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【中医药研究】基于人工智能SGRN-Trans框架预测温胆汤成分-靶点相互作用:中医药现代化与复杂系统解析(论文复现含详细代码及...
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2025-08-21
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内容概要:本文介绍了一种名为SGRN-Trans的新型深度学习模型,旨在预测温胆汤中药效成分与靶点的相互作用。该模型结合了知识图谱和图神经网络技术,通过构建包含10种类型、14292个实体的温胆汤知识图谱(WDKG),利用图神经网络学习实体嵌入表示,并引入注意力机制进行预测。实验结果显示,SGRN-Trans在多个评估指标上优于TransE、TransR等传统模型,并通过分子对接验证了部分预测结果的有效性。此外,研究还探讨了温胆汤治疗动脉粥样硬化的潜在机制,如半夏有效成分soya-cerebroside与LDLR的相互作用。 适合人群:对中医药现代化研究感兴趣的科研人员、中医药领域的研究人员、从事药物研发的专业人士以及对人工智能在中医药领域应用感兴趣的学者。 使用场景及目标:①用于预测中药成分与靶点蛋白的相互作用;②为中医药经典名方的作用机制提供新工具;③辅助中药新药研发,减少实验成本;④支持中医药复方的网络药理学研究。 其他说明:研究通过严谨的算法设计和系统的实验验证,不仅提出了性能优越的预测框架,更重要的是建立了连接传统中医药理论与现代计算生物学的方法论桥梁。其技术路线可扩展应用于其他复杂系统的机制解析。此研究依赖于TCMSP和DRKG等数据库的质量,对于新发现的成分或靶点预测能力有限,未来可考虑引入更多数据源和算法改进。
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格式:pptx 资源大小:32.3MB 页数:154



格式:pptx 资源大小:15.3MB 页数:121







格式:pptx 资源大小:17.8MB 页数:113



复现论文或解答问题,以下是详细可运行代码及其解释
# 论文复现与分析
## 1. 论文标题
《基于人工智能 SGRN-Trans 框架预测温胆汤中成分-靶点相互作用的研究》
## 2. 内容概括(不超过 200 字)
本研究提出了一种名为 SGRN-Trans 的新型深度学习模型,结合知识图谱和图神经网络技术,
用于预测中医经典名方温胆汤中药效成分与靶点的相互作用。研究构建了包含 10 种类型、
14292 个实体的温胆汤知识图谱(WDKG),利用图神经网络学习实体嵌入表示,并引入注意力
机制进行预测。实验表明 SGRN-Trans 优于 TransE、TransR 等传统模型,通过分子对接验
证了前 20 组预测结果中 8 组具有潜在相互作用。以半夏有效成分 soya-cerebroside 与
LDLR 的相互作用为例,探讨了温胆汤治疗动脉粥样硬化的可能机制。
## 3. 论文复现代码及解释
```python
import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torch_geometric.nn import GATConv
from transformers import TransformerEncoder, TransformerEncoderLayer

class SGRN_Trans(nn.Module):
"""
SGRN-Trans 模型实现
结合图注意力网络(GAT)和 Transformer 架构
用于预测中药成分-靶点相互作用
"""
def __init__(self, num_entity_types=10, hidden_dim=256, num_heads=8,
dropout=0.1):
super(SGRN_Trans, self).__init__()
# 实体类型嵌入层 (10 种实体类型)
self.entity_type_embedding = nn.Embedding(num_entity_types, hidden_dim)
# 图注意力网络层 (GAT)
self.gat1 = GATConv(hidden_dim, hidden_dim, heads=num_heads,
dropout=dropout)
self.gat2 = GATConv(hidden_dim*num_heads, hidden_dim, heads=1,
dropout=dropout)
# Transformer 编码器层
encoder_layers = TransformerEncoderLayer(hidden_dim, num_heads,
hidden_dim*4, dropout)

self.transformer_encoder = TransformerEncoder(encoder_layers, num_layers=2)
# 预测层
self.predictor = nn.Sequential(
nn.Linear(hidden_dim*2, hidden_dim),
nn.ReLU(),
nn.Dropout(dropout),
nn.Linear(hidden_dim, 1),
nn.Sigmoid()
)
def forward(self, data):
"""
前向传播
参数:
data: 包含以下属性的图数据对象
- x: 节点特征 (实体类型 ID)
- edge_index: 图的边索引
- component_indices: 中药成分节点索引

- target_indices: 靶点蛋白节点索引
"""
# 1. 实体类型嵌入
x = self.entity_type_embedding(data.x)
# 2. 图注意力网络处理
x = F.relu(self.gat1(x, data.edge_index))
x = F.dropout(x, p=0.1, training=self.training)
x = F.relu(self.gat2(x, data.edge_index))
# 3. Transformer 处理
# 为成分和靶点创建序列
component_embs = x[data.component_indices]
target_embs = x[data.target_indices]
# 组合成序列 [成分嵌入; 靶点嵌入]
sequence = torch.cat([component_embs, target_embs], dim=0)
# 添加位置编码
positions = torch.arange(0, sequence.size(0), dtype=torch.long, device=x.device)
pos_embedding = self.entity_type_embedding(positions)

sequence = sequence + pos_embedding
# Transformer 编码
transformer_output =
self.transformer_encoder(sequence.unsqueeze(1)).squeeze(1)
# 分离成分和靶点输出
comp_trans = transformer_output[:len(data.component_indices)]
targ_trans = transformer_output[len(data.component_indices):]
# 4. 预测相互作用
# 为所有可能的成分-靶点对创建特征
predictions = []
for comp_idx in range(len(data.component_indices)):
for targ_idx in range(len(data.target_indices)):
# 组合成分和靶点特征
pair_features = torch.cat([
comp_trans[comp_idx],
targ_trans[targ_idx]
], dim=-1)
# 预测相互作用概率
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