File size: 5,421 Bytes
cab60db
3ffebe8
 
 
 
ce76895
f1e60b9
cab60db
396e0c2
3ffebe8
ce76895
3ffebe8
 
 
cab60db
f1e60b9
3ffebe8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
cab60db
3ffebe8
 
f1e60b9
3ffebe8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
f1e60b9
3ffebe8
 
 
396e0c2
 
f1e60b9
3ffebe8
 
 
 
f1e60b9
3ffebe8
 
 
396e0c2
ce76895
 
3ffebe8
 
 
 
 
cab60db
396e0c2
 
 
 
ce76895
396e0c2
cab60db
ce76895
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3ffebe8
 
 
 
ce76895
 
3ffebe8
f1e60b9
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
396e0c2
3ffebe8
 
 
396e0c2
 
 
 
f1e60b9
 
396e0c2
f1e60b9
 
 
 
 
 
932e9d2
f1e60b9
 
 
 
396e0c2
f1e60b9
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
import streamlit as st
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import random
from scipy.stats import entropy as scipy_entropy
import time
from matplotlib.animation import FuncAnimation

# --- НАСТРОЙКИ ---
seqlen = 60
steps = 120
min_run, max_run = 1, 2
ANGLE_MAP = {'A': 60.0, 'C': 180.0, 'G': -60.0, 'T': -180.0, 'N': 0.0}
bases = ['A', 'C', 'G', 'T']

# Функции остаются такими же
def find_local_min_runs(profile, min_run=1, max_run=2):
    result = []
    N = len(profile)
    i = 0
    while i < N:
        run_val = profile[i]
        run_length = 1
        while i + run_length < N and profile[i + run_length] == run_val:
            run_length += 1
        if min_run <= run_length <= max_run:
            result.append((i, i + run_length - 1, run_val))
        i += run_length
    return result

def bio_mutate(seq):
    r = random.random()
    if r < 0.70:
        idx = random.randint(0, len(seq)-1)
        orig = seq[idx]
        prob = random.random()
        if orig in 'AG':
            newbase = 'C' if prob < 0.65 else random.choice(['T', 'C'])
        elif orig in 'CT':
            newbase = 'G' if prob < 0.65 else random.choice(['A', 'G'])
        else:
            newbase = random.choice([b for b in bases if b != orig])
        seq = seq[:idx] + newbase + seq[idx+1:]
    elif r < 0.80:
        idx = random.randint(0, len(seq)-1)
        ins = ''.join(random.choices(bases, k=random.randint(1, 3)))
        seq = seq[:idx] + ins + seq[idx:]
        if len(seq) > seqlen:
            seq = seq[:seqlen]
    elif r < 0.90:
        if len(seq) > 4:
            idx = random.randint(0, len(seq)-2)
            dell = random.randint(1, min(3, len(seq)-idx))
            seq = seq[:idx] + seq[idx+dell:]
    else:
        if len(seq) > 10:
            start = random.randint(0, len(seq)-6)
            end = start + random.randint(3,6)
            subseq = seq[start:end]
            subseq = subseq[::-1]
            seq = seq[:start] + subseq + seq[end:]
    while len(seq) < seqlen:
        seq += random.choice(bases)
    if len(seq) > seqlen:
        seq = seq[:seqlen]
    return seq

def compute_autocorr(profile):
    profile = profile - np.mean(profile)
    result = np.correlate(profile, profile, mode='full')
    result = result[result.size // 2:]
    norm = np.max(result) if np.max(result)!=0 else 1
    return result[:10]/norm

def compute_entropy(profile):
    vals, counts = np.unique(profile, return_counts=True)
    p = counts / counts.sum()
    return scipy_entropy(p, base=2)

# --- Streamlit интерфейс ---
st.title("🧬 Эволюция ДНК-подобной последовательности")
st.markdown("Модель визуализирует мутации и анализирует структуру последовательности во времени.")

# Кнопка запуска симуляции
if st.button("▶️ Запустить симуляцию"):
    seq = ''.join(random.choices(bases, k=seqlen))
    stat_bist_counts = []
    stat_entropy = []
    stat_autocorr = []

    plot_placeholder = st.empty()

    # Создание фигуры и осей
    fig, axs = plt.subplots(3, 1, figsize=(10, 8))
    plt.subplots_adjust(hspace=0.45)

    # Начальная инициализация для графиков
    line1, = axs[0].plot([], [], color='royalblue', label="Торсионный угол")
    runs_patch = axs[0].axvspan(0, 0, color="red", alpha=0.3)
    line2, = axs[1].plot([], [], '-o', color='crimson', markersize=4)
    bar = axs[2].bar([], [], color='teal', alpha=0.7)

    axs[0].set_ylim(-200, 200)
    axs[0].set_xlabel("Позиция")
    axs[0].set_ylabel("Торсионный угол (град.)")
    axs[0].set_title(f"Шаг 0: {seq}")
    axs[0].legend()

    axs[1].set_xlabel("Шаг")
    axs[1].set_ylabel("Число машин")
    axs[1].set_ylim(0, 10)
    axs[1].set_title("Динамика: число 'биомашин'")

    axs[2].set_xlabel("Лаг")
    axs[2].set_ylabel("Автокорреляция")
    axs[2].set_title("Автокорреляция углового профиля")

    def update(frame):
        nonlocal seq
        if frame != 0:
            seq = bio_mutate(seq)
        torsion_profile = np.array([ANGLE_MAP.get(nt, 0.0) for nt in seq])
        runs = find_local_min_runs(torsion_profile, min_run, max_run)
        stat_bist_counts.append(len(runs))
        ent = compute_entropy(torsion_profile)
        stat_entropy.append(ent)
        acorr = compute_autocorr(torsion_profile)

        # Обновление графиков
        line1.set_data(range(len(torsion_profile)), torsion_profile)
        for start, end, val in runs:
            runs_patch.set_xy([(start, -200), (end, -200), (end, 200), (start, 200)])
        line2.set_data(range(len(stat_bist_counts)), stat_bist_counts)
        for i, b in enumerate(acorr[:6]):
            bar[i].set_height(b)
        
        axs[0].set_title(f"Шаг {frame}: {seq}\nЧисло машин: {len(runs)}, энтропия: {ent:.2f}")
        axs[2].text(0.70, 0.70, f"Энтропия: {ent:.2f}", transform=axs[2].transAxes)
        
        return line1, runs_patch, line2, bar

    ani = FuncAnimation(fig, update, frames=range(steps), blit=True, interval=100)

    # Показ анимации в Streamlit
    plot_placeholder.pyplot(fig)