DNA和RNA
标签问题
好问题,而且这对于公平比较很重要。
✅ 在 DiscDiff 论文中,如何对不同物种进行训练?
他们训练了一个跨越所有物种的单一模型 —— 而不是每个物种一个模型。
📌 论文中的说法:
“我们从15 个物种中收集了 160,000 个 DNA 序列……并在该数据集上训练了一个单一模型。”
这意味着:
- VAE 和 扩散模型 是在整个混合数据集上训练的,所有物种都被合并在一起。
- 物种标签仅在条件生成实验中使用,在默认设置中不会被使用。
✅ 所以答案是:
| 问题 | 答案 |
|---|---|
| 他们是为每个物种训练一个模型吗? | ❌ 不是 |
| 在默认训练期间,他们是否使用物种标签? | ❌ 不,除非启用了条件生成 |
| 模型是否接触过混合物种的数据? | ✅ 是 —— 所有物种同时进行训练 |
✅ 对于你自己的设置,建议如下
| 情景 | 建议设置 |
|---|---|
| 你有物种标签 | 训练一个包含所有数据的单一模型,可选择性地添加标签条件生成 |
| 你想要按物种生成 | 使用同一模型按标签生成,只需按标签过滤即可 |
| 你想要公平地评估每个物种 | 为每个物种分别评估(JSD、基序回忆率等) |
你需要帮助在当前的扩散训练管道中启用物种条件生成吗?
对比实验处理
好的,以下是翻译成中文的内容:
太好了 —— 你正在询问如何公正地复现实验并使用自己的数据评估 DiscDiff 。以下是根据论文整理出的包含训练和评估步骤的详细说明。
✅ 如果你有自己的 DNA 数据……
📦 假设你的数据集:
- DNA 序列(例如:2048bp,采用 one-hot 编码或 ATGC 格式)。
- 有或没有标签(例如:物种、组织等)。
🏗️ 第 1 步:训练 VAE
📌 目的:学习将 DNA 压缩到有意义的潜在向量中。
✅ 要做什么
-
使用你的序列训练 VAE:
loss = 重建损失 + β * KL 散度 -
确保
VAE.encode(seq)→潜在向量 z,并且VAE.decode(潜在向量 z)→ 接近原始 DNA。
✅ 输出
- 一个预训练的 VAE(
vae.pth),它将 DNA 映射到潜在空间。
🌀 第 2 步:训练扩散模型
📌 目的:学习从噪声中采样新的潜在向量
z。
✅ 要做什么
- 使用 VAE 对真实序列进行编码 →
z。 - DD通过PM(去噪扩散概率模型)计划添加噪声 →
z_t。 - 使用均方误差损失训练 U-Net 从噪声
z_t中去噪并恢复到z₀。
loss = MSE(预测噪声, 真实噪声)
如果你有标签(例如:物种):
- 将标签嵌入到 U-Net 中。
- 作为条件 DDPM 进行训练。
🧪 第 3 步:生成序列以供评估
📌 现在生成合成序列并评估它们与真实序列的接近程度。
✅ 要生成多少?
每个标签生成相同数量的序列,与测试集中的数量一致。例如:
| 标签(物种) | 真实序列数 | 生成数量 |
|---|---|---|
| 人类 | 10,000 | 10,000 |
| 小鼠 | 8,000 | 8,000 |
| … | … | … |
🔁 如果没有标签:生成约10 万个以匹配 DiscDiff 的设置。
📏 第 4 步:评估你的模型
使用与 DiscDiff相同的指标进行公平比较。
| 指标 | 描述 |
|---|---|
| k-mer JSD | 计算 k-mer 分布(例如:6-mer)并测量与真实的Jensen-Shannon 散度(JSD) |
| 基序回忆率 | 使用已知 DNA 基序(例如:TATA-box);检查生成序列中匹配的百分比 |
| 条件准确性 | 如果是条件模型:训练分类器从序列中预测标签 |
| 重建准确性 | 从 VAE:它重建原始 DNA 的效果如何 |
你可以使用以下工具实现:
sklearn.metrics.jensenshannon- 基序工具(例如:
Bio.motifs,MEME) - 序列分类器(例如:CNN)
✅ 总结:流程
表格| 步骤 | 输入 | 使用的模型 | 输出 | 备注 |
| ------------ | ------------------ | -------------- | --------------------------- | ------------------------------------ |
| VAE 训练 | 真实 DNA 序列 | VanillaVAE | vae.pth(z ↔ x) | 标准 VAE 损失 |
| 扩散模型 | VAE 生成的潜在向量 z | U-Net + DDPM | 训练好的去噪器 | 基于噪声的预测均方误差损失 |
| 生成 | 随机噪声 | DDPM + VAE | 合成序列 | 每个噪声 + 标签(如果是条件模型)生成一个序列 |
| 评估 | 生成序列 vs. 真实序列 | — | JSD,基序回忆率,准确性 | 按标签和总体进行比较 |
你需要一个可复现的评估脚本还是用于 JSD 和基序回忆率的指标工具包?
