Model Based Inference in the Life Sciences

Model Based Inference in the Life Sciences pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:David R. Anderson
出品人:
页数:212
译者:
出版时间:2007-12-17
价格:USD 39.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780387740737
丛书系列:
图书标签:
  • 生物统计学
  • 生物信息学
  • 统计建模
  • 贝叶斯推断
  • 生态学
  • 进化生物学
  • 流行病学
  • 数理生物学
  • 模型选择
  • 参数估计
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具体描述

This textbook introduces a science philosophy called "information theoretic" based on Kullback-Leibler information theory. It focuses on a science philosophy based on "multiple working hypotheses" and statistical models to represent them. The text is written for people new to the information-theoretic approaches to statistical inference, whether graduate students, post-docs, or professionals. Readers are however expected to have a background in general statistical principles, regression analysis, and some exposure to likelihood methods. This is not an elementary text as it assumes reasonable competence in modeling and parameter estimation.

《生命科学中的模型驱动推断:一套严谨的分析框架》 这本书是一部深入探讨生命科学领域复杂数据分析方法的开创性著作。它为研究人员提供了一个系统性的框架,旨在通过构建和应用先进的模型,从海量、异质的生物学数据中提取深刻的洞见。本书并非关于特定的生物学发现,而是聚焦于一套通用的、强大的推断方法论,使读者能够以更具结构化和科学严谨性的方式来理解生命系统的运作。 本书的核心理念在于,理解生命现象的内在机制,需要超越简单的描述性统计,进入到一个更高层次的解释性模型构建过程。生命科学研究往往面对着高度非线性的相互作用、潜在的隐藏变量以及固有的随机性。传统的数据分析方法可能难以捕捉这些复杂性,而模型驱动的推断则提供了一种更有力的工具,能够模拟、预测并最终解释这些过程。 核心内容与结构: 本书将引导读者穿越一系列关键的模型构建和推断技术。它从基础的统计建模概念入手,逐步深入到更复杂的概率图模型、贝叶斯推断、因果推断以及机器学习在生命科学中的应用。 第一部分:建模基础与概率视角 量化生命世界的变异性: 这一部分将介绍生命科学数据中固有的不确定性和变异性,并阐述为何需要概率模型来准确描述这些现象。读者将学习如何从数据中量化不确定性,以及理解随机过程在生物学中的普遍性。 构建解释性模型: 本书强调模型的“解释性”而非仅仅是“预测性”。读者将学习如何根据生物学先验知识和数据特征,构建具有生物学意义的模型。这包括对模型假设的清晰定义、模型参数的解释以及模型选择的原则。 从数据到洞见的桥梁: 介绍贝叶斯定理作为推断的核心工具,解释如何利用先验知识和观测数据来更新我们对模型参数的信念。这为理解模型的不确定性提供了强大的理论基础。 第二部分:高级建模技术与生命系统模拟 概率图模型的威力: 深入探讨图形模型,如贝叶斯网络和马尔可夫随机场,展示它们如何有效地表示变量之间的复杂依赖关系。例如,在基因调控网络、蛋白质相互作用网络或生态系统模型中,这些模型能够清晰地描绘出各组件之间的相互作用模式。 层次模型与群体效应: 讲解如何构建层次模型来处理数据的嵌套结构(例如,同一基因在不同个体、不同时间点的表达),以及如何推断群体层面的规律。这对于理解疾病的遗传基础、药物反应的个体差异等至关重要。 因果推断的严谨性: 区分关联与因果,介绍因果图模型、倾向性评分匹配和工具变量法等方法,帮助研究人员在观察性数据中尽可能地推断出真实的因果关系。在生命科学中,理解环境因素、基因变异或治疗干预的真实因果效应是制定有效策略的关键。 模型评估与验证: 强调模型性能的评估和外部验证的重要性。读者将学习如何使用交叉验证、信息准则以及其他统计检验来评估模型的拟合优度和泛化能力,确保模型结果的可靠性。 第三部分:机器学习赋能的推断与前沿应用 机器学习作为建模工具: 探讨如何将支持向量机、随机森林、神经网络等机器学习方法,作为灵活的建模工具,用于发现数据中的复杂模式,并从中提取有意义的生物学信息。 深度学习与高维数据: 针对生命科学中日益增长的高维数据(如基因组学、蛋白质组学、图像数据),介绍深度学习模型的应用,如卷积神经网络(CNNs)用于生物图像分析,循环神经网络(RNNs)用于序列数据(如DNA、RNA)的分析。 集成学习与模型融合: 介绍集成学习技术,如何通过组合多个模型来提高预测精度和鲁棒性,克服单一模型的局限性。 案例研究与实践指导: 书中将穿插生命科学各领域的实际案例,展示如何将这些模型驱动的推断方法应用于具体问题,例如: 系统生物学: 构建细胞信号传导通路模型,理解药物作用机制。 基因组学与表观遗传学: 推断基因调控网络,识别疾病相关的遗传标记。 流行病学: 建模疾病传播动态,预测疫情趋势,评估干预措施效果。 生态学: 构建物种相互作用网络,预测生态系统响应。 神经科学: 分析大脑活动数据,揭示神经回路的功能。 本书的目标读者: 本书适用于生命科学领域的博士研究生、博士后研究人员、以及有志于提升数据分析和模型构建能力的独立研究者。它对读者具有一定的数学和统计学基础有一定要求,但本书的设计旨在使理论与实践相结合,通过清晰的阐述和丰富的例子,降低学习曲线。 本书的价值: 《生命科学中的模型驱动推断:一套严谨的分析框架》将成为生命科学研究人员手中不可或缺的参考工具。它不仅提供了一套强大的统计和计算方法,更重要的是,它培养了一种科学思维方式:从数据中构建可解释的模型,以严谨的推断来揭示生命现象的深层奥秘。通过掌握本书所教授的技能,研究人员将能够更有效地设计实验,更深入地解读数据,最终加速生命科学领域的知识发现和创新。

