(57)【要約】【課題】高速に計算でき、また大量のデータを処理できるクオンタイル正規化装置を提供する。【解決手段】クオンタイル正規化装置は、ファイル等から数値データを読み込むデータ入力装置１と、プログラムにより正規化の計算をするプロセッサ２−１，２−２と、正規化されたデータをファイルやディスプレイ等に出力するデータ出力装置３から構成される。クオンタイル正規化の手順では、読み込まれた数値データは、第１の並べ替え部１１，２１、順位付け部１２，２２、平均値計算部１３，２３、全体平均値計算部１５、第２の並べ替え部１４，２４によって処理され、その結果はデータ出力装置３によってファイルに書き出され、あるいは、ディスプレイ等に表示される。【選択図】図１
2008233983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍ行ｎ列（ただし、ｍ、ｎは２以上の整数）の数値データを入力し、Ｐ個（ただし、Ｐは２以上でｎ以下の整数）の数値データに行方向に分割し、各プロセッサに分配するステップと、
各プロセッサで、分配された数値データを列毎に所定の基準で並べ替えるステップと、
各プロセッサでの並べ替え結果と、各数値データの並べ替え前の位置を保存するステップと、
各プロセッサでの並べ替え結果を順位付けし、その順位を保存するステップと、
各プロセッサでの並べ替え結果の、各行の平均値を計算するステップと、
各プロセッサで計算された各行の平均値を１つのプロセッサに集約し、入力データ全体での各行の平均値を計算するステップと、
入力データ全体での各行の平均値を各プロセッサに分配するステップと、
各プロセッサにおいて、入力データ全体での各行の平均値を、保存されている、並べ替え前の位置に並べ替えるステップと、
保存されている、並べ替え前の位置に各プロセッサで並べ替えられた、入力データ全体での各行の平均値をｍ行ｎ列の行列データにまとめ、出力するステップと、
を有するクオンタイル正規化方法。
【請求項２】
入力された数値データの処理するＰ個のプロセッサと、ｍ行ｎ列（ただし、ｍ、ｎは２以上の整数）の数値データを入力し、Ｐ個（ただし、Ｐは２以上でｎ以下の整数）の数値データに行方向に分割し、前記Ｐ個のプロセッサに分配するデータ入力手段と、前記Ｐ個のプロセッサでの処理結果をｍ行ｎ列の行列データにまとめ、出力するデータ出力手段とを有し、
前記各プロセッサは、
分配された数値データを列毎に所定の基準で並べ替える第１の並べ替え、並べ替え結果と、各データの並べ替え前の位置を保存する第１の並べ替え手段と、
並べ替え結果を順位付けし、その順位を保存する順位付け手段と、
並べ替え結果の、各行の平均値を計算する平均値計算手段と、
を有し、
前記Ｐ個のプロセッサのうちの決められた1個のプロセッサは、自己を含む各プロセッサで計算された、並べ替え結果の、各行の平均値から、入力データ全体での各行の平均値を計算し、自己を含む各プロセッサに分配する全体平均値計算手段をさらに有し、
前記各プロセッサは、分配された、入力データ全体での各行の平均値を、保存されている、並べ替え前の位置に並べ替える第２の並べ替え手段をさらに有する、
クオンタイル正規化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クオンタイル正規化（Ｑｕａｎｔｉｌｅ Ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ）方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のクオンタイル正規化処理の一例が非特許文献１に記載されている。従来のシステムは第１の並べ替え手段と順位付け手段と平均値計算手段と第２の並べ替え手段とから構成されている。しかしながら従来は単一のプロセッサ上での動作しか記述されていない。
【０００３】
また、マイクロアレイによる遺伝子等のデータ解析においては、マイクロアレイチップ上の検出プローブ数が、初期の数千個から現在は数百万個と飛躍的に増加しており、正規化のための計算時間が増大していること、記憶容量不足により多数のデータを取扱えないことなどの問題が発生している。
【非特許文献１】Supplementary information for Bolstad, B. M., Irizarry R. A., Astrand, M, and Speed, T. P. (2003) A Comparison of Normalization Methods for High Density Oligonucleotide Array Data Based on Bias and Variance.Bioinformatics 19,2,pp 185-193
