语言对运动技术进行合理的指导。
纵观运动生物力学在乒乓球运动中应用的现状，可以看到，以往用的最多的是运用力学原理对一些现象进行解释。而利用力学理论研究的方法却很少。根据此研究方法，可以对乒乓球中许多问题进行研究。
如对于乒乓球运动员的伤病的研究，至今还没有在击球过程中对腕、肘、肩关节、颈椎、腰椎等的关节力和力矩的定量分析，而对其认识有助于对乒乓球运动员运动损伤的认识和预防。可以利用力学理论研究的方法对关节力和力矩进行推算。以计算上肢各关节的关节力和力矩为例。首先确定乒乓球运动员击球过程中上肢的运动特征。二、建立上肢模型，整个上肢可分为上臂、前臂和手（包括器械）三个部分，根据上肢实际的生理结构和以往生物力学建模的经验，可将人体上肢简化为3刚体7自由度的物理模型。三、运用多刚体系统动力学理论中的Kane方法，建立系统运动学和动力学方程，四、通过摄像的方法获取上肢的运动学参数以及郑秀媛公布的人体环节参数，求出腕、肘、肩关节的关节力和力矩。五、根据关节力和力矩对乒乓球运动员的伤病进行认识。
2.2运动生物力学的实验研究方法在乒乓球运动中的应用和展望运动生物力的实验研究方法在乒乓球运动项目中应用现状是，动力学研究几乎没有，运动学测试也不多，所运用到的生物力学仪器很少。所以实验研究方法在乒乓球运动项目中有极大的发展空间。
2.2.1常用的生物力学仪器将在乒乓球项目中的广泛应用许多已经在其他专项中运用较为广泛的生物力学仪器在乒乓球运动项目中尚未广泛使用。比如，三维测力台，肌电仪，足底压力鞋垫。
三维测力台可以反映地面对人体的反作用力。运动员击球的力最终是通过人体蹬地面，同时地面给人体的反作用力而实现的。而对乒乓球运动员地面反作用力的动力学特征的描述至今尚无。
通过在运动员的鞋子里放上压力鞋垫，可以得出在移动过程中，脚底压力的分布图，可以为乒乓球运动员鞋子的设计提供参数。
通过肌电仪可对完成某动作所参与的肌肉活动的强度和时间进行描述，确定主要的参与肌群。用在乒乓球运动员身上，就可以很清楚的知道完成某动作的肌肉用力顺序是什么，哪些是主动肌，哪些是被动肌，可为力量训练提供参考。
2.2.2开发乒乓球专项化、反馈快速化的运动技术测试仪器这是运动生物力学测试仪器的发展趋势，至今为止，在乒乓球界中尚无有此类测试仪器的研发成功。近年来其他运动项目共用运动学、动力学及生物学指标，测试仪器的质量、功能、效率不断提高，同时，某些运动项目专用的测试仪器不断出现。例如，体操项目单杠、双杠、高低杠、跳马、吊环的测力系统、赛艇多参数遥测分析系统、起跑蹬力测试系统、蹬冰力测试系统、游泳出发测力系统等。
其他专项的研究可为乒乓球专项化的测试仪器提供借鉴，比如考虑是否可以在乒乓球拍上安装加速度传感仪。随着科学技术的迅速发展，加速度传感器体积和质量都可以做到非常小，精度可以达到很高，此仪器可以实时监控球拍三个方向上的速度、加速度和角速度，并可据此推算球拍的受力情况，以及击打乒乓球后，球体获得的初速度。而对乒乓球拍的运动情况的所做的研究非常之少。
如果这些设想可以实现的话，将丰富乒乓球理论知识，对乒乓球运动的实践将会有快捷的帮助。
2.2.3多机同步测试的研究多机同步测试研究是运动生物力学研究的发展趋势。人体运动十分复杂，因此，多机同步测试方法对各项运动技术研究十分重要。由于多机同步测试研究需要的仪器多、经费多、时间长、技术人员多，而且多数动力学指标和生物学指标的测试在正式大赛中很难进行，所以，多机同步研究的报道较少。随着科学技术的进步和对运动技术研究的深入，多机同步测试研究将会得到较快发展。
对于乒乓球这项精密的运动，以往的研究多是从一维的视角来进行的，对乒乓球运动的生物力学的研究应朝着多维的研究视角发展。比如，将摄像系统和测力台系统同步的测试方法，综合运动学和动力学的数据对乒乓球运动进行更加深入、全面的认识。
2.2.4生物反馈技术将在乒乓球运动技术训练中应用运动生物力学测试中提供给运动员、教练员的技术动作的速度、幅度、方向、力量等指标数据，运动员在训练中很难掌握，如将测试的数据转换成声、光信号直接提示给运动员，表示其当前的动作是否达到了要求或某个范围，运动员接收到声、光信号后，便马上做出反应，调整动作的幅度、强度、速度等就容易得多。这方面研究在其他专项中已经取得了一定进展，例如北京体育大学金季春教授指导其博士生闫松华所研制的用于短跑训练的“测试鞋”，对每一步的着地时间和腾空时间进行实时监控，正朝着生物反馈的方向发展。
