第一部分 基本原理和基础知识 3
第1章 生命科学概论 3
1.1 宇宙、地球与生命 3
1.1.1 宇宙学、宇宙大爆炸说 3
1.1.2 地球的早期演变 6
1.1.3 生命的出现和演变 8
1.1.4 一些重大事件和学说 9
1.2 理论核心问题 12
1.2.1 理论核心问题之一：三大基本要素和它们的尺度指标 12
1.2.2 不同尺度下的时空观 14
1.2.3 时空结构中的数学和物理 15
1.2.4 理论核心问题之二：不同学科的综合研究 17
1.2.5 理论核心问题之三：能量的表达和转化 18
1.2.6 能量表达的类型 20
1.3 理论核心问题之四：选择性原理 22
1.3.1 宗教和哲学中的讨论 22
1.3.2 自然科学中的选择性原理 23
1.3.3 选择性原理中的几个关键特征 24
1.3.4 选择性原理中存在第四特征的猜想 25
1.4 信息实在论 27
1.4.1 信息的含义和特征 27
1.4.2 信息实在论和关系实在论 28
1.4.3 不同尺度背景下的科学和哲学 29
第2章 量子理论概述 31
2.1 量子力学 31
2.1.1 从经典力学到量子力学 31
2.1.2 量子力学的数学模型 33
2.1.3 量子力学中的一些基本原理 35
2.1.4 不确定性原理和对它的讨论 37
2.2 原子结构 38
2.2.1 氢原子和类氢原子中的电子运动轨道 38
2.2.2 原子结构的一般理论 41
2.2.3 原子的光谱理论 44
2.3 元素结构周期表 45
2.3.1 元素周期表的排列方式 45
2.3.2 元素结构一览表 47
2.3.3 对表2.3.4中有关参数的分析 48
2.4 量子物理中的几个特殊问题 50
2.4.1 粒子在势能场中的运动 50
2.4.2 几种简单运动的量子特征 51
2.4.3 二态系统和量子的共振问题 54
第3章 量子化学和量子场 58
3.1 化学和量子化学的一些记号 58
3.1.1 化学键 58
3.1.2 基团和分子官能团 60
3.1.3 量子化学的模型和记号 62
3.2 量子化学中的一些计算问题 64
3.2.1 氢原子、氢离子和氢分子的量子化学模型概述 64
3.2.2 有关参数和解的讨论 67
3.2.3 杂化轨道理论 68
3.3 量子场简介 70
3.3.1 量子场的一些基本概念 70
3.3.2 经典动力场和量子动力场的基本运动方程 73
3.3.3 经典动力场的量子化 76
3.3.4 由光子和电磁场所产生的量子场 78
3.3.5 几个问题的补充说明 81
第4章 其他动力学问题 83
4.1 热力学及其基本定律 83
4.1.1 热力学体系 83
4.1.2 热力学第一定律 84
4.1.3 热力学第二、第三定律 86
4.1.4 统计力学对熵函数的计算 87
4.2 量子统计物理学概述 89
4.2.1 粒子系统的量子化 89
4.2.2 理想气体 91
4.2.3 其他微观粒子 93
4.3 几种重要类型的化学反应和电化学 95
4.3.1 酸碱反应 95
4.3.2 氧化和氧化还原反应 97
4.3.3 电化学概述 99
4.3.4 其他类型的化学反应 100
4.4 光电、光化和光合作用 101
4.4.1 太阳能概述 101
4.4.2 光电和光化作用 104
4.4.3 光合作用 106
4.4.4 代谢概述 109
第5章 分子点线图、分子空间结构和拓扑空间 111
5.1 分子点线图 111
5.1.1 点线图的一般定义和性质 111
5.1.2 分子点线图的表示 115
5.1.3 分子点线图的组合和分解及它们在化学反应中的表示 117
5.1.4 分子空间结构的点线图表示 118
5.2 分子空间结构的几何理论 120
5.2.1 分子空间结构的参数系 120
5.2.2 空间四原子点的结构和它们的参数系 122
5.2.3 多原子点结构的几何分析和它们的参数表达 124