无lable引导
好的,这段内容的中文翻译如下:
非常棒的问题。根据您的代码结构和,以下是明确的答案:
✅ 该扩散模型是否使用标签(例如,物种)来指导生成?
❌ 不 — 您当前的扩散管道中没有使用任何标签条件。
📌 您代码中的证据
-
未向 U-Net 或调度器传递任何标签输入:
noise_pred = model(noisy_images, timesteps)没有传递任何
condition或label参数。 -
未构建任何分类器自由引导或条件嵌入。
-
在生成管道(
DDPMDNAPipeline)中,只使用了vae和噪声调度器 — 再次说明,没有label。
🧠 若要实现条件扩散需要什么?
要使模型支持基于标签的条件生成,您需要:
| 步骤 | 需求 |
|---|---|
| 1️⃣ | 创建标签嵌入(例如,物种 → 向量) |
| 2️⃣ | 将标签嵌入注入到 U-Net 中(例如,通过 FiLM、交叉注意力机制或拼接) |
| 3️⃣ | 使用真实的 (z, label) 对进行训练 |
| 4️⃣ | 使用分类器自由引导(可选) |
✅ 最终答案
- 您当前的扩散模型是无条件的。
- 它仅基于潜在空间中的随机噪声生成序列。
- 要支持基于标签的条件生成(例如,按物种生成),您需要修改训练和 U-Net 输入逻辑。
您是否需要帮助修改此代码以支持条件扩散(例如,通过物种标签引导生成)?
如果您对翻译有任何疑问或需要进一步帮助,请随时告诉我!
diffuison训练模块
这段内容的中文翻译如下:
是的——这个脚本确实包含并训练了扩散模型。以下是清晰的分解,以回答您的问题并解释其工作原理:
✅ 该代码是否使用扩散?
✅ 是的,100%。这个脚本是扩散模型训练循环,在 VAE 预训练之后进行。
✅ 涉及哪些组件?
| 组件 | 是否使用 | 描述 |
|---|---|---|
| VAE | ✅ 是 | 已预训练。将 DNA 序列编码为潜在表示 z(类似图像的嵌入)。 |
| Diffusion | ✅ 是 | 在潜在空间中训练一个DDPM(去噪扩散概率模型)。 |
| U-Net | ✅ 是 | 去噪网络。学习从潜在表示 z_t → z_0 反转噪声。 |
| Scheduler | ✅ 是 | 使用 🤗 diffusers 中的 DDPMScheduler 来控制噪声计划。 |
✅ 扩散模型的训练方式(总结)
-
输入 DNA →
VAE.encode()→ 采样得到潜在表示z。 -
使用调度程序向
z添加高斯噪声。 -
为每个样本随机采样一个时间步长
t。 -
训练U-Net以预测添加的噪声 ε:
noise_pred = model(noisy_images, timesteps)[0] loss = F.mse_loss(noise_pred, noise) -
使用标准DDPM 损失优化 U-Net。
✅ 生成过程
在生成时(在 evaluate() 中):
-
从潜在空间的
N(0, I)中采样噪声。 -
使用
pipe()运行逆向扩散过程,使用 U-Net。 -
获取去噪后的潜在表示
z₀,并使用:vae.decode(z₀) → DNA 序列(独热编码)→ 通过 `tensor_to_dna` 转换为字符串
✅ 最终总结
| 功能 | 是否使用于本脚本 |
|---|---|
| 训练 VAE | ❌(仅加载预训练权重) |
| 训练扩散模型(DDPM + U-Net) | ✅ 是 |
| 使用高斯噪声计划 | ✅ 是,通过 DDPMScheduler |
| 从噪声中采样完整序列 | ✅ 是 |
| 在 VAE 潜在空间中运行 | ✅ 是 |
您是否需要展示 VAE + Diffusion 如何结合用于训练和生成的图表或流程图?
