Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Biotechnologii i Hodowli Zwierząt - Bioinformatyka (S1)

Sylabus przedmiotu Modelowanie i analiza sekwencji DNA:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Bioinformatyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów nauk przyrodniczych, nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł —
Przedmiot Modelowanie i analiza sekwencji DNA
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Metod Sztucznej Inteligencji i Matematyki Stosowanej
Nauczyciel odpowiedzialny Przemysław Klęsk <pklesk@wi.zut.edu.pl>
Inni nauczyciele
ECTS (planowane) 2,0 ECTS (formy) 2,0
Forma zaliczenia zaliczenie Język polski
Blok obieralny — Grupa obieralna —

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
laboratoriaL4 15 1,00,41zaliczenie
wykładyW4 10 1,00,59zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1matematyka
W-2algorytmy i struktury danych
W-3podstawy programowania

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z różnymi problemami obliczeniowymi w ramach analizy sekwencji DNA.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Zaprogramowanie algorytmu wyczerpującego oraz algorytmu Skieny dla programu mapowania restrykcyjnego.5
T-L-2Zaprogramowanie algorytmu typu "branch and bound" do wykrywania motywów lub napisu medianowego.5
T-L-3Zaprogramowanie algorytmów do globalnego i lokalnego porównywania sekwencji DNA.5
15
wykłady
T-W-1Problem mapowania restrykcyjnego (Partial Digest Problem). Niejednoznaczność rozwiązania. Algorytmy wyczerpujące oraz algorytm Skieny. Złożoność algorytmu Skieny.2
T-W-2Poszukiwanie motywów (starterów) oraz napisu medianowego. Pojęcia: alignment, profil; funkcje oceniające (odległość Hamminga) i ich optymistyczne oszacowania. Przechodzenie drzew przeszukiwań, pomijanie węzłów. Algorytmy "branch and bound" do wykrywania motywów i napisu medianowego.2
T-W-3Porównywanie sekwencji DNA oparte na programowaniu dynamicznym. Problem turysty na Manhattanie jako przykład wprowadzający. Najdłuższa wspólna podsekwencja. Odległość edycyjna Levenshteina. Globalne porównywanie sekwencji. Macierze oceniające. Lokalne porównywanie sekwencji (algorytm Smitha-Watermana). Porównywanie sekwencji z karami za dziury (gap penalties).4
T-W-4Sekwencjonowanie DNA przez hybrydyzację (SBH). Sformułowanie SBH jako problemu znajdowania cyklu Hamiltona lub cyklu Eulera w grafie.2
10

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Udział w zajęciach.15
A-L-2Przygotowanie się do wejściówek i zaliczania programów.12
A-L-3Zapoznanie się ze środowiskiem Mathematica.3
30
wykłady
A-W-1Udział w wykładach.10
A-W-2Samodzielne prześledzenie w domu prostych przykładów obliczeniowych.8
A-W-3Przygotowanie się do kolokwium zaliczeniowego.12
30

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład informacyjny.
M-2Metoda przypadków.
M-3Metody programowane z użyciem komputera.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Trzy oceny cząstkowe z wejściówek na laboratoriach.
S-2Ocena formująca: Trzy oceny cząstkowe z programów z laboratoriów.
S-3Ocena podsumowująca: Ocena końcowa za laboratoria jako średnia ważona: wejściówki (40%), programy (60%).
S-4Ocena podsumowująca: Ocena końcowa z wykładów z kolokwium zaliczeniowego.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
BI_1A_BI-S-O6.3_W01
Rozumie problemy stawiane w ramach analiz i porównywania sekwencji DNA. Zna algorytmy o zadawalających złożonościach obliczeniowych rozwiązujące te problemy.		BI_1A_W17P1A_W02, P1A_W04, P1A_W05, P1A_W06, P1A_W07, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W06, T1A_W07, T1A_W08InzA_W01, InzA_W03, InzA_W05C-1—M-1, M-2S-4