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の方法は、一度に大量の数値データを処理すると計算時間が長くかかる問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、処理を高速化でき、また大量のデータを処理できるクオンタイル正規化方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のクオンタイル正規化装置は、入力された数値データの処理するＰ個のプロセッサと、ｍ行ｎ列（ただし、ｍ、ｎは２以上の整数）の数値データを入力し、Ｐ個の数値データに行方向に分割し、前記Ｐ個（ただし、Ｐは２以上でｎ以下の整数）のプロセッサに分配するデータ入力装置と、前記Ｐ個のプロセッサでの処理結果をｍ行ｎ列の行列データにまとめ、出力するデータ出力装置とを有する。
【０００７】
各プロセッサは、分配された数値データを列毎に所定の基準で並べ替え、並べ替え結果と、各データの並べ替え前の位置を保存する第１の並べ替え手段と、並べ替え結果を順位付けし、その順位を保存する順位付け手段と、並べ替え結果の、各行の平均値を計算する平均値計算手段と、を有し、これらプロセッサのうちの決められた1個のプロセッサは、自己を含む各プロセッサで計算された、並べ替え結果の、各行の平均値から、入力データ全体での各行の平均値を計算し、自己を含む各プロセッサに分配する全体平均値計算手段をさらに有し、各プロセッサは、分配された、入力データ全体での各行の平均値を、保存されている、並べ替え前の位置に並べ替える第２の並べ替え手段をさらに有する。
【０００８】
クオンタイル正規化の手順では、各プロセッサに読み込まれた数値データは、第１の並べ替え手段、順位付け手段、平均値計算手段、第２の並べ替え手段によって処理され、その結果はデータ出力手段によりファイルに書き出され、あるいは、ディスプレイ等に表示出力される。
【０００９】
本発明では、並列化できない全体の平均値を求める手段を除く、第１の並べ替え手段、順位付け手段、（プロセッサ毎の）平均値計算手段、および、第２の並べ替え手段の処理を複数のプロセッサに分散して並列処理することによって、高速化、すなわち、計算時間の短縮を図る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、数値データの正規化方法のひとつであるクオンタイル正規化法において、処理を並列化することによって処理を高速化でき、さらに複数のプロセッサを同時に使用するので、記憶装置の総容量が増えることによって、大量のデータを処理できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態のクオンタイル正規化装置は、ファイル等からｍ行ｎ列の数値データを読み込むデータ入力装置１と、プログラム制御により動作し、データ入力装置１から入力された数値データを処理するプロセッサ２−１および２−２と、プロセッサ２−１および２−２での処理結果をファイルに出力したり、ディスプレイ等に表示するデータ出力装置３から構成されている。
【００１３】
プロセッサ２−１は第１の並べ替え部１１と順位付け部１２と平均値計算部１３と第２の並べ替え部１４と全体平均値計算部１５とを含む。プロセッサ２−２も同様に、第１の並べ替え部２１と順位付け部２２と平均値計算部２３と第２の並べ替え部２４とを含む。
【００１４】
全体の平均値の計算は並列化できず、１つのプロセッサで処理しなければならないため、ここではプロセッサ２−１に全体平均値計算部１５が設けられている。
【００１５】
次に、本実施形態のクオンタイル正規化装置の動作を図２のフローチャートを参照して説明する。
【００１６】
データ入力装置１は、正規化すべき数値データを読み込み、そのデータのｎ列分をプロセッサ台数(ここでは２台)で分割してプロセッサ２−１およびプロセッサ２−２に分配する（ステップ１０１）。すなわち、各プロセッサ２−１，２−２は２分のｎ列分のデータ処理を受け持つこととなる。各プロセッサ２−１，２−２の第1の並べ替え部１１および２１は分配された数値データを、列毎に昇順に並べ替え（ステップ１０２）、並べ替え結果と、並べ替え前のデータ位置を記憶装置（不図示）に保存する（ステップ１０３）。順位付け部１２および２２は、昇順で並べ替えられた各データに順位をつけ、その順位を記憶装置に保存する（ステップ１０４）。平均値計算部１３および２３は並べ替えられたデータの各行の平均値を計算し（ステップ１０５）、プロセッサ２−１に送る（ステップ１０６）。全体平均値計算部１５は、平均値計算部１３および２３で計算された平均値を集約し、入力データ全体での各行の平均値を計算して（ステップ１０７）、その結果を各プロセッサ２−１，２−２に分配する（ステップ１０８）。第２の並べ替え部１４および２４では、第１の並べ替え部１１および２１で並べ替えられたデータの元の位置にしたがって、順位付け部１２および２２で得られた順位に基づいて全体平均値計算部１５の結果データをｍ行（ｎ/２）列の行列形式で構成する（ステップ１０９）。データ出力装置３は第２の並べ替え部１４および２４の処理結果を各プロセッサ２−１，２−２から集め、統合し（ｍ行ｎ列にし）ファイルやディスプレイに出力する。
【００１７】
次に、本実施形態の動作を具体的な数値データにより図２および図３により説明する。
【００１８】