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读后感

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用户评价

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我从一位资深数据科学顾问的立场来评价这本书。在当今数据爆炸的时代,生命科学领域迫切需要能够驾驭复杂非线性关系和高维特征的工具。这本书恰好提供了这样一套精妙的工具箱,但它超越了传统数据科学书籍的范畴,因为它将所有的技术讨论都锚定在了生命现象的内在机理探索上。它教导读者如何用模型作为探针,去揭示那些隐藏在噪声之下的生物学真相,而不是仅仅优化一个评估指标。特别是书中关于因果推断模型在处理干预效应时的论述,为我在设计前瞻性生物标志物验证研究时提供了极大的启发。这本书的深度,使得它能够成为连接理论统计学家和应用生物科学家的重要文献。它促使我们思考,我们的模型是否真的反映了我们所研究的生物系统的真实运作规律,而不是仅仅拟合了观测数据。这种对“真实性”的执着追求,使得这本书的价值经久不衰。

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好的,下面是针对您提到的那本书,以一个读者的身份撰写的五段不同风格的图书评价,每段都力求详尽且各具特色。 --- 这本书的出版,对我这样深耕于生物统计领域的研究者来说,无疑是一场及时的知识盛宴。首先,我必须赞扬其在方法论上的严谨性与前瞻性。它不仅仅停留在对现有模型的简单罗列,而是深入剖析了“基于模型”这一哲学观在复杂生命科学数据分析中的核心价值。书中对贝叶斯框架的阐述,尤其是在处理高维稀疏数据和时间序列分析时的应用,提供了许多教科书鲜有提及的细节洞察。我特别欣赏作者如何巧妙地将理论推导与实际的生物学问题(例如基因调控网络的推断、药物反应的个体化预测)相结合。每一次阅读,都像是进行了一次深度思维的训练,迫使我重新审视自己过去处理数据时的潜在假设。对于那些希望从“描述性统计”跃升至“因果性推理”层面的同行来说,这本书提供了一个坚实的、可操作的理论基石。它成功地搭建了数学严谨性与生物学直觉之间的桥梁,使得复杂的统计工具不再是高不可攀的象牙塔,而是解决实际科学难题的有效武器。这种将数学工具的“为什么”和“如何用”都讲透彻的能力,是区分优秀学术著作与普通教材的关键所在。

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我以一个生物信息学博士生的视角来审视这本书,坦白说,初读时感到了一丝挑战,但坚持下去后,收获是巨大的。这本书的行文风格非常学术化,逻辑链条紧密得几乎不留喘息之机,它要求读者具备扎实的概率论和线性代数基础。然而,正是这种高强度的内容密度,让它在众多浮于表面的“应用指南”中脱颖而出。书中关于模型选择与模型比较的章节,为我在处理具有内在层级结构的生物数据(比如多组学整合分析)时提供了清晰的决策框架。我特别关注了它对模型不确定性量化的讨论,这在临床转化研究中至关重要——我们不能只给出一个点估计,更需要知道这个估计的可靠边界。作者没有回避模型假设失效时的处理策略,这体现了高度的科学诚信。尽管个别复杂的推导需要我反复对照参考资料才能完全消化,但这正是我所期待的深度,它极大地拓展了我对“建模”二字内涵的理解,远超出了我以往接触的任何标准研究生教材。

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这本书的编排方式有一种独特的节奏感,它并非线性叙事,更像是一系列相互支撑的深度专题报告汇集而成。对于那些在特定领域遇到瓶颈的研究人员,这本书的价值在于其广阔的视角。比如,对于处理具有内在时空依赖性的发育生物学数据,书中对状态空间模型和隐马尔可夫模型的细致梳理,提供了超越标准回归分析的全新思路。我个人非常欣赏作者在引入新概念时所采用的“先提出问题、再展示模型如何解决”的叙事结构,这使得抽象的数学概念变得具象化。虽然某些章节的数学符号密集度令人望而却步,但作者总能在关键节点提供精辟的文字总结,帮助读者把握住核心思想。这使得即便是跨学科的读者,也能通过抓住这些“锚点”来理解模型背后的生物学意义。它不是一本可以轻松翻阅的书,但绝对是一本值得反复研读、每次都能挖掘出新层次的宝藏。

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从一名致力于转化医学研究的临床科学家的角度来看,这本书的实用价值在于其强调的“可解释性”和“稳健性”。在临床环境中,模型不仅要准确,更重要的是要能让临床医生理解其决策依据,并能在面对新病人数据时保持稳定输出。这本书深入探讨了如何构建既能捕捉生物学复杂性,又能在有限临床数据下保持良好泛化能力的统计模型。例如,它对层次模型的阐述,完美契合了我们在处理来自不同医院、不同批次数据的需求,能够有效地分离出技术误差与真实生物学变异。比起那些只关注预测精度的黑箱模型,这本书教导我们如何构建“透明的”推理框架。我发现书中对于模型验证和敏感性分析的讨论尤为中肯,它提醒我们,任何基于模型的结论都必须经过严格的交叉检验和情景分析,才能最终指向临床实践的改进。这种务实与严谨并重的态度,使得这本书成为我案头必备的参考手册。

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