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本课程属于：048-宏基因组分析特征学习任务 生物信息学与 AI 制药工程 · 共 20 门相关课程，组合学习更完整。
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大规模宏基因组数据GPU加速教程

共计 30 章节
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01
宏基因组学概述
宏基因组学定义 · 研究意义 · 数据特点与挑战
宏基因组学概述宏基因组学定义
02
GPU计算基础
GPU架构简介 · CUDA编程模型 · GPU与CPU比较
GPU计算基础
03
数据预处理概览
原始测序数据格式（FASTQ） · 质量控制（FastQC · Trimmomatic）
数据预处理概览FASTQ
04
GPU加速的质量控制
使用GPU并行处理FASTQ文件 · 快速q-score过滤 · 适配器裁剪
GPU加速的质量控制
05
序列比对基础
BWA · Bowtie2原理 · SAM/BAM格式
序列比对基础BWA
06
GPU加速序列比对
NVIDIA Clara Parab… · GATK GPU加速 · 全基因组比对
GPU加速序列比对
07
宏基因组组装基础
de Bruijn图 · 重叠群(contig) · 常用工具MEGAHIT
宏基因组组装基础de
08
GPU加速组装
MEGAHIT GPU版 · metaSPAdes GPU优化 · 并行组装策略
GPU加速组装
09
分箱(Binning)基础
基于丰度与组成的聚类 · 常用工具MetaBAT · MaxBin
Binning分箱
10
GPU加速分箱
use of GPU k-means · DBSCAN加速 · 大规模样本分箱优化
GPU加速分箱
11
基因预测与注释
Prodigal · DIAMOND · KEGG/COG数据库注释
基因预测注释
12
GPU加速序列搜索
DIAMOND的GPU模式 · GPU加速BLAST · 大规模搜索优化
GPU加速序列搜索
13
宏基因组分类学
基于k-mer的方法（Kraken2 · Bracken） · 基于标记基因（MetaPhlAn）
宏基因组分类学k-mer
14
GPU加速分类学分类
Kraken2 GPU版本 · 并行查询 · 内存与速度平衡
GPU加速分类学分类
15
物种丰度估算
Bracken · MetaPhlAn统计原理 · GPU加速丰度矩阵计算
物种丰度估算Bracken
16
功能注释与通路分析
HUMAnN · PICRUSt · 代谢通路重建
功能注释通路分析
17
GPU加速功能注释
并行HMM搜索（HMMER GPU） · 大规模蛋白质家族注释
GPU加速功能注释
18
比较宏基因组学
Alpha/Beta多样性 · PCoA · NMDS
比较宏基因组学Alpha/Beta
19
GPU加速统计计算
使用cuDF · cuML进行主成分分析 · ANOSIM
GPU加速统计计算
20
深度学习在宏基因组中的应用
CNN识别抗菌肽 · LSTM预测基因功能
深度学习宏基因组
21
GPU加速深度学习训练
TensorFlow/PyTorch…
GPU加速深度学习训练
22
多GPU与分布式训练
数据并行 · 模型并行 · 使用Horovod
GPU分布式训练
23
内存优化
显存管理 · 梯度累积 · 混合精度训练（AMP）
内存优化显存管理
24
数据加载加速
使用NVIDIA DALI处理测序数… · IO瓶颈消除
数据加载加速NVIDIA
25
容器化与集群部署
Docker/Singularity… · Slurm作业提交GPU节点
容器化集群部署
26
性能调优
Profiling工具（NVIDIA… · Nsight Compute） · 瓶颈分析
性能调优Profiling
27
案例实战1
人类肠道宏基因组数据从头组装与分类 · 使用GPU加速全流程
案例实战1人类肠道宏基因组…
28
案例实战2
海洋宏转录组数据功能注释与比较分析 · GPU加速DIAMOND+HMMER
案例实战2海洋宏转录组数据…
29
常见问题与避坑
显存不足 · 库版本冲突 · 数据预处理遗漏
常见问题避坑
30
总结与展望
未来GPU加速宏基因组方向（实时分析 · 云端交付 · 新架构）
GPU未来