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
BI_1A_BI-S-O6.3_U01
Potrafi zaprogramować wybrane algorytmy dotyczące analiz sekwencji DNA, w szczególności algorytmy oparte na drzewach typu "branch and bound" oraz algorytmy programowania dynamicznego.		BI_1A_U18, BI_1A_U09P1A_U01, P1A_U02, P1A_U03, P1A_U04, P1A_U08, P1A_U09, T1A_U01, T1A_U02, T1A_U05, T1A_U07, T1A_U09, T1A_U15InzA_U01, InzA_U07, InzA_U08——M-3S-1, S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
BI_1A_BI-S-O6.3_W01
Rozumie problemy stawiane w ramach analiz i porównywania sekwencji DNA. Zna algorytmy o zadawalających złożonościach obliczeniowych rozwiązujące te problemy.		2,0
3,0Uzyskanie przynajmniej 50% punktów z kolokwium sprawdzającego znajomość i rozumienie problemów i algorytmów analizy sekwencji DNA.
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
BI_1A_BI-S-O6.3_U01
Potrafi zaprogramować wybrane algorytmy dotyczące analiz sekwencji DNA, w szczególności algorytmy oparte na drzewach typu "branch and bound" oraz algorytmy programowania dynamicznego.		2,0
3,0Uzyskanie przynajmniej 50% wartości średniej ważonej z ocen czątkowych za zadania programistyczne (60% wagi) i krótkie sprawdziany pisemne (40% wagi) na zajęciach laboratoryjnych.
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. W. J. Ewens, G. R. Grant, Statistical Methods in Bionformatics: An Introduction, Springer, 2010, 2
  2. A. D. Baxevanis, B. F. F. Quellette, Bioinformatyka. Podręcznik do analizy genów i białek, PWN, 2005
  3. N.C. Jones i P. Pevzner, An Introduction to Bioinformatics Algorithms, MIT Press, Cambridge, Massachusetts, London, England, 2004

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Zaprogramowanie algorytmu wyczerpującego oraz algorytmu Skieny dla programu mapowania restrykcyjnego.5
T-L-2Zaprogramowanie algorytmu typu "branch and bound" do wykrywania motywów lub napisu medianowego.5
T-L-3Zaprogramowanie algorytmów do globalnego i lokalnego porównywania sekwencji DNA.5
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Problem mapowania restrykcyjnego (Partial Digest Problem). Niejednoznaczność rozwiązania. Algorytmy wyczerpujące oraz algorytm Skieny. Złożoność algorytmu Skieny.2
T-W-2Poszukiwanie motywów (starterów) oraz napisu medianowego. Pojęcia: alignment, profil; funkcje oceniające (odległość Hamminga) i ich optymistyczne oszacowania. Przechodzenie drzew przeszukiwań, pomijanie węzłów. Algorytmy "branch and bound" do wykrywania motywów i napisu medianowego.2
T-W-3Porównywanie sekwencji DNA oparte na programowaniu dynamicznym. Problem turysty na Manhattanie jako przykład wprowadzający. Najdłuższa wspólna podsekwencja. Odległość edycyjna Levenshteina. Globalne porównywanie sekwencji. Macierze oceniające. Lokalne porównywanie sekwencji (algorytm Smitha-Watermana). Porównywanie sekwencji z karami za dziury (gap penalties).4
T-W-4Sekwencjonowanie DNA przez hybrydyzację (SBH). Sformułowanie SBH jako problemu znajdowania cyklu Hamiltona lub cyklu Eulera w grafie.2
10

