Detail předmětu

Programming in Bioinformatics

FEKT-MPA-PRGAk. rok: 2027/2028

Předmět poskytuje přehled algoritmických a výpočetních metod používaných v bioinformatice a zaměřuje se na analýzu a implementaci algoritmů pro zpracování biologických sekvencí. Dále se věnuje vyhledávání motivů, indexování sekvencí, algoritmům používaným při skládání genomu a mapování sekvenačních čtení, a pravděpodobnostním modelům, zejména Markovovým modelům.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Vstupní znalosti

Jsou vyžadovány základní znalosti programování v alespoň jednom vyšším programovacím jazyce (např. Python), základních principů algoritmizace a bioinformatiky. 

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Podmínky úspěšného absolvování předmětu stanovuje každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Studenti musí splnit následující požadavky:
1. aktivní účast na povinných počítačových cvičeních,
2. vypracování a prezentace týmového projektu,
3. absolvování zápočtové písemky. 

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní orientaci v algoritmických a výpočetních metodách používaných v bioinformatice, naučit je analyzovat a implementovat algoritmy pro zpracování biologických sekvencí a seznámit je s grafovými a pravděpodobnostními přístupy k řešení bioinformatických úloh.

Absolvent předmětu je schopen:
- hodnotit a optimalizovat časovou a paměťovou složitost algoritmů,
- používat vhodné datové struktury pro efektivní práci se sekvenačními daty,
- implementovat algoritmy pro vyhledávání motivů v biologických sekvencích,
- implementovat algoritmy pro skládání genomu a mapování sekvenačních čtení,
- aplikovat a interpretovat pravděpodobnostní modely, zejména Markovovy modely.

Základní literatura

Compeau P., Pevzner P.A.: Bioinformatics Algorithms: An Active Learning Approach. Active Learning Publishers, 2018. (EN)
Jones N.C., Pevzner P.A: An Introduction to Bioinformatics Algorithms. The MIT Press, 2004 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-BTB magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPCN-BTB magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný, základní teoretický předmět profilujícího základu

  • Program MPCN-BIO magisterský navazující

    specializace MPC-BIO_TECH , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

  • Program MPA-BTB magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný, základní teoretický předmět profilujícího základu

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

12 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Osnova

1. Analýza algoritmů
2. Hledání motivů
3. Sestavování genomu
4. Mapování čtení
5. Sekvenování RNA
6. Markovovy modely v bioinformatice 

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do objektově orientovaného programování
2. Analýza algoritmů, výpočetní náročnost
3. Regulární výrazy
4. Vyhledávání motivů
5. Teorie grafů
6. Skládání genomu
7. Indexování a sufixové stromy
8. Markovovy modely v bioinformatice
9. Týmové projekty – přidělení projektu
10. Týmové projekty – brífink a konzultace k projektu
11. Týmové projekty – brífink a konzultace k projektu
12. Týmové projekty – brífink a konzultace k projektu
13. Týmové projekty – obhajoba projektu 

 

 

Projekt

20 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Osnova

Work on a group project (teams of 1–3 members).

Individuální příprava - vypracování zadaných úkolů

50 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Ing. Karel Sedlář, Ph.D.

Osnova

V průběhu semestru studenti vypracovávají zadané úkoly zaměřené na praktickou implementaci vybraných bioinformatických algoritmů. Úkoly zahrnují programování v Pythonu, analýzu algoritmu a vyhodnocení jeho náročnosti. Studenti samostatně implementují řešení na základě získaných znalostí z přednášek a cvičení, přičemž mohou konzultovat s vyučujícím.