A common step at the core of many RNA transcript assembly tools is to find a set of weighted paths that best explain the weights of a DAG. While such problems easily become NP-hard, scalable solvers exist only for a basic error-free version of this problem, namely minimally decomposing a network flow into weighted paths. The main result of this paper is to show that we can achieve speedups of two orders of magnitude also for path-finding problems in the realistic setting (i.e., the weights do not induce a flow). We obtain these by employing the safety information that is encoded in the graph structure inside Integer Linear Programming (ILP) solvers for these problems. We first characterize the paths that appear in all path covers of the DAG, generalizing a graph reduction commonly used in the error-free setting (e.g. by Kloster et al. [ALENEX~2018]). Secondly, following the work of Ma, Zheng and Kingsford [RECOMB 2021], we characterize the \emph{sequences} of arcs that appear in all path covers of the DAG. We experiment with a path-finding ILP model (least squares) and with a more recent and accurate one. We use a variety of datasets originally created by Shao and Kingsford [TCBB, 2017], as well as graphs built from sequencing reads by the state-of-the-art tool for long-read transcript discovery, IsoQuant [Prjibelski et al., Nat.~Biotechnology~2023]. The ILPs armed with safe paths or sequences exhibit significant speed-ups over the original ones. On graphs with a large width, average speed-ups are in the range $50-160\times$ in the latter ILP model and in the range $100-1000\times$ in the least squares model. Our scaling techniques apply to any ILP whose solution paths are a path cover of the arcs of the DAG. As such, they can become a scalable building block of practical RNA transcript assembly tools, avoiding heuristic trade-offs currently needed on complex graphs.


翻译:许多RNA转录本组装工具的核心步骤是寻找一组加权路径,以最优方式解释有向无环图(DAG)的权重。尽管此类问题易变为NP难问题,但现有的可扩展求解器仅适用于该问题的一个基本无误差版本,即最小化地将网络流分解为加权路径。本文的主要结果表明,在现实场景下(即权重不构成流),我们同样能在路径查找问题上实现两个数量级的加速。这是通过在图结构中编码安全信息,并将其应用于这些问题的整数线性规划(ILP)求解器而实现的。我们首先刻画了出现在DAG所有路径覆盖中的路径,推广了无误差设置中常用的图约简方法(例如Kloster等人[ALENEX~2018]的工作)。其次,基于Ma、Zheng和Kingsford[RECOMB 2021]的研究,我们刻画了出现在DAG所有路径覆盖中的弧\emph{序列}。我们实验了一个路径查找ILP模型(最小二乘法)以及一个更新且更精确的模型。我们使用了Shao和Kingsford[TCBB, 2017]最初创建的多组数据集,以及基于长读长转录本发现前沿工具IsoQuant[Prjibelski等人, Nat.~Biotechnology~2023]从测序读数构建的图。配备安全路径或序列的ILP相较于原始模型展现出显著的加速效果。在宽度较大的图上,后一个ILP模型的平均加速比在$50-160\times$范围内,而最小二乘法模型的平均加速比在$100-1000\times$范围内。我们的扩展技术适用于任何解路径构成DAG弧的路径覆盖的ILP模型。因此,这些技术可成为实用RNA转录本组装工具的可扩展构建模块,避免当前在复杂图上所需的启发式权衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
18+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员