生物反馈技术在乒乓球运动技术训练中的应用也是乒乓球运动项目生物力学发展的趋势。
2.3将力学理论研究方法和实验研究方法紧密结合是运动生物力学在乒乓球运动中应用的研究方法的发展趋势力学理论研究方法的基础是经典力学理论，并应用它解释分析生物体运动及探索其运动规律。力学理论研究方法优点是能使研究工作更加严谨和深人，但由于模拟研究目标和对运动数学化描述的困难，这类研究难度很大，且研究结果与运动实践尚有一定的距离。所以力学理论研究方法必须辅之实验和经验，才能使它在实际应用方面的作用得以发挥，力学理论方法与实验测试方法两者应当紧密结合。前者提供了运动普遍规律，对分析有理论指导意义，后者是理论研究与实际应用的桥梁，能使研究更好地为运动实际服务。实验研究方法，通过各种实验手段，测试记录体育运动过程，并以此作为依据，结合经验，对运动技术进行分析对比，从而提出改进技术的意见和建议。这种研究方式是以具体运动员的具体动作作为研究对象。
实验通常用高速摄影、录像、测力台测得运动学和外力参数，用肌电测试仪测得人体内力参数，然后通过数据处理和分析，来诊断运动技术的优劣及动作的合理性。这种方法以实验手段为主，与运动实践联系紧密，能对运动员的技术训练直接施加影响。但由于该方法研究和实验的对象是具有个体特征的人，不可避免地造成对共性的运动规律研究的困难，从而使研究结论难以达到理论升华。因此实验方法必须和力学理论研究共同发展、相辅相成，才能使运动生物力学学科渐趋深入完善。
用理论力学理论研究方法和实验研究的方法对乒乓球运动进行运动生物力学的研究，将提供认识乒乓球运动规律的多维视角，会对乒乓球运动规律有更加深刻而全面的认识，进而可使运动生物力学更好地为乒乓球实践服务。是运动生物力学在乒乓球运动中应用的发展趋势。
3总结
根据乒乓球运动专项运动生物力学研究的现状、运动生物力学学科发展趋势、以及乒乓球运动发展的实际需求，运用多种运动生物力学的理论力学和实验研究相结合的方法，对乒乓球运动中的多个领域进行分析和研究，是运动生物力学在乒乓球运动项目中的研究发展趋势。
参考文献：
［1］ 国家体育总局《乒乓长盛考》研究课题组.乒乓长盛的训练学探索［M］.北京：北京体育出版社：2002.
［2］ 刘卉.上肢鞭打动作技术原理的生物力学研究［D］.北京体育院大学博士论文，2002.
［3］ 王向东，刘学贞，等.运动生物力学方法学研究现状及发展趋势［J］.中国体育科技，2003 (2)：15-18.
［4］ 忻鼎亮.运动生物力学的力学理论研究方法［J］.体育科学.1994（4）：37-40.
大山里走出来的生物学家
1957年3月出生于房县城关镇的邓子新，从贫困山区的农家孩子到名牌大学的教授，从农村青年到蜚声海内外的分子生物学专家，邓子新以他的勤奋和执着，走出了一条自强不息、勇攀高峰的成功之路。
1977年恢复高考，邓子新以优异的成绩考入华中农学院，成为生化系微生物专业的大学生。1982年，邓子新入了党，并以优异成绩毕业。后经人推荐，他拜师在世界链霉菌遗传系研究中心霍普伍德先生的门下。邓子新在英国没有辜负祖国、老师对他的期望，发现了链霉菌启动子在大肠杆菌中能起作用，揭示了链霉菌异源基因表达和调节的新内容，赢得霍普伍德先生的信任和欣赏，破例让他立即到东英大学注册，提前转攻博士学位。邓子新只用三年半时间，完成了别人六年才能完成的学业。1987年5月，他顺利通过博士论文答辨，戴上了英国皇家博士帽。
1988年5月，邓子新携妻子一起回到祖国。回国后，他结合国内的实际情况，在重视和强化自己基础研究能力的前提下，重点开展了应用基础性研究，中心课题是丝状细菌链霉菌抗生素生物合成的遗传学，但他们的研究进行得很不顺利。
邓子新早在英国时就对分子生物学很感兴趣，并在实验中发现一些细菌的DNA发生了降解，而另一些细菌的DNA则不降解。整个DNA的提取、电泳等过程都是一个人操作的，在同样的环境、操作方法和实验条件下，为什么不同生物来源的DNA会出现降解特性完全相反的差异呢？他很快发现，自己的新发现得不到同行的认可，一方面由于解答质疑总要花上一年半载，另一方面太新的想法容易被人看成是在“忽悠”经费，所以往往申请了也白搭。