如果您对翻译的内容有任何疑问或需要进一步的帮助,请告诉我!
以下是关于 DiscDiff 训练逻辑的三个问题的清晰解答:
✅ 1. DiscDiff 在训练期间是否有两种损失(VAE + 扩散)?
是的,完全正确:
| 损失名称 | 适用部分 | 作用 |
|---|---|---|
| VAE 损失 | VAE 编码器和解码器 | 学习紧凑的潜在空间并重建输入序列 |
| 扩散损失 | 去噪网络 | 学习如何在潜在空间中将 z_t 去噪回 z |
训练期间的总损失:
✅ 2. 每种损失的目的是什么?
-
VAE 损失:
-
包括:
- 重构损失(例如,输入和输出 DNA 序列之间的交叉熵)
- KL 散度,将
q(z|x)正则化为N(0, I)
-
🔍 作用:使编码器输出的潜在变量:
- 信息丰富(便于解码回 DNA)
- 类高斯分布(便于生成时的采样)
-
-
扩散损失:
- 典型的评分匹配损失:
-
其中:
z_t = z + noise是一个带噪的潜在变量ε_θ尝试预测添加的噪声
-
🔍 作用:教会模型如何在潜在空间中去噪
- 使得从纯噪声中生成序列成为可能
✅ 3. 使用的解码器是什么?它也是 VAE 的一部分吗?
是的,扩散之后使用的解码器是VAE 解码器。
-
VAE 是一个标准的序列自编码器:
- 编码器:将 DNA 序列映射到潜在
z - 解码器:将潜在
z映射回 DNA 标记
- 编码器:将 DNA 序列映射到潜在
-
在扩散模型生成最终潜在向量
z₀后,该向量被传递给VAE 解码器以生成离散的 DNA 序列:
✅ 最终总结
| 问题 | 答案 |
|---|---|
| 训练中使用两种损失吗? | ✅ 是 — VAE 损失 + 扩散损失 |
| 每种损失的作用是什么? | VAE:潜在结构 + 重构;扩散:学习去噪 |
| 扩散后使用的解码器是什么? | ✅ VAE 解码器,它将潜在 z₀ 映射到符号 DNA 序列 |
如果您希望查看完整的训练伪代码或可视化框图,请告诉我。
以下是对于 “z_t + 条件是否使用真实序列嵌入” 这一问题的精准回答的中文翻译:
很好的问题 — 下面让我们精准地回答它。
❓ z_t + condition 是否使用真实序列嵌入?
不,在生成时不会 使用真实序列的嵌入。
让我们按 阶段 分解:
✅ 在训练期间
-
您有真实序列
x(例如,“ATGCGT...”)。 -
您使用 VAE 编码器 对
x进行编码 → 潜在向量z。 -
然后您向
z中添加噪声 →z_t。 -
您训练扩散模型以在给定期条件(例如物种标签)的情况下对
z_t去噪。 -
所以在这里:
z_t来自一个真实序列。- 条件是物种标签。
- 训练损失 = 将
z_t去噪 → 原始z。
✅ 是的,真实序列用于生成训练示例 z_t。
🚫 在生成(推理)期间
- 您没有 任何真实序列。
- 您采样随机噪声
z_T ~ N(0, I)。 - 您仅提供条件标签(例如,“智人”)。
- 扩散模型仅使用标签(而不是任何序列)将
z_T → z₀去噪。 - 然后将
z₀传递给 VAE 解码器 → 生成 DNA。
✅ 不,这里不 使用真实序列或它们的嵌入。
✅ 最终答案
| 阶段 | 是否使用真实序列嵌入? | 解释 |
|---|---|---|
| 训练 | ✅ 是 | 用于生成 z 和 z_t 的真实序列 |
| 生成 | ❌ 否 | 仅使用标签 + 随机噪声 |
如果您希望将其转换为伪代码或流程图,请告知我。
以下是关于 DiscDiff 训练和生成流程的详细解释的中文翻译:
您正在请求对 DiscDiff 中训练流程的清晰、结构化解释,特别是:
- 真实序列扮演什么角色?
