算法高级（40）-基于分治算法完美解决的人类基因组计划

一、人类基因组计划

人类基因组计划（英语：Human Genome Project, HGP）是一项规模宏大，跨国跨学科的科学探索工程。其宗旨在于测定组成人类染色体（指单倍体）中所包含的30亿个碱基对组成的核苷酸序列，从而绘制人类基因组图谱，并且辨识其载有的基因及其序列，达到破译人类遗传信息的最终目的。

“人类基因组计划”在研究人类过程中建立起来的策略、思想与技术，构成了生命科学领域新的学科——基因组学，可以用于研究微生物、植物及其他动物。人类基因组计划与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划，是人类科学史上的又一个伟大工程，被誉为生命科学的“登月计划”。

选择人类的基因组进行研究是因为人类是在“进化”历程上最高级的生物，对它的研究有助于认识自身、掌握生老病死规律、疾病的诊断和治疗、了解生命的起源。

在人类基因组计划中，还包括对五种生物基因组的研究：大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇和小鼠，称之为人类的五种“模式生物”。

HGP的目的是解码生命、了解生命的起源、了解生命体生长发育的规律、认识种属之间和个体之间存在差异的起因、认识疾病产生的机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病的诊治提供科学依据。

二、人类基因组计划的实现步骤

人类基因组计划由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一预算达30亿美元的人类基因组计划。按照这个计划的设想，在2005年，要把人体内约2.5万个基因的密码全部解开，同时绘制出人类基因的图谱。换句话说，就是要揭开组成人体2.5万个基因的30亿个碱基对的秘密。截止到2003年4月14日，人类基因组计划的测序工作已经完成。其中，2001年人类基因组工作草图的发表（由公共基金资助的国际人类基因组计划和私人企业塞雷拉基因组公司各自独立完成，并分别公开发表）被认为是人类基因组计划成功的里程碑。

三、分治算法对人类基因组计划的巨大贡献

人类基因组计划能这么快速完成，其实还是得益于各国的大力协作，在着其中，其实就是通过分治算法把一个超级大型的问题拆分成了类似的很多小问题，再由不同国家分别完成这些小问题。如果没有各个国家的协作，那完成测序的日期还是会遥遥无期。

该计划完工以后成功将一大堆计算机从业者卷入生物这淌浑水，并极大的促进了字符串相关算法与字符处理相关语言（比如perl）的发展进步。同时将大量乱码一般的perl代码甩锅给了之后的生物从业者。

四、延伸计划

• 模式生物（包括小鼠、果蝇、线虫、斑马鱼、酵母等）的基因组计划。
• 人类元基因组计划：对人体内所用共生菌群的基因组进行序列测定，并研究与人体发育和健康相关基因的功能。
• 国际人类基因组单体型图计划（简称HapMap计划）：目标是构建人类DNA序列中多态位点的常见模式。由于每个个体（除了孪生子和克隆动物）的基因组都有独特之处，因此有必要对个体之间的差异在基因组上进行定位。其完成将为研究人员确定对人类健康和疾病以及对药物和环境反应有影响的相关基因提供关键信息。
• 人类基因组多样性研究计划：对不同人种、民族、人群的基因组进行研究和比较。这一计划将为疾病监测、人类的进化研究和人类学研究提供重要信息。

五、后基因组时代

• 功能基因组学
• 疾病基因组学
• 药物基因组学
• 进化基因组学

六、计算机历史上大型的协作项目

万维网万维网就是利用前所未有的网络规模进行协作的最佳示例，这种现象被称为“大规模协作”。万维网本身对协作创新的支持（奥莱利提到的参与机制），以及信任、分享、互惠的互联网精神，让人们得以通过全新的方式完成任务。

互联网的发展为世界范围内的大规模协作创造条件，推动了大量应用技术的完善与推广。大规模协作也成为了一种高效的工作模式，更加细化人们的分工，更好地发挥个人所长，同时也提高了人们在实践中的合作意识。下面这些项目也都是协作的结果：

• 区块链
• 操作系统开发：Linux
• 维基百科
• 虚拟社区

• 公安部：“团圆”系统、中国儿童防走失平台

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参考阅读：

1. https://www.zhihu.com/question/29700202
2. https://www.jianshu.com/p/ae5c8e010e0f