邓子新还是个多面手，在微生物分子遗传学、抗生素药物代谢工程和化学生物学领域，发展了一系列重要抗生素产生菌的体内外分子操作技术，设计了一系列新抗衍生物，取得了一批抗生素基因簇或其药物衍生化合物的专利。虽然这些工作使他陆续获得了不少经费支持，但他一直“痴心”的这个DNA降解之谜却得不到经费支持，不得已，他就从自己的其他项目“借用”资金，国内做不成的实验，就通过国际合作来解决。
1997年，邓子新和同事已经将有关基因分离出来，分析结果显示，这些基因编码的蛋白质与硫有关。但当时他们第一次拿到DNA上存在硫修饰的证据，那时还没有遗传学、生物化学、尤其是没有化学分析的最终证据，难以服众。
2000年，上海交通大学创办Bio-X生命科学研究中心，邓子新在此中心组建了微生物遗传学团队，并从武汉来到了上海。交大看重他们的研究，给他们提供了较好的工作条件和启动经费，这无疑是项目得以顺利展开的最好催化剂。
2003年，他着手申请国家自然科学基金委的重点项目，然而答辩没有通过，说明认可的程度很低，但基金委认为这是一个有潜力的项目，因此以提供基金委生命科学部主任基金的方式给了他一笔30万元的资助。这是在非共识的情况下得到的经费，邓子新很感动，因为这毕竟是对他挑战常规的一种鼓励。
DNA骨架上第一种生理修饰之谜被破解
2007年，邓子新与其科研团队在这个原创性新领域不断努力，有一种被用作药物的DNA修饰物，原本一直是科学家在实验室中合成的，现在，中美科学家共同发现，原来细菌早就会干这件事——5种酶合力，能将硫掺入到DNA骨架中。这种被称为磷硫酰化的DNA修饰，是迄今在天然DNA骨架上发现的第一种生理修饰。
邓子新领衔的实验室与美国麻省理工学院合作，成功解析DNA硫修饰精细化学结构为“R-构象的磷硫酰”的研究成果《细菌DNA大分子上的磷硫酰化》，发表在《自然》系列之《化学生物学》网络版上。这是迄今为止在天然DNA骨架上发现的第一种生理修饰。
“这一发现，再次证明大自然蕴含无穷神秘，人类会做的事情，它早就会做了。”邓子新表示，天然DNA骨架上磷硫酰化的发现无疑构成了对DNA结构又一新的补充，如同甲基化的修饰导致了一系列新的发现一样，DNA磷硫酰化的发现将产生分子生物学领域新的“信息”流，并打开一个新的学科领域。
有关专家认为，这个新领域刚刚打开，众多研究内容的延伸可能形成一系列新的跨越不同学科的研究生长点。比如透过DNA磷硫酰化修饰找到全新功能的核酸酶，用细菌来合成磷硫酰化寡核苷酸用于生物化学和基因治疗等，都将具有重大的生物学或生物工程学意义。
期待陆地海洋领域学者一同“下海”
“陆地微生物的多样性成为天然药物的第一宝库，那么海洋就是生物多样性的第二宝库。”中科院院士邓子新如是说。“共生是海洋低等生物繁衍和生存的保障。”
随着探索和研究的进行，越来越多的化学和生物证据提示，海洋低等生物中分离的天然产物其实是由共生微生物直接或间接产生的。“我们甚至可以这样说，与海洋低等生物共生的微生物，才是许多海洋药源天然产物的真正制造者。药物产生是生物共生的需求，也是人类资源的外延。如果能够从海洋共生微生物入手，找到或克隆出相关化合物的生物基因簇，那么就可以解决药源限制的瓶颈问题，从而促进海洋药物的发展。”
我国的海洋共生体研究及海洋药物研发还处在初级阶段，存在着很多的不足和限制。对此，邓子新认为，应该鼓励陆地微生物学和化学生物学家“下海”，加强对海洋共生微生物代谢产物和功能基因簇的克隆。针对样品采集过程中各自为政、重复研究而造成资源浪费甚至破坏的情况，邓子新建议，“强化海洋生物采集技术与设备的投入，提高采集效率，同时统筹规划样品采集的利用和保护，加强相互协同，并且借鉴陆地微生物，如放线菌的研究经验，优化和完善整个体系的研究”。
由于99.9%以上的共生微生物还不能被分离培养，同时海洋微生物都是未经驯化的野生菌，因此药源制备非常费力，难以规模发酵。对于野生型微生物的特点，邓子新也有独特的理解，他认为，可以优化培养装置、发酵与代谢调控技术，或者利用分子生物学技术，将其“驯化”为易于遗传操作、发酵性能良好的微生物药物工业产生菌。
