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단형질 개체모형을 이용한 한우 육종가 추정프로그램 개발
Development of Algorithm in Analysis of Single Trait Animal Model for Genetic Evaluation of Hanwoo 원문보기

한국동물자원과학회지 = Journal of animal science and technology, v.55 no.5, 2013년, pp.359 - 365  

구양모 (한국종축개량협회) ,  김정일 (한국종축개량협회) ,  송치은 (한국종축개량협회) ,  이기환 (한국종축개량협회) ,  신재영 (한국종축개량협회) ,  장현기 (한국종축개량협회) ,  최태정 (국립축산과학원) ,  김시동 (국립축산과학원) ,  박병호 (국립축산과학원) ,  조광현 (국립축산과학원) ,  이승수 (국립축산과학원) ,  최연호 (국립축산과학원) ,  김병우 (경상대학교) ,  이정규 (경상대학교) ,  송훈

초록
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단형질 개체모형을 이용한 육종가 추정프로그램의 해를 구하는 컴퓨터 프로그램을 포트란 언어를 이용하여 자체개발하였고, 프로그램은 자료기반으로 반복적으로 계산을 해 나가는 간접법을 이용한 것으로 일반적인 알고리즘으로 프로그램을 개발하고 이의 효율을 개선한 개선알고리즘으로 프로그램을 개발하여, 두 프로그램 간 효율을 비교하였다. 기존의 전통적인 알고리즘은 순차적인 반복문을 이용하여 자료를 읽고 기록하는 방법이며, 새로운 알고리즘은 효과별로 LHS를 직접 작성하여 추정하는 방법을 사용하였다. 개발된 두 가지 프로그램으로 육종가를 추정하고, 그 추정 값이 정확하게 평가되었는지 알아보기 위하여 기존에 개발되어 사용되고 있는 BLUPF90 (Misztal, 2007)과 MTDFREML (Boldman 등, 1999)과 비교하여 보았다. 서로 다른 프로그램으로 추정된 육종가간의 상관은 전체 항목에서 99% 이상 고도의 상관이 나타났으며, 프로그램 추정치 간의 높은 상관으로 볼 때 Model I, Model II는 정확하게 개발되었고 평가된 것을 확인할 수 있었다. Solution이 수렴 될 때까지의 반복횟수는 Model I은 2,568 round, Model II는 1,038 round로 수렴되어 Model II가 Model I보다 작은 반복횟수에서 수렴이 된 것을 확인할 수 있었으며, 수렴속도는 Model I은 256.008초, Model II는 235.729초로 Model II가 Model I 보다 약 10% 정도 개선된 것을 확인할 수 있었다. 개발된 프로그램을 기존 D/B와 연계한다면 농가 및 지자체 등에 지속적인 개량 정보를 제공할 수 있으며, 농가 단위 암소 유전능력평가로 암소개량을 도모할 수 있을 것이라 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Estimate breeding value can be used as single trait animal model was developed directly using the Fortran language program. The program is based on data computed by using the indirect method repeatedly. The program develops a common algorithm and imprves efficiency. Algorithm efficiency was compared...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • Conventional (Model Ⅰ)과 improved (Model Ⅱ)에 대한 알고리즘 개발은 전통적인 방법에 대하여 속도를 개선한 새로운 방법에서 해를 추정하는데 그 목적이 있었다. 속도를 개선하고자 하는 것은 프로그램 개발자 및 유저들이 항상 지니고 있는 문제이며, 유전 능력을 평가하는 부분도 이와 다를 것이 없다.
  • 한편, 지금까지 가축의 육종가를 추정하는데 MTDFREML (Boldman 등, 1993), BLUPF90 (Misztal, 2007)과 같은 외국의 공개프로그램을 이용하여 왔으나 이들 프로그램은 연구용으로 활용이 가능할 뿐 상업적 서비스 등에 제약이 있을 뿐만 아니라 프로그램의 유지보수가 어려워 실제 사용에 여러 문제점이 있었다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 포트란 언어를 이용한 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 자료를 반복적으로 계산하고 수행해 나가는 간접법을 이용하였다.
  • 기존 알고리즘은 여러 개의 반복문을 중첩하여 방정식을 새로 생성하고 있어 대용량의 자료를 분석할 때 시간이 다소 오래 걸리는 단점이 있었다. 이에 방정식을 사전에 작성하여 반복적으로 방정식을 새로 생성하는 번거로움을 줄이고 해를 구하는 속도를 개선하고자 새로운 알고리즘을 개발하였다.
  • 개발된 프로그램은 자료를 반복적으로 계산하고 수행해 나가는 간접법을 이용하였다. 일반적인 GS 방법에 의한 알고리즘으로 프로그램을 개발하고, 이의 효율을 개선한 개선 알고리즘으로 프로그램을 개발하여 두 프로그램 간 효율을 비교하여 향후 농가 보유 암소 개체별 유전능력평가에 필요한 유전능력평가 프로그램을 개발하고자 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
jacobi iteration 방법의 단점은 무엇인가? 또한 오래전부터 대용량 자료를 이용하여 혼합모형방정식(MME)을 계산할 때 컴퓨터의 CPU 및 메모리 그리고 계산시간이 오래 소요되는 단점이 있어 MME를 구성하지 않고 바로 해를 구하는 방법이 제시되었다 (Schaeffer와 Kennedy, 1986a). 또 다른 방법인 jacobi iteration 방법은 특히 많은 변수를 가진 경우 수렴속도가 느린 것이 단점이다. 하지만 고정요인에 대한 제한을 가하고 second order jacobi iteration으로 확정하여 successive over relaxation (SOR) 보다 수렴속도를 약 1/2로 개선 하였으며, 수준이 많은 요인에는 gauss seidel (GS)를 사용하고, 그 외의 경우에 대해서는 second order jacobi iteration을 이용함으로써 SOR 보다도 빠른 수렴속도를 얻을 수 있는 또 다른 indirect approach 방법을 제시하였다 (Misztal, 1986).
현재 가축의 개량에 일반적으로 이용되는 육종가 추정 방법에는 무엇이 있는가? 현재 가축의 개량에 일반적으로 이용되는 육종가 추정 방법에는 선발지수법, 최소제곱법 및 최적선형불편예측법 (BLUP) 등이 많이 사용되고 있다. 이러한 연구결과들을 종합하여 볼 때 Henderson이 제시한 최적선형불편예측법 (BLUP)이 가축의 육종가를 추정하는데 가장 효율적이라고 할 수 있다.
최적선형불편예측법(BLUP)의 장점은 무엇인가? 이러한 연구결과들을 종합하여 볼 때 Henderson이 제시한 최적선형불편예측법 (BLUP)이 가축의 육종가를 추정하는데 가장 효율적이라고 할 수 있다. BLUP 방법은 육종가 추정 시 필요한 가정을 만족시키는데 가장 탄력적이며, 유전적 이론이나 환경적 조건을 만족시키는데 가장 유리한 방법으로 보고되었다(Henderson, 1974). 또한 오래전부터 대용량 자료를 이용하여 혼합모형방정식(MME)을 계산할 때 컴퓨터의 CPU 및 메모리 그리고 계산시간이 오래 소요되는 단점이 있어 MME를 구성하지 않고 바로 해를 구하는 방법이 제시되었다 (Schaeffer와 Kennedy, 1986a).
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참고문헌 (11)

