Μελέτη βιολογικών δικτύων με χρήση ενσωμάτωσης σε χώρους υπερβολικής γεωμετρίας

Μαστρόκαλου, Χαρά; Mastrokalou, Chara

dc.contributor.author	Μαστρόκαλου, Χαρά	el
dc.contributor.author	Mastrokalou, Chara	en
dc.date.accessioned	2022-03-23T16:52:34Z
dc.date.available	2022-03-23T16:52:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54999
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22697
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) "Επιστήμη Δεδομένων και Μηχανική Μάθηση"	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Ενσωμάτωση δικτύου	el
dc.subject	Υπερβολική γεωμετρία	el
dc.subject	Σύνθετα δίκτυα	el
dc.subject	Δίκτυα πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων	el
dc.subject	Υπερβολικός χώρος	el
dc.subject	Network embedding	en
dc.subject	Hyperbolic geometry	en
dc.subject	Complex networks	en
dc.subject	Protein-protein interactions network	en
dc.subject	Hyperbolic space	en
dc.title	Μελέτη βιολογικών δικτύων με χρήση ενσωμάτωσης σε χώρους υπερβολικής γεωμετρίας	el
dc.title	Analysis of biological networks via hyperbolic network embedding	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ανάλυση δικτύων	el
heal.classification	Network analysis	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-25
heal.abstract	Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η συγκριτική μελέτη τεχνικών ενσωμάτωσης δικτύων στον Υπερβολικό Χώρο. Στο πλαίσιο αυτό μελετάται και το δίκτυο πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων του Homo sapiens. Η τοπολογία των γράφων χρησιμοποιείται για την απεικόνιση, την ανάλυση και τη μοντελοποίηση των πραγματικών σύνθετων δικτύων, μεταξύ των οποίων συναντά κανείς βιολογικά, κοινωνικά και τεχνολογικά δίκτυα. Ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά των σύνθετων δικτύων είναι η κατανομή βαθμού άνευ-κλίμακας, τα φαινόμενα μικρού κόσμου, η ετερογένεια και η αυτο-ομοιότητα. Η ετερογένεια μεταξύ των στοιχείων ενός δικτύου συνεπάγεται την ύπαρξη μιας μορφής ταξινόμησης των στοιχείων αυτών, μιας οργάνωσης τους, η οποία μπορεί να χαρακτηριστεί ως ιεραρχική δομή. Ένα πεδίο στο οποίο επίσης συναντάμε αυτόν τον τρόπο ιεραρχικής οργάνωσης είναι ο χώρος της Υπερβολικής Γεωμετρίας. Από την ύπαρξη αυτού του κοινού στοιχείου δομής μεταξύ τους, προκύπτει ότι η Υπερβολική Γεωμετρία είναι υποκείμενη των σύνθετων δικτύων, και ταυτοχρόνως ότι τα δίκτυα που δημιουργούνται εντός του Υπερβολικού Χώρου παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ετερογένειας και ισχυρής ομαδοποίησης ως αποτέλεσμα της αρνητικής του καμπυλότητας. Αρκετά μοντέλα σχεδιάστηκαν για να μελετηθεί η δημιουργία και η εξέλιξη των σύνθετων δικτύων, βασισμένα στην ύπαρξη μιας υποκείμενης Υπερβολικής Γεωμετρίας που διαμορφώνει την δομή αυτών. Ένα εξ' αυτών των μοντέλων είναι το μοντέλο Βελτιστοποίησης Δημοτικότητας-Ομοιότητας. Σε αυτό περιλαμβάνονται δυο μετρικές, η δημοτικότητα των κόμβων και η ομοιότητα μεταξύ των κόμβων ενός δικτύου, τις οποίες το μοντέλο προσπαθεί να εξισορροπήσει κατά βέλτιστο τρόπο. Η γεωμετρική ερμηνεία των μετρικών αυτών αποτυπώνεται στην απόσταση μεταξύ των κόμβων στο υπερβολικό επίπεδο και στην απόδοση της πιθανότητας σύνδεσης αυτών, ως φθίνουσα συνάρτηση της υπερβολικής τους απόστασης. Πολλοί αλγόριθμοι για την ενσωμάτωση δικτύων στον Υπερβολικό Χώρο βασίζουν τη μεθοδολογία τους στο προαναφερθέν μοντέλο Βελτιστοποίησης Δημοτικότητας-Ομοιότητας. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, εξετάστηκαν ορισμένοι από αυτούς τους αλγόριθμους. Παρουσιάστηκαν τα πλεονεκτήματα και οι αδυναμίες τους, ενώ τα αποτελέσματα ενσωμάτωσης δικτύων αξιολογήθηκαν τόσο σε συνθετικά όσο και σε πραγματικά δίκτυα. Τέλος, στην περίπτωση του πρωτεϊνικού δικτύου αλληλεπιδράσεων του H.sapiens, η υπόθεση ότι η απόσταση μεταξύ κόμβων στον Υπερβολικό Χώρο έχει σημαντική επίπτωση στη δημιουργία δεσμών, ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας ως κριτήριο τη σημασιολογική ομοιότητα, ενώ αξιολογήθηκε και η ενδεχόμενη σχέση μεταξύ της υπερβολικής απόστασης και της λειτουργικής συσχέτισης πρωτεϊνών.	el
heal.abstract	The objective of this thesis was the comparative study of graph embedding algorithms in the Hyperbolic Space. In this context, protein-protein interaction network of Homo sapiens is also studied. Real complex networks, among which, one may encounter many biological, social and technological networks, take advantage of graphs' topology as the means for their visualization, analysis and modeling. Some often displayed commonalities of such complex networks are a scale-free distribution, small-world behavior, heterogeneity and self-similarity. The heterogeneity between the elements of a network implies the existence of some kind of taxonomy, as well a classification between groups and subgroups of those elements, that approximates a hierarchical tree-like structure. Another well known domain with hierarchical organization is the space of Hyperbolic Geometry. From that shared metric structure arises the fact that Hyperbolic Geometry underlies the complex networks, while at the same time, networks generated in the Hyperbolic Space display heterogeneity and strong clustering as a result of its negative curvature. Several models attempted to reproduce the evolution of these networks, given the existence of an underlying Hyperbolic Geometry shaping their structure. One of these models, is the Popularity-Similarity Optimization (PSO) model, that includes and optimizes the trade-off between two measures of attractiveness: node popularity and similarity between nodes. The geometric interpretation of these measures condenses in the distance between nodes in the Hyperbolic Space, while their connection probability is captured as a decreasing function of that distance. Subsequently, many algorithms for network hyperbolic embedding, some of which will be considered in this thesis, rely their methodology on the aforementioned PSO model. The advantages and limitations of these algorithms will be examined, and their embedding results will be evaluated in artificial and real networks. Lastly, in the case of the H.sapiens protein-protein interactions (PPIs) network, the idea that the hyperbolic distance has a significant impact on the formation of edges between nodes was examined using semantic similarity as a criterion, while the potential association between closeness in the Hyperbolic Space and functional relevance of proteins was also assessed.	en
heal.advisorName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Βαρβαρίγου, Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Καρυώτης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	false