Deep learning in bioinformatics: Introduction, application, and perspective in the big data era

深度学习 人工智能 计算机科学 可解释性 大数据 自编码 机器学习 过度拟合 领域(数学) 深层神经网络 卷积神经网络 数据科学 人工神经网络 数据挖掘 数学 纯数学
作者
Yu Li,Chao Huang,Lizhong Ding,Zhongxiao Li,Yijie Pan,Xin Gao
出处
期刊:Methods [Elsevier BV]
卷期号:166: 4-21 被引量:323
标识
DOI:10.1016/j.ymeth.2019.04.008
摘要

Deep learning, which is especially formidable in handling big data, has achieved great success in various fields, including bioinformatics. With the advances of the big data era in biology, it is foreseeable that deep learning will become increasingly important in the field and will be incorporated in vast majorities of analysis pipelines. In this review, we provide both the exoteric introduction of deep learning, and concrete examples and implementations of its representative applications in bioinformatics. We start from the recent achievements of deep learning in the bioinformatics field, pointing out the problems which are suitable to use deep learning. After that, we introduce deep learning in an easy-to-understand fashion, from shallow neural networks to legendary convolutional neural networks, legendary recurrent neural networks, graph neural networks, generative adversarial networks, variational autoencoder, and the most recent state-of-the-art architectures. After that, we provide eight examples, covering five bioinformatics research directions and all the four kinds of data type, with the implementation written in Tensorflow and Keras. Finally, we discuss the common issues, such as overfitting and interpretability, that users will encounter when adopting deep learning methods and provide corresponding suggestions. The implementations are freely available at https://github.com/lykaust15/Deep_learning_examples.
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