- 每个模块(VAE、扩散)的作用是什么?
- 条件生成是如何融入的(例如物种标签)?
- 如何鼓励生成有意义的序列?
✅ DiscDiff 训练 + 生成流程的逐步概述
| 步骤 | 组件 | 输入 | 输出 | 作用 |
|---|---|---|---|---|
| 1️⃣ | 训练数据集 | 真实 DNA 序列(例如 16 万个) | 序列 + 可选标签 | 数据基础:真实 DNA + 条件(例如物种) |
| 2️⃣ | VAE 编码器 | DNA 序列(例如 2048 个碱基对) | 潜在向量 z ∈ ℝ^d |
学习能够编码 DNA 语义的连续潜在空间 |
| 3️⃣ | 扩散(正向) | 潜在 z + 随机噪声 |
带噪潜在变量 z_t |
模拟损坏过程,以学习去噪过程 |
| 4️⃣ | 扩散(反向) | 带噪潜在变量 z_t + 条件 |
去噪后的潜在变量 z_0 |
学习如何逆转噪声并恢复有意义的潜在变量 |
| 5️⃣ | VAE 解码器 | 去噪后的潜在变量 z_0 |
重建的 DNA 序列 | 将潜在变量解码回符号序列 |
✅ 训练目标(损失函数)
| 模块 | 损失函数 | 目标 |
|---|---|---|
| VAE | 重构损失 + KL 散度 | 确保 z 能够捕捉到有意义的 DNA 模式 |
| 扩散 | 去噪评分匹配损失:L2(ε_pred - ε_true) |
学习如何对潜在表示去噪 |
| (可选)无分类器引导 | 在训练期间对条件进行dropout | 启用带条件的生成(例如物种) |
✅ 条件生成解释
-
训练时:
- 您使用
(序列,条件)对进行训练,例如:- ("ATG...CGT", 智人)
- ("GCA...TAA", 果蝇)
- 您使用
-
推理(生成)时:
- 您采样随机噪声
z_T,并仅提供标签(例如 “智人”)。 - 模型在生成过程中从未见过真实序列,仅从其潜在分布和训练期间的条件标签中学习。
- 您采样随机噪声
✅ 关系总结
[真实序列] --(VAE 编码)--> [潜在 z]
↓ ↓
[可选标签(例如物种)] [z_t ~ 带噪潜在变量]
[潜在 z_t + 条件] --(扩散反向)--> [去噪后的 z_0] --(解码器)--> [生成的 DNA]
训练损失:VAE 损失 + 扩散去噪损失
✅ 如何确保生成序列为有意义的
- VAE 确保对真实序列的压缩 / 解压缩,因此潜在代码具有结构。
- 扩散学习对这些结构化的潜在代码去噪,而不仅仅是随机噪声。
- 条件标签注入物种特定的偏差,即使它们是可选的。
- 评估指标(基序召回率、分类器准确率) 验证生成的 DNA 是真实且符合条件的。
您需要一张总结这个架构的示意图吗?
评估
好的,以下是您提供的关于 DiscDiff 的内容的中文翻译:
感谢您的澄清。您问的是:
对于每个输入(例如,一个真实的序列或条件),会生成多少个序列,以及评估指标是针对每个序列计算还是在整个集合上计算?
