Optimizing weighted gene co-expression network analysis with a multi-threaded calculation of the topological overlap matrix

邻接矩阵 计算机科学 邻接表 基质(化学分析) 表达式(计算机科学) 功能(生物学) 多处理 理论计算机科学 算法 数据挖掘 图形 并行计算 生物 复合材料 进化生物学 材料科学 程序设计语言
作者
Min Shuai,Dongmei He,Xin Chen
出处
期刊:Statistical Applications in Genetics and Molecular Biology [De Gruyter]
卷期号:20 (4-6): 145-153 被引量:11
标识
DOI:10.1515/sagmb-2021-0025
摘要

Biomolecular networks are often assumed to be scale-free hierarchical networks. The weighted gene co-expression network analysis (WGCNA) treats gene co-expression networks as undirected scale-free hierarchical weighted networks. The WGCNA R software package uses an Adjacency Matrix to store a network, next calculates the topological overlap matrix (TOM), and then identifies the modules (sub-networks), where each module is assumed to be associated with a certain biological function. The most time-consuming step of WGCNA is to calculate TOM from the Adjacency Matrix in a single thread. In this paper, the single-threaded algorithm of the TOM has been changed into a multi-threaded algorithm (the parameters are the default values of WGCNA). In the multi-threaded algorithm, Rcpp was used to make R call a C++ function, and then C++ used OpenMP to start multiple threads to calculate TOM from the Adjacency Matrix. On shared-memory MultiProcessor systems, the calculation time decreases as the number of CPU cores increases. The algorithm of this paper can promote the application of WGCNA on large data sets, and help other research fields to identify sub-networks in undirected scale-free hierarchical weighted networks. The source codes and usage are available at https://github.com/do-somethings-haha/multi-threaded_calculate_unsigned_TOM_from_unsigned_or_signed_Adjacency_Matrix_of_WGCNA.

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