5.2.4 不稳定参数的计数问题 126
5.3 坐标系和坐标变换 127
5.3.1 直角坐标系和它的变换 127
5.3.2 直角坐标系和极坐标系 129
5.3.3 欧拉角和旋转变换 131
5.4 拓扑空间和空间多面体 132
5.4.1 集合和拓扑空间 132
5.4.2 多边形和空间多面体 134
5.4.3 一般线性空间理论和生物大分子的空间结构 136
第6章 生物大分子的空间结构分析 139
6.1 总体结构和形态相似性分析 139
6.1.1 对总体结构的讨论 139
6.1.2 空间结构的相似性 140
6.2 生物大分子的空间结构分析-11（形态特征的分析） 143
6.2.1 深度分析和几何计算 143
6.2.2 其他类型深度的定义和性质 146
6.2.3 小球滚动法 147
6.2.4 多面体收缩法 151
6.3 多面体的拟合理论 153
6.3.1 多面体拟合的定义和要求 154
6.3.2 表面的凹、凸的特性指标 155
6.3.3 生物大分子空间结构讨论和分析的意义 157
第7章 随机分析 158
7.1 随机变量和随机系统 158
7.1.1 随机变量及其分布函数 158
7.1.2 主成分分析法和随机控制 162
7.1.3 随机变量的极限性质 163
7.2 几种重要的随机过程 165
7.2.1 随机过程概论 165
7.2.2 独立随机序列 166
7.2.3 泊松过程 167
7.2.4 可加过程 169
7.2.5 对偶过程和首达时间 170
7.2.6 马氏过程的定义 171
7.3 布朗运动和更新过程 174
7.3.1 布朗运动的定义和基本性质 174
7.3.2 布朗运动的极限性质和其他一些分布性质 176
7.3.3 布朗运动的函数变换性质 177
7.3.4 更新过程 178
7.4 复合随机过程 180
7.4.1 复合随机过程概述 180
7.4.2 复合更新过程 181
7.4.3 基因突变序列 181
7.4.4 排队过程 183
7.5 随机微分方程概论 184
7.5.1 随机积分（伊藤积分）和随机微分（伊藤微分） 184
7.5.2 随机微分方程的定义和类型 185
7.5.3 随机微分方程的性质 186
第8章 随机分析应用和神经网络系统 187
8.1 朗之万方程及其应用 187
8.1.1 朗之万方程的定义和求解 187
8.1.2 关于朗之万方程解中参数的讨论 190
8.1.3 涨落分析 191
8.2 随机分析的其他应用 192
8.2.1 基因的突变和比对的随机模型 193
8.2.2 基因的突变和比对中的随机过程 194
8.2.3 基因突变的A-空间理论和应用 196
8.3 神经网络系统概论 197
8.3.1 神经网络系统的一些基本知识 197
8.3.2 NNS的信息处理过程 199
8.3.3 ANNS 200
8.4 ANNS中的基本模型和它们的学习算法 202
8.4.1 感知器的模型和算法 202
8.4.2 HNNS概述 204
8.5 其他类型的智能算法的分类 206
8.5.1 正向和反向的HNNS 206
8.5.2 EM算法及其理论分析 208
8.5.3 EM算法的实例计算 209
8.5.4 其他算法和算法的分类 211
第9章 生物大分子的基本结构 213
9.1 糖和脂 213
9.1.1 糖类概论 213
9.1.2 单糖的结构和类型 214
9.1.3 脂类概论 216
9.2 氨基酸和蛋白质概论 218
9.2.1 氨基酸概论 218
9.2.2 氨基酸的结构和表示 221
9.2.3 肽链和蛋白质 224
9.3 核酸简介 227
9.3.1 核苷酸的分子结构 227
9.3.2 DNA的双链结构模型 229
9.3.3 遗传密码子 231
9.3.4 染色体 232
9.4 细胞概论 234
9.4.1 细胞的类型和结构 234
9.4.2 细胞器概述 235