目前我国从事海洋药物研发的单位非常有限，主要集中在北京、上海、广州、青岛等几个城市。邓子新表示，期待国内外陆地和海洋领域的学者能够共同加入，利用学科交叉的优势，协同作战，共同促进我国海洋药物的进一步发展。
近几年来，我国在抗生素药物基础研究方面的优势不断增强，研究机构有高等院校、科研院所，覆盖面非常宽，研究的跨度也很大。抗生素产业涉及到各个部门，从学科来讲涉及到上中下游，从产业来讲，企业也有强烈的愿望。政府、科研机构希望通过各种不同的机制能够推动基础研究和产业发生互动。任何一个研究机构在目前的情况下都很难包打天下，从原始资源一直做到优产资源，所以我们希望资源与技术对接，基础与产业互动。在基础研究方面，通过国家建立的科研平台形成强有力的科研积累，研究人员与企业共同在生产过程中发现需求，通过资金投入、项目管理和科技政策的制定等等，促进有用资源的产业化。
自1999年以来，复旦校领导始终将人才国际化作为学校5大发展战略之一。截止至2007年底，复旦共引进校聘重要岗位以上高层次人才406人，其中直接从海外引进256人(包括非华裔外籍教授23人)，占引进人才总数的63％。在复旦入选的74位长江学者中，有43位是从海外直接引进的，占入选总数的58％，其中包括一位来自英国的全职非华裔长江学者特聘教授。
创新模式“筑巢引凤”
面对世界一流大学建设的挑战和国际人才市场的冲击，复旦引进人才的发展战略也跟随着经济一体化进入了全球化阶段。在此过程中，如何减少人才引进的风险，把好“选才关”，成为海外人才引进的关键。
2003年，复旦“全球公开招聘生命科学学院院长”的创新之举，在海内外引进了很大反响，整个招聘过程，从信息、初选、通讯咨询、面试遴选、决策以至签约都严格按照国际惯例操作。此后，复旦还按照相同的公开程序相继成功地招聘了微电子研究院、药学院等学院院长。
副校长陈晓漫认为，以国际视野寻觅英才，首先就要做到视野全球化、程序国际化。据介绍，为及时掌握世界科学前沿人才信息，复旦专门建立了囊括数千个候选人的海外人才储备信息库，并保持与海外校友的广泛接触，尽可能地拓宽人才选拔的渠道。
近年来，复旦还逐步引入“海外专家独立评审机制”，目前已经建起了由400多位海外独立评审专家组成的“专家库”。在长江学者、特聘教授以及符合条件的学科引进人才评审中，都启动了海外评审机制，通过“第三方”的力量，更客观地评估引进人才的学术水平。
除了准确评估海外人才的专业水平和学术地位外，人才引进成功与否的关键还取决于其个人事业发展与学校整体战略发展的结合程度，取决于人才引进模式的创新程度。为有效吸引人才，复旦“筑巢引凤”，创造性地实施了“哑铃”模式、“球琏”模式、“海外创新团队”等富有特色的人才引进模式，从而吸引了大批优秀海外人才的“加盟”。
“哑铃”模式。即允许引进人才国外国内两头兼顾，如采取特聘讲座教授的形式，从国外引进一大批高层次人才，以实现高智力人才的资源共享。复旦长江讲座教授金力就是从最初的“哑铃”模式过渡到全职院长、现任副校长的成功范例。
“球琏”模式。即通过引进一位学科带头人，并以其为主，相继引进一批学术骨干。如我校从海外引进封东来博士作为复旦特聘教授、学科带头人。此后，又由他牵线搭桥，从海外先后引进乔山博士、李世燕博士和陈焱博士，从而形成一个结构合理、学术方向互补、创造力很强的研究团队，使复旦强关联物理学科的研究实力跻身于国内高校前列。
“海外创新团队”模式。随着学科间的交叉、集成、融合的频繁，跨学科合作、攻关日益增多，复旦也开始探索由“海外个体”人才引进向“海外团队”人才引进转变。2003年引进以陈俊为首的5人“脑损伤研究”创新团队，2004年引进以陈吉泉为首的8人“生态学”创新团队，2005年初，引进以陈跃为首的7人“公共卫生”创新团队，2006年引进以约翰・哈斯勒(John Hassler)为首的4人“经济学”创新团队等。这些尝试，都使复旦在跨学科、跨国界的人才资源重组上开创了可喜局面，而且推动了相关学科的快速发展。
创新环境“保驾护航”
引贤入校，还需诚意留才。为给高端人才一片成长沃土，复旦从校领导到人事处，都尤为重视海外引进人才软环境的建设。
组织保障：复旦专门设立了人才引进领导小组，由王生洪校长亲任组长，并在人事处设立人才引进办公室，全面负责、协调人才引进工作。