✅ 生成粒度
DiscDiff 是一个潜在扩散模型,因此:
-
在训练期间:
- 它使用许多真实的 DNA 序列来学习潜在分布。
- 每个训练样本贡献一个潜在向量
z和一个重构目标。
-
在生成 / 推理期间:
- 您从先验分布中采样随机噪声(不是从特定输入中采样)。
- 如果是条件生成,则需要提供类别标签(例如物种)作为输入。
- 每次生成仅产生一个序列。
✅ 所以:1 个噪声向量 + 可选标签 → 1 个 DNA 序列
✅ 指标评估
指标是在整个生成序列集上进行评估,而不是针对单个样本:
| 指标 | 计算范围... |
|---|---|
| k-mer JSD | 整个生成集与真实集之间 |
| 基序召回率 | 所有生成序列中的匹配数与真实序列中的匹配数之间 |
| 条件分类器 AUC/acc | 具有该标签的所有生成序列 |
示例:
如果您生成了 10 万个序列(例如,针对 “智人”):
- k-mer JSD 是在全部 10 万个生成序列与真实人类序列之间计算的。
- 基序召回率检查 TATA - 框等在整个 10 万个生成序列中出现的频率。
- 分类器准确率检查预训练模型从 10 万个生成序列中预测出 “智人” 的频率。
✅ 总结
- 1 个输入噪声向量 → 1 个 DNA 序列。
- 评估不是针对单个序列,而是在整个生成数据集上进行聚合。
如果您需要我帮助为自己的 DNA 序列模型复制这样的评估代码,请告诉我。
您正在使用独热编码序列(长度补全为 2048)训练一个变分自编码器(VAE),用于DNA序列重建 。以下是详细说明:
✅ 📌 任务:
DNA序列自编码
-
输入: 形状为
[B, 2048, 4]的独热编码序列,其中B是批量大小,2048是补全后的长度。 -
目标: 通过潜在嵌入重建相同的序列,即
reconstructed ≈ original(重建序列近似于原始序列)。 -
架构:
- 编码器:
DNAEncoder→ CNN(卷积神经网络)模块 →DiagonalGaussianDistribution(学习均值和标准差) - 解码器:
z ~ N(μ, σ)→ CNN →DNADecoder - 模型学习对 DNA 序列进行压缩和重建。
- 编码器:
🔍 损失函数
loss = cross_entropy + β * KL
这是一个VAE 损失函数,由以下部分组成:
| 组件 | 描述 |
|---|---|
| 重建损失 | cross_entropy_prob(predicted, input) → 对 4 种核苷酸的软独热编码交叉熵 |
| KL 散度 | dist.kl().sum() — 学习后的后验分布与标准高斯分布之间的 KL 散度 |
| β (kld_weight) | 从 StepBetaScheduler 中逐渐增加的 KL 权重,随训练轮数增加而变化 |
⚠ 注意:未对填充位点进行掩码处理,因此模型将填充的
N(即[0.25, 0.25, 0.25, 0.25])视为真实数据处理。
🧠 总结
| 组件 | 作用 |
|---|---|
VanillaVAE |
压缩和重建填充后的 DNA 序列 |
| 任务 | 长 DNA(2048 个标记)的去噪自编码 |
| 输入 | 填充后的独热编码序列,形状 [B, 2048, 4] |
| 输出 | 同样形状;模型对其进行重建 |
| 损失 | 交叉熵 + KL 散度 |
| β 调度器 | 在训练过程中逐渐增加 KL 项 |
您需要这个模型流程的视觉块图吗?
如果您还需要其他内容的翻译或有进一步的问题,请随时告诉我!
数据读取
好的,这段内容的中文翻译如下:
是的——这行代码:
dataset = OHEDataset(data_path=self.data_path)
调用了 OHEDataset 类的构造函数,该类定义如下:
class OHEDataset(Dataset):
def __init__(self, data_path, transform=None):
self.data_path = data_path
self.transform = transform
self.labels = torch.load(self.data_path)
print(f"data loaded!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!{self.labels.shape}")
✅ 这里发生了什么?
🔹 步骤分解:
-
self.data_path指向一个.pt或.pth文件(即序列化的 PyTorch 张量文件)。 -
torch.load(self.data_path)将该文件读取到self.labels中。-
期望该文件包含一个形状为
[N, 2048, 4]的张量,其中:N:序列数量(如 39,783)2048:序列长度4:A、U、G、C 的独热编码向量
-
-
数据集以整个张量作为其存储后端。
-
数据集在
__getitem__中返回self.labels[index],这是一个形状为[2048, 4]的torch.Tensor。
🧪 .pt 文件中有什么?