9.4.3 原核细胞和真核细胞的比较 236
第10章 基因组中的基因识别问题 239
10.1 生物信息学中的核酸序列 239
10.1.1 基因组概述 239
10.1.2 不同类型核酸序列的结构分析 242
10.1.3 基因组的其他重要功能特征 245
10.2 基因组和染色体的补充性质 246
10.2.1 DNA和蛋白质的组合与混合结构 246
10.2.2 细胞的有丝分裂和RNA的结构分析 248
10.3 原核生物基因组的基因识别问题 249
10.3.1 原核生物的基因识别 249
10.3.2 ORF序列的定义和生成算法 251
10.3.3 对基因识别问题的讨论 252
第二部分 信息动力学和分子动力学 257
第11章 ID概论和一级结构的ID分析 257
11.1 ID概论 257
11.1.1 数据库的类型和特征 257
11.1.2 ID的基本方法之一：信息统计法 259
11.1.3 ID的基本方法之二：组合分析法 262
11.1.4 一级结构的词法和句法分析 263
11.2 蛋白质一级结构的ID分析 266
11.2.1 蛋白质一级结构数据库的选择和特征数的计算 266
11.2.2 蛋白质一级结构的ID运动方程 268
11.2.3 IDF的频谱分析 271
11.2.4 有关频谱分析的讨论和思考 273
11.3 基因组的ID分析（信息统计法） 274
11.3.1 概论 274
11.3.2 IDF的计算结果和分析 276
11.3.3 由基因组IDF所产生的词和词法分析 279
11.3.4 基因组ID分析的组合分析法 281
11.4 原核生物的基因识别问题 284
11.4.1 CDS和ORF序列的数据结构 285
11.4.2 原核生物的基因识别计算 286
11.4.3 基因识别的IDF法 288
第12章 蛋白质的三维结构分析 290
12.1 氨基酸的空间结构分析 290
12.1.1 氨基酸的空间结构模型 290
12.1.2 花盆和花架空间结构的参数分析 292
12.1.3 氨基酸花枝（侧链）的空间结构特征分析 295
12.1.4 氨基酸空间结构的其他计算方法 298
12.2 蛋白质主链的三维结构ID分析 300
12.2.1 蛋白质的主链结构 300
12.2.2 三角形拼接带中的一些其他性质 303
12.2.3 中位点曲线的一般性质 306
12.3 中位点曲线和蛋白质二级结构分析 309
12.3.1 在二级结构分析中的一般分析 309
12.3.2 对α螺旋结构的分析 310
12.3.3 对β折叠结构的分析 312
12.3.4 中位点曲线的应用 316
12.3.5 其他二级结构类型和性质 320
12.3.6 二肽的折叠系数 322
第13章 蛋白质的空间形态的ID分析 326
13.1 蛋白质的空间形态的ID分析方法 326
13.1.1 有关蛋白质的总体结构和相似性指标的计算 326
13.1.2 深度计算结果 327
13.1.3 深度倾向性因子 329
13.1.4 深度倾向性因子的拟合和预测 331
13.2 蛋白质形态特征的实例分析 335
13.2.1 蛋白质总体形态特征参数的实例分析 335
13.2.2 利用小球滚动法对蛋白质空间结构特征的分析 340
13.2.3 多面体拟合和多面体收缩法的实例分析 341
13.2.4 关于多面体的拟合问题 343
第14章 核酸序列的空间结构分析 345
14.1 RNA的二级结构预测和空间结构分析 345
14.1.1 RNA概述 345
14.1.2 二级结构的动力学分析 347
14.1.3 RNA二级结构的性质和预测算法 348
14.2 核酸的空间结构 351
14.2.1 核酸序列分析概论 351
14.2.2 分子官能团［OCCCOP］的空间结构分析 353
14.2.3 核苷酸的其他空间结构分析 355
14.3 组蛋白的空间结构分析 357
