Indexing labeled graphs for pattern matching is a central challenge of pangenomics. Equi et al. (Algorithmica, 2022) developed the Elastic Founder Graph ($\mathsf{EFG}$) representing an alignment of $m$ sequences of length $n$, drawn from alphabet $\Sigma$ plus the special gap character: the paths spell the original sequences or their recombination. By enforcing the semi-repeat-free property, the $\mathsf{EFG}$ admits a polynomial-space index for linear-time pattern matching, breaking through the conditional lower bounds on indexing labeled graphs (Equi et al., SOFSEM 2021). In this work we improve the space of the $\mathsf{EFG}$ index answering pattern matching queries in linear time, from linear in the length of all strings spelled by three consecutive node labels, to linear in the size of the edge labels. Then, we develop linear-time construction algorithms optimizing for different metrics: we improve the existing linearithmic construction algorithms to $O(mn)$, by solving the novel exclusive ancestor set problem on trees; we propose, for the simplified gapless setting, an $O(mn)$-time solution minimizing the maximum block height, that we generalize by substituting block height with prefix-aware height. Finally, to show the versatility of the framework, we develop a BWT-based $\mathsf{EFG}$ index and study how to encode and perform document listing queries on a set of paths of the graphs, reporting which paths present a given pattern as a substring. We propose the $\mathsf{EFG}$ framework as an improved and enhanced version of the framework for the gapless setting, along with construction methods that are valid in any setting concerned with the segmentation of aligned sequences.


翻译:索引带标签图以进行模式匹配是泛基因组学中的一个核心挑战。Equi等人(Algorithmica, 2022)提出了弹性创始人图($\mathsf{EFG}$),它表示从字母表$\Sigma$(加上特殊间隙字符)中抽取的$m$条长度为$n$的序列的比对:路径描述了原始序列或其重组。通过强制执行半无重复性质,$\mathsf{EFG}$支持一个多项式空间索引,用于线性时间模式匹配,突破了索引带标签图的条件性下界(Equi等人,SOFSEM 2021)。在本工作中,我们改进了$\mathsf{EFG}$索引的空间:将回答线性时间模式匹配查询的空间需求,从与三个连续节点标签所拼写的所有字符串长度呈线性关系,优化为与边标签大小呈线性关系。然后,我们开发了针对不同度量优化的线性时间构造算法:通过解决树上新颖的独占祖先集问题,我们将现有的近线性构造算法改进为$O(mn)$;针对简化的无间隙设置,我们提出了一个$O(mn)$时间的解决方案,该方案最小化最大块高度,并通过用前缀感知高度替换块高度来推广。最后,为展示框架的多功能性,我们开发了一个基于BWT的$\mathsf{EFG}$索引,并研究了如何对图的一组路径进行编码和执行文档列举查询,即报告哪些路径包含给定模式作为子串。我们将$\mathsf{EFG}$框架作为无间隙设置框架的改进和增强版本提出,同时提供了在任何与比对序列分段相关的设置中有效的构造方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月30日
Arxiv
0+阅读 · 2023年4月28日
Arxiv
21+阅读 · 2021年2月13日
Simplifying Graph Convolutional Networks
Arxiv
12+阅读 · 2019年2月19日
VIP会员
最新内容
CVPR 2026教程:统一多模态模型走向收敛之路
专知会员服务
0+阅读 · 今天14:41
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
3+阅读 · 今天12:49
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:25
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
7+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
15+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
【论文】图上的表示学习综述
机器学习研究会
15+阅读 · 2017年9月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员