.pt 文件可能是这样创建的:
all_encoded = [] # [2048, 4] 张量列表
for seq in rna_sequences:
vec = one_hot_encode(seq, max_len=2048)
all_encoded.append(vec)
data_tensor = torch.stack(all_encoded) # 形状:[N, 2048, 4]
torch.save(data_tensor, "rna_sequences.pt")
因此,torch.load("rna_sequences.pt") 提供了您在 OHEDataset 中使用的内容。
🔍 总结
| 行代码 | 操作 |
|---|---|
dataset = OHEDataset(data_path=self.data_path) |
将 self.data_path 处的张量文件加载到内存中 |
self.labels = torch.load(...) |
张量形状 [N, 2048, 4] |
__getitem__ |
返回形状为 [2048, 4] 的单个 RNA 序列张量 |
DataLoader |
将其批量化为 [B, 2048, 4] |
您需要一个从 FASTA 序列或 RNA 字符串生成此类 .pt 文件的代码片段吗?
如果您有其他问题或需要进一步的翻译帮助,请随时告诉我!
好的,下面是这段内容的中文翻译:
是的——大小为 torch.Size([39783, 2048, 4]) 的张量具有以下解释:
✅ 张量形状解释
| 维度 | 大小 | 含义 |
|---|---|---|
[0] |
39783 |
RNA序列数量(样本数) |
[1] |
2048 |
序列长度(每个序列的位点数) |
[2] |
4 |
每个核苷酸的通道 — 独热编码 |
✅ 详细含义
每个序列表示为一个 2048 × 4 的矩阵:
-
对于 2048 个核苷酸位点中的每一个,4 维向量是核苷酸 A/U/G/C 的 独热编码 或 软概率 向量:
[1, 0, 0, 0]→ A[0, 1, 0, 0]→ U[0, 0, 1, 0]→ G[0, 0, 0, 1]→ C[0.25, 0.25, 0.25, 0.25]→ “N” 或未知碱基(如果使用)
所以:
dataset[i]是形状为[2048, 4]的张量- 整个数据集中包含
39783个这样的序列
✅ 在模型中的使用
您的模型期望输入形状为 [B, 2048, 4] — 当您使用 DataLoader 批量加载数据时,这与之完全匹配。
您想解码并可视化一个序列以确认它是有效的 RNA 吗?
请问您对翻译内容是否满意?如果您还有其他问题或需要进一步的帮助,请随时告诉我。
区别
RNA的核苷酸与抗体链的残基存在以下区别:
组成成分
- RNA的核苷酸 :由核糖、磷酸和含氮碱基组成,含氮碱基包括腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和尿嘧啶。
- 抗体链的残基 :由氨基酸组成,每种氨基酸都有特定的侧链基团,赋予抗体链不同的化学性质和结构特征。
连接方式
- RNA的核苷酸 :通过 3'→5' 磷酸二酯键连接形成 RNA 链。
- 抗体链的残基 :通过肽键连接形成多肽链,进而折叠形成具有复杂三维结构的抗体分子。
结构与功能
- RNA的核苷酸 :RNA 为单链结构,可通过自身折叠形成局部双螺旋、突起、发夹环等二级结构,其功能多样,如 mRNA 作为蛋白质合成的模板,tRNA 在蛋白质合成中转运氨基酸,rRNA 构成核糖体的组成部分并催化肽键形成。
- 抗体链的残基 :抗体链的残基通过特定的排列顺序和空间结构形成抗原结合位点,能够特异性地识别和结合相应的抗原,发挥免疫防御作用。
稳定性
- RNA的核苷酸 :RNA 中的核糖在 2' 位有一个羟基,使得 RNA 容易受到碱水解,稳定性较低。
- 抗体链的残基 :抗体分子由氨基酸组成,相对更稳定,但在某些条件下也可能发生变性或降解。
遗传信息
- RNA的核苷酸 :RNA 的核苷酸序列携带遗传信息,用于指导蛋白质合成。
- 抗体链的残基 :抗体链的残基序列是由遗传信息编码的,但其本身不携带遗传信息。

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