政策配套：学校制定了复旦特聘教授(冠名教授)、高层次人才引进等一系列政策方案和操作流程。为简化引进程序，加快人才引进的工作流程，学校于2005年度启用了引进高层次人才的快速通道，实行分类准入机制，对国际知名学者、国家级专家，海外著名学府以及“985”重点高校重点学科的同级职务聘任等，实行“简单聘任程序”。
服务到位：为引进人才、特别是全职引进人才解决后顾之忧，除人才引进办公室积极开拓思路，提供全方位服务，营造优质高效的服务软环境之外，人事处还会同学校其他各职能部门，想方设法及时解决引进人才在教学、科研、生活中遇到的实际问题。
真诚相待：科研是艰辛的，一个微小的发现往往要经过漫长的过程，“跬步千里，需真心以待、宽容支持”，这是许多海外引进人才共同的心声，而复旦读懂了他们的心声。
数年前的一个春节，复旦校友、英国剑桥大学贺鹤勇博士回上海过年。大年初四，复旦党委书记秦绍德得知这一消息后，即刻安排与贺博士会面交流，诚意抛出“绣球”，这位高端人才最终“扎根”复旦化学系，并顺利人选第二批长江学者特聘教授。
2007年新当选为中国科学院院士的赵东元教授在谈起回国历程时，也时常感慨复旦对他的知遇之情。当年，在校领导和时任化学系系主任的范康年教授的大力支持下，在最短时间内，为其尽快开展科学研究创造实验条件。
“复旦效率，让我都来不及有其他的想法就急于想飞回来了。”近几年频获长江学者特聘教授、联合国教科文组织青年科学家奖、中国青年科技奖殊荣的封东来教授说，当复旦大学找到他的时候，他刚从斯坦福大学博士毕业，复旦马上启动了引进工作程序，特事特办，在短时间内为其办好了各种手续。
“留学生回国天地宽”，是封东来更为深切的感受，在美国和他同龄的很多同行也许根本没机会遇到和他同样多的机遇。最让封东来感动的是，初进复旦的前3年中，由于大型实验设备建设有个过程、科学研究也有其自身的客观规律等因素，封东来没有急于，而学校一如既往给予了他强有力的支持。第四年，厚积薄发的他在国际物理的权威杂志PRL上连续发表了一系列论文，引起了国内外物理学术界的广泛关注。
以最大的诚意、倾全校之力为引进人才创造好的人文环境，这既是时展的要求，也充分彰显出尊重知识、尊重人才、尊重科学创新能力的复旦精神。
创新平台“人尽其才”
用才更甚于引才，对许多海外引进人才来说，他们最关心的始终是“我的舞台有多大”，而对于引进他们的学校来说，最关心的也是“他们能发挥多大的作用”。为实现双赢，复旦创新思路，积极吸纳国际先进管理经验，探索建立科学化的管理运行机制，以“学术创新特区”作为吸引人才、促进人才发展的“试验园”，为海外引进人才搭建起了一个又一个事业发展的平台。
2001年，复旦以海外引进人才许田、韩珉、庄原作为共同负责人，建立了发育生物学基地，采取首席科学家负责制管理模式，由首席科学家自主选择研究项目，组建课题组，并充分享有在用人、分配和奖励方面的自，开辟了复旦首个“学术创新特区”。
从德国海德堡大学引进的金寿福博士从事的是“埃及学”研究，为了发展这门学科，2003年10月，复旦成立了复旦大学埃及研究中心。这是国内第一个埃及学专业的研究机构，不仅为金寿福博士本人事业的发展提供了一个广阔的平台，而且填补了复旦在埃及学研究方面的空白。
复旦还将重点建设的“985”二期重大科技创新平台、基地，作为“人才资源管理创新特区”，以更大力度的体制和机制创新增强对海外优秀人才的吸引力度。复旦启动的首个科技创新平台一生物医学研究院，其首批签约的就有12位从海外直接引进的研究负责人。
近年来，复旦从海外引进的高层次人才为学校带来了令人振奋的可喜成果，扩大了学校的学术影响力：
两位海外引进人才担任国家“973计划”项目首席科学家，一大批海外引进人才作为负责人承担国家“863”、“973”子课题及国家自然科学基金等重大科研项目；多位海外引进人才在《科学》、《自然》、《细胞》等国际综合和专业学术期刊上发表重要学术研究成果；5位海外引进人才荣获国家自然科学奖二等奖、国家科技进步二等奖；数位海外引进人才指导的博士论文入选全国百篇优秀博士论文、指导的学生项目荣获全国“挑战杯”特等，一等奖等。
【关键词】DNA遗传算法；型遗传算子