  1. Boldman, K. G., Kriese, L. A, Van Vleck, L. D. and Kachman, S. D. 1993. A manual for use of MTDFREML USDA-ARS, Clay Center, Nebraska. 

  2. Henderson, C. R. 1974. Rapid Method for Computing the Inverse of a Relationship Matrix. J. Dairy Sci. 58:1727-1730. 

  3. Koo, Y. M. 2010. Research on the Development of the Genetic Evaluation System on Hanwoo Carcass Traits. Ph. D. thesis, GyeongSang National University. 

  4. Misztal, I. 1986. Survey of some computing methods in BLUP sire evaluation. Mixed-model applications and analysis, a workshop on the interface of practice and theory, April 6-8, Irsee, Germany. Inst. Math. Univ. Augsberg, FRG. 

  5. Misztal, I., Gianola, D. and Schaeffer, L. R. 1987. Extrapolation and convergence criteria with Jacobi and Gauss-Seidel iteration in animal models. J. Dairy Sci. 70, 2577-2584. 

  6. Misztal, I. 2007. BLUPF90 family of programs. University of Georgia. http://nce.ads.uga.edu/-ignacy/numpub/blupf90/ Accessed Jan. 2, 2007. 

  7. Misztal, I. 2008. Computational Techniques in Animal Breeding. Course Notes. University of Georgia. 

  8. Schaeffer, L. R. and Kennedy, B. W. 1986a. Computing solutions to mixed model equations. proc. Third World Congr. Genet. Appl. Livest. Prod., Lincoln, NE. July 16, 1986, 12:382. 

  9. Schaeffer, L. R. and Kennedy, B. W. 1986b. Computing strategies for solving mixed model equations. J. Dairy Sci. 69:575. 

  10. Sorensen, D. A. and Kennedy, B. W. 1984. Estimation of Response to Selection Using Least-Squares and Mixed Model Methodology. J. Anim. Sci. 58:1097-1106. 

  11. Van Vleck, L. D. and Dwyer, D. J. 1985. Comparison of iterative procedures for solving equations for sire evaluation. J. Dairy Sci. 68:1006. 

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