14.3.1 DNA的单链结构分析 357
14.3.2 DNA双链的空间结构分析 360
14.3.3 混合结构分析 362
第15章 键动力学 364
15.1 键的分析 364
15.1.1 键的类型 364
15.1.2 键的作用 366
15.1.3 生物大分子中键的类型分析 367
15.2 对生物大分子中非固定键的搜索和分析 368
15.2.1 不同类型键的搜索和分析 368
15.2.2 不同分子的动力学倾向性因子 372
15.3 蛋白质分子结构的讨论 375
15.3.1 问题的由来 376
15.3.2 产生一些特殊肽链的可能性 377
15.3.3 有关蛋白质结构的讨论 378
第16章 生物大分子的空间结构形成和预测 380
16.1 空间结构形成中的基本原理 380
16.1.1 Anfinsen原理 380
16.1.2 生物大分子A在水溶液中的随机运动 381
16.1.3 分子聚合团说 382
16.1.4 二级结构的预测问题 383
16.2 三维结构预测的随机模拟算法 385
16.2.1 三维结构的随机运动模型 385
16.2.2 二级结构的空间坐标 386
16.2.3 三维空间结构的随机运动模型 388
16.3 关于复杂度和算法理论的讨论 390
16.3.1 复杂度问题 390
16.3.2 RNA的空间结构预测问题 391
16.3.3 模拟退火算法 392
第17章 其他动力学的分析 394
17.1 水和水溶液中分子的动力学分析 394
17.1.1 水和水分子的基本特征和参数 394
17.1.2 分子碰撞的动力学分析 395
17.1.3 布朗粒子的动力学特征 397
17.2 水溶液中的分子动力学 399
17.2.1 分子碰撞的动力学因素 399
17.2.2 关于碰撞次数的估计 400
17.2.3 碰撞中的动力学模型 401
17.2.4 其他运动特征的计算和分析 404
17.3 生化反应中的能量问题 407
17.3.1 热力学中的能量指标 407
17.3.2 可逆反应和化学平衡 409
17.3.3 一些重要生化反应的动力学分析 409
17.4 分子的振动理论 411
17.4.1 概论 411
17.4.2 二原子分子振动的计算 412
17.4.3 分子振动的测量 414
第三部分 动力学分析的应用 419
第18章 神经网络系统（NNS）和智能计算 419
18.1 神经元的基本特征 419
18.1.1 离子和离子的类型 419
18.1.2 细胞膜的结构特征 420
18.1.3 跨膜蛋白的实例分析 421
18.1.4 神经元的状态运动 423
18.2 NNS和它的子系统 425
18.2.1 子系统的类型 425
18.2.2 初级感知器 427
18.2.3 不同子系统的关系结构图 429
18.2.4 NNS中的其他特征 430
18.2.5 高级子系统的实例分析 432
18.3 神经元状态的随机分析 434
18.3.1 随机分析中的有关参数 434
18.3.2 确定神经元运动状态的随机模型 434
18.3.3 神经元中的电位、电流的随机过程 436
18.3.4 神经元电位、电流变化的示意图 436
第19章 NNS和智能计算中的若干理论问题 439
19.1 玻尔兹曼机和它的学习理论 439
19.1.1 智能计算概论 439
19.1.2 玻尔兹曼机（以下简记B-机）的运动模型 440
19.1.3 B-机的学习理论 442
19.1.4 研究B-机的意义 444
19.2 人、机的竞争和博弈 445
19.2.1 指标分析 445
19.2.2 神经科学研究中的一些问题 447
19.2.3 和信息科学理论的结合 448
19.2.4 智能计算的未来目标 450
19.3 Alignment空间（A-空间）中的广义纠错码 450
19.3.1 A-空间和广义纠错码 450