DNA计算中的DNA是重要的遗传物质携带着生物体的所有遗传信息，而遗传算法也是采用生物的遗传信息进行操作的算法，其不同是DNA计算是实验室中进行的而遗传算法是在计算机上编程进行的，将二者混合使用可以使遗传算法在生物的遗传调控机理中更深层次的进行模拟，从而使遗传算法的计算性能得到进一步的提升。由于遗传算法的优越性和良好的性能，将其混合到DNA计算中可以突破其计算的局限性[1]【2】。因此学者开始对该混合的DNA遗传算法进行深入的研究，并取得了一定的成果。本文是在前人研究的基础之上，对遗传算法和DNA计算的混合使用中的算子进行了深入的研究。
1.算法中改进的新型算子的提出
1.1 改进算子中的采用技术
受到DNA分子结构的启发，本文将用DNA的四种碱基对问题的潜在解进行编码，由于DNA的编码方式不能直接被计算机处理，本文将使用二进制表示的数0123对碱基进行编码。在这种编码方式中，令0与鸟嘌呤相对应，1与腺嘌呤对应，2与胸腺嘧啶对应，3与胞嘧啶对应，并且0、1、2、3四个整数将采用二进制的形式进行表示。为了在在编码中实现简易的数学和逻辑操作，将二进制数中的第一位作为区分嘌呤和嘧啶的编码位即0代表嘌呤而1代表嘧啶。同时与互补碱基对对应的代码也呈现互补关系，如碱基对C和G互补组合由0（00）与3（11）构成，而1（01）与2（10）构成的A和T碱基对。这样的互补配对关系，有助于新操作算子的设计。
下面是以上面的编码方式为依据的一个n维的最小化问题：
示长度为的四进制数字串，单个个体的编码长度为，每个变量编码精度由求得。
DNA-GA与遗传算法用二进制进行计算编码时的解码方式相似。其均是以n维十进制向量的形式对个体进行解码，其中：
上公式中的为整数串中的第维第列的数字。因为变量取值范围的不同，所以按比例将变量进行转换，这样就可以得到对应问题的解。
按照这种模式进行编码，就可以引入更多的基因操作到遗传算法中，这样就可以设计算法效率更高更有效的算子。
本文所采用的适应度函数和选择算子是原遗传算法中所采用的，这里就不再赘述。
1.2 改进的新型算子
1.2.1 交叉算子
交叉操作是遗传操作中的重要的生物信息遗传操作，故本文对现有的交叉算子进行了改进，在其中加入了DNA计算中的生物操作技术，形成了新的算子。
（1）移位交叉算子
移位交叉的父体为一个，操作过程如图1所示。移位操作是移换个体中的碱基子序列。设父代的基因为ATCGGTACAT，在父代中随机选取一段子序列，这段子序列所包含的碱基数目和所选碱基的位置也是随机选定的。然后将该段子序列移动到一个新的位置，形成一个新的个体。移位交叉算子的执行概率为。如所选子序列是CGGT将其移动到C的后面形成新的个体。
（2）对换交叉算子
对换交叉操作在两个随机配对的个体之间进行，操作过程如图2所示。首先在优质的群体中随机挑选两个个体作为对换交叉操作的父体。然后在两个父体中分别随机选取一段碱基序列，且命名这个碱基序列为转座子。如图2，在两个父体中随机选择两段个数相同的碱基序列，交换这两个父体所选中的碱基序列，形成新的个体。对换交叉操作的执行概率为。
（3）抽换交叉算子
抽换交叉操作是需要从种群中选取两个个体作为父代。而抽换交叉的目的就是改变个体之间的相似性，因此该操作中所选的父代不是随机的，而是选择两个相似的个体。首先在适应度较好的优秀种群中随机选取一个个体作为父代之一，在随机选取两个个体作为候选父代。然后通过对比候选父体与已知父体的相似度，选择与已知父体更相似的个体作为抽换交叉操作的另一个父体。操作过程如图3所示。抽换交叉算子的执行概率为。
以上三种算子，都可以对单个的DNA序列进行操作，而且各有特点。但是同时执行三种算子将大大增加计算复杂度。本文将对换算子作为基本的交叉算子，移位算子和抽换算子则依据概率执行。
1.2.2 新型变异算子
与以往的同变异算子不同，本文所提出的变异算子是以生物体内的DNA转录成RNA并且通过其配对的反密码子决定蛋白质肽链的合成过程，并且计算在反密码子中各个碱基所出现的概率，然后用低概率替换高概率或者高概率替换低概率的最大最小变异算子，最后形成新的DNA分子。生成一个新的个体。其变异概率为。其过程如图4所示。
2.新提算子的运算步骤
步骤1：在运行算法之前，先对算法中所涉及到的参数进行设置，如种群大的大小、终止阙值、最大进化代数和所改进新型算子的运行概率，普通变异概率等。
步骤2：随机产生size个个体，组成初始种群，并将当前的进化代数设置为1.