まず、データ入力装置１は、入力された、４行４列の数値データ２１０の列を二分割し、二分割した数値データ２２０，２３０をそれぞれプロセッサ２−１、２−２に分配する（ステップ１０１）。次に、各プロセッサ２−１，２−２でステップ１０２〜１０９を実行する。列方向のデータを昇順に並べ替え（ステップ１０２）、並べ替えられたデータ２２１，２３１とともに、データの元の位置２２２，２３２を記憶装置に保存する（ステップ１０３）。さらに、並べ替えられたデータ２２１，２３１を順位付けし、それらの順位２２３，２３３を記憶装置に保存する（ステップ１０４）。次に、並べ替えられたデータ２２１，２３１の各行の平均値２２４，２３４を計算する（ステップ１０５）。各プロセッサ２−１，２−２で計算された各行の平均値２２４，２３４をプロセッサ２−１に集約し（ステップ１０６）、入力データ全体の各行の平均値２４０を求め（ステップ１０７）、その平均値２４０をふたたび全プロセッサ２−１，２−２に分配する（ステップ１０８）。各プロセッサ２−１，２−２で、データの元の位置、順位、行方向の平均値から正規化されたデータ２２５，２３５を生成する（ステップ１０５）。最後に、正規化されたデータはひとつの行列データ２５０としてまとめられ、データ出力装置３でファイルに出力またはディスプレイ等に表示される。
【００１９】
本実施形態では、ステップ１０１〜１０５および１０８が２つのプロセッサ２−１，２−２で並列処理されているため、処理時間を理論上は並列処理しない場合の約２分の１に短縮でき、逆にいえば、約２倍の高速化が見込める。
【００２０】
図４は、本発明の第２の実施形態のクオンタイル正規化装置のブロック図である。本実施形態は、プロセッサの個数を３以上のＰ個に拡張した場合を表している。第２の実施形態のクオンタイル正規化装置は、データ入力装置１と、Ｐ個のプロセッサ２−１、２−２、…、２−Ｐと、データ出力装置３とから構成されている。列全体の平均値を計算する全体平均値計算部１５は、第１の実施形態と同様に便宜上プロセッサ２−１で動作するように記述している。
【００２１】
プロセッサ２−１は第１の並べ替え部１１と順位付け部１２と平均値計算部１３と全体平均値計算部１５と、第２の並べ替え部１４とを含む。プロセッサ２−２も同様に、第１の並べ替え部２１と順位付け部２２と平均値計算部２３と第２の並べ替え部２４とを含む。
プロセッサ２−Ｐも同様に、第１の並べ替え部Ｐ１と順位付け部Ｐ２と平均値計算部Ｐ３と第２の並べ替え部Ｐ４とを含む。
【００２２】
第２の実施形態の動作は第１の実施形態と同様であり、その説明は省略する。
【００２３】
なお、データ入力装置１での分割後の各数値データの列数は異なっていてもよく、また列数が１であってもよい（この場合、行データは１つのため平均値は計算されないが、行データそのものを平均値として扱う）。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明によれば、遺伝子発現データ解析におけるデータや、転写制御等を解析するためのタイリングアレイデータの正規化をするデータ処理装置や正規化をコンピュータに実現するためのプログラムの用途に適用できる。また、遺伝子発現データといった特定のデータだけではなく、ある分布をもつデータの集まりのばらつきを揃えるための正規化を実現する装置やプログラムの用途にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態のクオンタイル正規化装置のブロック図である。
【図２】第１の実施形態のクオンタイル正規化装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施形態のクオンタイル正規化装置の動作を具体的な数値データにより示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のクオンタイル正規化装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００２６】
１                データ入力装置
２−１、２−２、２−Ｐ  プロセッサ
３                データ出力装置
１１、２１、Ｐ１  第１の並べ替え部
１２、２２、Ｐ２  順位付け部
１３、２３、Ｐ３  平均値計算部
１４、２４、Ｐ４  第２の並べ替え部
１５              全体平均値計算部
１０１〜１０９  ステップ
２１０          ４行４列の数値データ
２２０、２３０  二分割した数値データ
２２１、２３１  並べ替えられたデータ
２２２、２３２  データの元の位置
２２３、２３３  並べ替えられたデータの順位
２２４、２３４  並べ替えられたデータの各行の平均値
２４０          入力データ全体の各行の平均値
２２５、２３５  正規化されたデータ
２５０          １つの行列データとしてまとめられた正規化されたデータ
【図１】
2008233983.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008233983.tif 000006