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Udział w zajęciach.15
A-L-2Przygotowanie się do wejściówek i zaliczania programów.12
A-L-3Zapoznanie się ze środowiskiem Mathematica.3
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Udział w wykładach.10
A-W-2Samodzielne prześledzenie w domu prostych przykładów obliczeniowych.8
A-W-3Przygotowanie się do kolokwium zaliczeniowego.12
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaBI_1A_BI-S-O6.3_W01Rozumie problemy stawiane w ramach analiz i porównywania sekwencji DNA. Zna algorytmy o zadawalających złożonościach obliczeniowych rozwiązujące te problemy.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówBI_1A_W17posiada wiedzę o narzędziach matematycznych i informatycznych, wykorzystywanych w analizach biologicznych i bioinformatycznych
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaP1A_W02w interpretacji zjawisk i procesów przyrodniczych opiera się na podstawach empirycznych, rozumiejąc w pełni znaczenie metod matematycznych i statystycznych
P1A_W04ma wiedzę w zakresie najważniejszych problemów z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów oraz zna ich powiązania z innymi dyscyplinami przyrodniczymi
P1A_W05ma wiedzę w zakresie podstawowych kategorii pojęciowych i terminologii przyrodniczej oraz ma znajomość rozwoju dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów i stosowanych w nich metod badawczych
P1A_W06ma wiedzę w zakresie statystyki i informatyki na poziomie pozwalającym na opisywanie i interpretowanie zjawisk przyrodniczych
P1A_W07ma wiedzę w zakresie podstawowych technik i narzędzi badawczych stosowanych w zakresie dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów
T1A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W04ma szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W06ma podstawową wiedzę o cyklu życia urządzeń, obiektów i systemów technicznych
T1A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W08ma podstawową wiedzę niezbędną do rozumienia społecznych, ekonomicznych, prawnych i innych pozatechnicznych uwarunkowań działalności inżynierskiej
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA_W01ma podstawową wiedzę o cyklu życia urządzeń, obiektów i systemów technicznych
InzA_W03ma podstawową wiedzę niezbędną do rozumienia społecznych, ekonomicznych, prawnych i innych uwarunkowań działalności inżynierskiej
InzA_W05zna typowe technologie inżynierskie w zakresie studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z różnymi problemami obliczeniowymi w ramach analizy sekwencji DNA.
Metody nauczaniaM-1Wykład informacyjny.
M-2Metoda przypadków.
Sposób ocenyS-4Ocena podsumowująca: Ocena końcowa z wykładów z kolokwium zaliczeniowego.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Uzyskanie przynajmniej 50% punktów z kolokwium sprawdzającego znajomość i rozumienie problemów i algorytmów analizy sekwencji DNA.
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaBI_1A_BI-S-O6.3_U01Potrafi zaprogramować wybrane algorytmy dotyczące analiz sekwencji DNA, w szczególności algorytmy oparte na drzewach typu "branch and bound" oraz algorytmy programowania dynamicznego.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówBI_1A_U18potrafi wykorzystywać poznane metody, modele matematyczne oraz symulacje komputerowe do rozwiązywania prostych problemów biologicznych
BI_1A_U09stosuje techniki programowania i języki odpowiednio do przedstawionego problemu, korzysta z wiedzy o różnicach w możliwościach zastosowań środowiska programistycznego, potrafi pod nadzorem opiekuna wykonać aplikację służącą do analizy danych biologicznych
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaP1A_U01stosuje podstawowe techniki i narzędzia badawcze w zakresie dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów
P1A_U02rozumie literaturę z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów w języku polskim; czyta ze zrozumieniem nieskomplikowane teksty naukowe w języku angielskim
P1A_U03wykorzystuje dostępne źródła informacji, w tym źródła elektroniczne
P1A_U04wykonuje zlecone proste zadania badawcze lub ekspertyzy pod kierunkiem opiekuna naukowego
P1A_U08wykorzystuje język naukowy w podejmowanych dyskursach ze specjalistami z wybranej dyscypliny naukowej
P1A_U09umie przygotować w języku polskim i języku obcym dobrze udokumentowane opracowanie problemów z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów
T1A_U01potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych właściwie dobranych źródeł, także w języku angielskim lub innym języku obcym uznawanym za język komunikacji międzynarodowej w zakresie studiowanego kierunku studiów; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie
T1A_U02potrafi porozumiewać się przy użyciu różnych technik w środowisku zawodowym oraz w innych środowiskach
T1A_U05ma umiejętność samokształcenia się
T1A_U07potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
T1A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
T1A_U15potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązania prostego zadania inżynierskiego o charakterze praktycznym, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów oraz wybrać i zastosować właściwą metodę i narzędzia
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA_U01potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
InzA_U07potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązania prostego zadania inżynierskiego o charakterze praktycznym, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów oraz wybrać i zastosować właściwą metodę i narzędzia
InzA_U08potrafi - zgodnie z zadaną specyfikacją - zaprojektować proste urządzenie, obiekt, system lub proces, typowe dla studiowanego kierunku studiów, używając właściwych metod, technik i narzędzi
Metody nauczaniaM-3Metody programowane z użyciem komputera.
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Trzy oceny cząstkowe z wejściówek na laboratoriach.
S-2Ocena formująca: Trzy oceny cząstkowe z programów z laboratoriów.
S-3Ocena podsumowująca: Ocena końcowa za laboratoria jako średnia ważona: wejściówki (40%), programy (60%).
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Uzyskanie przynajmniej 50% wartości średniej ważonej z ocen czątkowych za zadania programistyczne (60% wagi) i krótkie sprawdziany pisemne (40% wagi) na zajęciach laboratoryjnych.
3,5
4,0
4,5
5,0