步骤3：对个体进行编码串解码，求出各个个体的适应度值。
步骤4：按照适应度值的大小将种群中的个体分为高适应度个体和低适应度个体，令交叉后产生的新个体数为Ncnew，并且从第一代交叉算起，不交叉时Ncnew为0。
步骤5：对种群中进行交叉操作，选择个体为父代个体，按其随机产生的概率数与交叉。
概率、，进行比较，所产生的随机数小于哪个交叉算子的概率就执行哪个交叉算子，最后产生新的个体，并且此时产生的新个体数为+1。
步骤6：对经过交叉操作产生的个体以概率进行变异操作。产生新个体。
步骤7：对经过交叉和变异操作产生的个体用精英保留选择机制进行选择保留，选出适应度大的个体，此时进化代数加1.
步骤8：判断是否终止运行，其判断条件是最大进化代数或者是最大进化代数的阙值。满足就结束，输出结果；否则返回步骤3继续进行。
3.实验测试
为了测试出本文所提出的DNA遗传算法的有效性和搜索性能，从以往的文献中选取了两个具有代表性的无约束的函数作为测试函数。本文使用改进的DNA遗传算法求解从文献中选取的测试函数，它们的局部最优点较多，欺骗性很强，一般的算法不易求解到这两个函数的全局最优点。其中，的最优解为3600，在点（0，0）处取得，而的最优解在点（0，0）处取得。
将这两个函数分别用未经过改进的遗传算法、基于进化策略的遗传算法（EGA）[3]和本文所提出的新的混合DNA遗传算法（DNA-GA）进行求解，并将所得到的结果进行比较，三种算法的种群大小均为60，当最大的进化代数时终止运算。
为了对三种算法都进行比较，在三种不同的算法下每个函数都运行了50次，三种算法的对比结果如表1、表2所示。
综上所述，可以发现，本文所设计的遗传算子对提高DNA遗传算法的搜索性能有了很大的作用。对于和两个函数而言，新型的变异算子在算法求解问题的收敛速度等方面提高比新型的交叉算子作用更大，因此将两种新型的算子配合一起来使用，可以进一步提高DNA遗传算法性能。
4.结束语
本文在前人研究的基础前提之上，对已有的算法进行了改进与创新，通过实验函数的验证本文所设计的遗传算子对提高DNA遗传算法的搜索性能有了很大的作用。
但是本文所改进提出的新型算子还是只用于实验研究，需要进一步的使用实践来证明与改进。
参考文献
[1]余文，李人厚.一种有效地双向进化算法[J].小型微型计算机系统，2003，24（3）：527-530.
[2]陈霄.DNA遗传算法及其应用研究[D].浙江科技大学博士论文，2010.
[3]王四春.GP算法中适应度函数的光滑拟合与调整参数方法研究[J].自动化学报，2006（3）：23-30.
[4]陶吉利.基于DNA计算的遗传算法及应用研究[D].杭州：浙江大学博士论文，2007.
1高水平科研平台的建设
1.1高水平科研平台的建设
在教育部“985”工程专项基金支持的基础上，心血管内科投入大量人力和物力建设心电生理与心律失常实验室。在学科带头人的领导下，高水平科研平台建立并稳步发展。2012年，随着心电生理与心律失常实验室被评为广东省“十二五”医学重点实验室，也是当年心血管领域唯一的重点实验室，进一步促进了临床医学科研条件的建设和学科发展。通过制定实验室建设方案，增强实验室各项软件和硬件设施，优化人力物力资源，建立了一个集开放、协作和竞争为一体的高水平科研平台。
1.2构建临床医学科研平台
实验室包括:细胞膜片钳实验室、细胞培养实验室、生物化学与分子生物学实验室、动物实验室、倒置荧光相差显微镜实验室、学术交流办公室。各实验室有机结合，强大实验支持，加上良好的实验环境和医学科研条件，吸引了众多院内外优秀科研工作者，推进了科研项目的开展和顺利完成，促进了学科之间的交流和协作，有利于相关学科的建立和飞速发展。
1.3配置先进的实验室仪器设备
目前，实验室已经积累了总价值约2000万元的先进仪器设备。包括:(1)生物化学与分子生物学实验仪器:酶标仪、高效液相色谱仪、普通PCR仪、梯度PCR仪、荧光定量PCR仪、分光光度计、全自动凝胶成像系统、超声细胞破碎仪、超净工作台、高速冷冻离心机;(2)细胞实验仪器:细胞膜片钳设备、细胞压力加载系统、流式细胞仪、全自动磁珠分选仪、普通倒置显微镜、倒置荧光相差显微镜、生物安全柜、台式离心机;(3)动物实验仪器:离体心脏灌流装置、多导电生理记录仪、彩超相控阵探头、冷光单孔手术灯、体视显微镜、血管压力直径测定仪等。仪器设备种类齐全，形成了系统的研究体系，更好的服务于科学研究。先进的科研仪器设备，为科研工作者提供了必要的科研设施，能够基本满足科研工作对于科研仪器设备的需求。同时，这些专业的实验室配置有利于科研项目的申请和开展，促进了学科的建设和稳步发展。