19.3.2 广义纠错码的编、译码算法 453
19.4 广义纠错码在生物智能计算中的应用 454
19.4.1 DNA计算和HPP问题 454
19.4.2 HPP的DNA操作 455
19.4.3 广义纠错码的应用 457
第20章 酶和酶动力学 458
20.1 蛋白质的补充性质 458
20.1.1 蛋白质的类型 458
20.1.2 蛋白质的活性中心 460
20.1.3 血红蛋白简介 461
20.2 酶学概论 464
20.2.1 酶的发现和特性 464
20.2.2 酶的命名分类 466
20.2.3 按作用对象的分类 467
20.2.4 酶学杂谈 469
20.2.5 酶的实例分析 470
20.3 酶催化效率的动力学分析 472
20.3.1 酶的催化原理 472
20.3.2 酶催化反应的动力学方程 473
20.3.3 酶动力学的微观分析 476
20.3.4 酶动力学中的分子振动分析 477
20.4 酶的应用和酶工程学概述 479
20.4.1 酶的工业生产 479
20.4.2 酶的应用 481
20.4.3 酶在一些前沿科学研究中的应用 482
第21章 免疫系统和病毒 484
21.1 免疫系统概述 484
21.1.1 子系统和它们的类型 484
21.1.2 免疫分子和免疫细胞 485
21.1.3 免疫球蛋白的空间结构 487
21.1.4 对免疫功能的分析 488
21.2 病毒概述 489
21.2.1 病毒的结构和类型 490
21.2.2 病毒的传播和入侵 491
21.2.3 病毒的变异和分析 492
21.3 病毒变异的实例分析 493
21.3.1 对SARS病毒的分析 493
21.3.2 拓扑网络图的正交分解理论 495
21.3.3 HIV-II基因组的突变分析 496
21.3.4 HIV-II基因组的拓扑网络结构图和分析 497
第22章 对第三代生物能源的可行性分析 500
22.1 关于生物能源的讨论 500
22.1.1 能源问题概论 500
22.1.2 第三代生物能源 501
22.1.3 可行性问题的探讨 502
22.2 技术路线图 503
22.2.1 理论分析 504
22.2.2 关于水解酶的搜索 504
22.2.3 其他类型的反应 505
22.3 从科学幻想到科学奇迹 507
22.3.1 由信息论和信息科学发展所得到的启示 507
22.3.2 生命科学和智能计算的结合 507
22.3.3 生命科学和生物能源的结合 508
第四部分 附录 511
附录一 重要符号的说明 511
A.1 不同类型符号的说明 511
A.1.1 英文大、小写字母的表示 511
A.1.2 希腊字母的表示 512
A.1.3 字母与数字的联用表示 513
A.2 有关数学公式的表示 515
A.2.1 r.v.的p.d.与特征数 515
A.2.2 一些数学公式与符号 517
A.2.3 空间多面体与图的记号 517
A.3 常见的物理量记号、量纲与度量单位 518
A.3.1 物理量的量纲和单位 518
A.3.2 量子物理中的一些记号 519
附录二 重要参数与度量指标 521
B.1 基本常数、参数与单位 521
B.1.1 基本常数与SI词头 521
B.1.2 能量单位与换算表 522
B.2 尺度指标 524
B.2.1 大小、能量与数量的尺度指标 524
B.2.2 大小、能量与数量尺度的其他表示法 525
B.2.3 时间与能量尺度 527
B.3 一些特殊的指标尺度 530
B.3.1 水与水溶液中的一些尺度指标 530
B.3.2 与病毒、细胞有关的尺度指标 531
B.3.3 与生物能有关的数据 533
B.4 有关细胞与NNS中的一些数据信息 534
B.4.1 细胞膜的有关数据信息 535
B.4.2 人体初级感知器中的有关数据信息 536
B.4.3 一些有趣的尺度数据 537
参考文献 539