无锁de Bruijn图
分布式、并行与集群计算
2024-01-08 v1 基因组学
摘要
De Bruijn图是用于从头基因组组装算法中最重要的数据结构之一，尤其适用于NGS数据。由于现代计算机核心数量的增加，对并行数据结构和算法的需求日益增长。组装任务是对新生物体基因组进行测序和研究结构性基因组变化不可或缺的一步。近年来，下一代测序（NGS）方法的动态发展使人们有望将全基因组测序变为快速可靠的工具，例如用于医学诊断。然而，当前处理算法的缓慢和计算需求阻碍了这一目标，这促使需要开发更高效的算法。一种尚未充分探索的可能方法是使用量子计算。我们创建了无锁版本的de Bruijn图，以及从读段构建此类图的无锁算法。我们的算法和数据结构旨在利用并行执行线程，不使用互斥锁或其他锁定机制，而是仅使用比较并交换指令和其他原子操作。这使得我们的算法非常快速且高效扩展。本文描述了新的无锁de Bruijn图数据结构及其图构建算法。我们开发了一个C++库并测试其性能，以展示其相比其他可用工具的高速度和可扩展性。
引用
@article{arxiv.2401.02756,
title = {Lock-free de Bruijn graph},
author = {Daniel Górniak and Robert Nowak},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.02756},
year = {2024}
}