1.4特色化实验室管理和发展
作为心血管内科高水平科研平台，心电生理与心律失常实验室的宗旨是服务于科学研究、人才培养和学科发展。为更好的尊承其服务宗旨，实验室建立了管理制度。对实验室科研档案管理、实验技术积累、实验室安全卫生保障、实验室仪器设备维护、科研实验收费等分别制定了详细规章制度，制定课题组之间定期交流机制，为实验室正常运作与稳步发展提供保障。同时，实验室实行以课题组为单位的负责制度，各课题组负责人(或导师)对各自课题组的经费使用情况、科研进度和科研成果的可靠性负责。这种运作模式，在保证研究课题独立性的前提下，有利于不同课题组之间、不同科室之间的交流与协作，利于科研水平的提高和学科发展。心电生理与心律失常实验室着重研究心血管疾病中的心律失常发病机制和影响，主要分为三个方向:心力衰竭与心律失常方向，心脏保护与心律失常方向和动脉粥样硬化与心律失常方向。为了促进上述研究方向的发展，实验室积极选派优秀人员出国留学深造。同时，邀请该领域与实验室长期合作、有影响力的专家为课题组成员，为研究提出宝贵的意见和建议。随着实验室临床医学科研条件的建设和各项科研项目的开展，实验室已建立了心律失常在细胞、离体和在体水平的系列研究方法，综合多道生理仪、膜片钳等专业研究手段和现代分子生物学技术，实验室已具备开展心电生理与心律失常实验的全部仪器设备和实验方法。
2强化科研积累和人才培养
2.1科研业绩沉淀，促进科学研究在医院重点学科发展经费的支持下，科室运用膜片钳技术，建立了心脏离子通道实验平台;构建心律失常的整体动物模型;建立离子通道在动物整体模型上的整合;利用细胞压力加载系统，在细胞水平上，研究心力衰竭离子通道的改变以及对心脏重构的影响。努力构建设备先进、种类齐全、操作规范、学术氛围浓郁的优秀实验室，为吸引优秀人才打下坚实的基础。同时，努力使实验室成为广东省乃至全国心血管研究方面的高级人才培育基地。心电生理与心律失常实验室的建立，为学科科研工作者提供了良好的科研条件和浓郁的学术氛围，为科研项目的申请和顺利开展奠定了坚实的基础。人才培养是实验室服务宗旨之一，2010—2012年，在实验室建设与稳步发展阶段，科室共招收了11名博士研究生和27名硕士研究生，已有27名顺利完成科研工作并取得相应学位。科室共申请并获得多项专利，发明专利有“便携式心内除颤装置”;实用新型专利包括电极导管、心脏起搏电极、数码临时心脏起搏器和下肢动脉造影标记尺。基础临床科研取得长足进步:获得7项国家自然科学基金项目，18项省部级科研项目，1项广州市科技名院名科特色项目，1项中山大学临床医学研究5010计划项目。其中，省部级项目中包括多项卫生厅科研项目。获批的项目中，既有心电生理方面，也有心律失常和心力衰竭方面的研究;既有基础研究，也有应用研究，学科影响力日益增强。
2.2依托平台建设，促进科研与人才培养良性循环人才是学科建设的根本，随着平台的建设人才辈出，科室获得1项教育部霍英东基金会项目，1项广州市珠江科技新星项目，3项“逸仙优秀医学人才”计划项目，2项中山大学青年教师培育项目，累计科研经费591．6万元。科室每年获批项目数、科研经费总额和SCI收录论文篇数及影响因子均呈递增趋势(见图1、图2、图3)。1人荣获中山大学博士研究生创新人才资助项目，2人荣获日本第一三共医药学奖学金。实现了实验室建设—科研项目—人才培养的良性循环，向全国培育和输送了高质量的心电生理和心律失常的专业研究人员。与其他科室相比，科室获得的人才培育项目居全院之首，且有1人荣获教育部博士研究生学术新人奖。学科着重培育广东省和全国优秀研究生，争创全国百优博士论文。
2.3促进学科发展，增强学科影响力在学科带头人的领导下，自2008年以来，心血管内科每年举办逸仙心血管病论坛。每年来自国内外心血管病方面的专家和学者达到500多人，会议论坛内容包括心律失常与心力衰竭分论坛和冠心病与高血压分论坛等。作为区域性的学术会议，意在立足广东，辐射华南，加强与国内外交流，给省内外心血管医生提供一个沟通、学习和交流的平台。近年来，随着心电生理与心律失常实验室的成立以及学科影响力的日益增强，以心电生理与心律失常实验室为科研和学术交流平台，学科的科研水平得到稳步提高。同时，学科建设得到长足稳定发展，参观和交流的人员来自全国各地。2011年，科室荣获广东省临床重点专科。临床医学科研条件的建设对于提高科研水平、加强学科建设、加速人才培养、增强心血管内科的综合实力都具有重要的意义。
3结语
