jModelTest的使用

以下内容来自于对jmodeltest官方操作手册的总结和自己的实操经验

jModelTest 是用来计算最优核苷酸替代模型,依据5种不同的模型选择策略,包括最常见的AIC和BIC。

jModelTest is a tool to carry out statistical selection of best-fit models of nucleotide substitution. It implements five different model selection strategies: hierarchical and dynamical likelihood ratio tests(hLRT and dLRT), Akaike and Bayesian information criteria (AIC and BIC), and a decision theorymethod (DT).

下载网址为:http://code.google.com/p/jmodeltest2.

为什么使用jmodeltest

所有的系统发育重建方法都涉及到对DNA替换过程的假设,也就是说都依赖于背后的核苷酸替换模型。因此只有合理地选择核苷酸替换模型,后面的系统发育重建过程才具有合理性。

Models of evolution are sets of assumptions about the process of nucleotide substitution. They de�scribe the different probabilities of change from one nucleotide to another along a phylogenetic tree, allowing us to choose among different phylogenetic hypotheses to explain the data at hand. Com�prehensive reviews of model of evolution are offered elsewhere. jmodeltest implementes all 203 types of reversible substitution matrices, with when combined with unequal/equal base frequencies, gamma-distributed among-site rate variation and a proportion of invariable sites makes a total of 1624 models.

关于核苷酸替换模型的具体理论,可以参见这篇:https://www.jianshu.com/p/23198baef227

总之,不同的参数组合下,共产生1624种替换模型,下表列出被命名的几种模型:

jmodeltest就针对这个问题提供了5种数学模型选择策略,分别是:LRTs、AIC、BIC、DT。

1 likelihood ratio test (LRTs):似然比检验

在上式中,l1是参数更多,更复杂模型下的最大似然值(备择假设),而l0是参数更少,更简单模型下的最大似然值(零假设),如果两个被比较的模型是嵌套(nested)关系(零假设是备择假设中的一种特殊情况),那么选择零模型。

根据比较模型中参数增加和移除的顺序,该方法又可细分为sequential LRTs、hierarchical LRTs、dynamical LRTs

2)Akaike Information Criterion (AIC) 赤池信息量准则

我们可以把AIC想成当我们用一个特定的模型去模拟真实的演化过程时缺失的信息,因此模型的AIC越小越好。AIC的计算如下:

l是特定模型下数据的最大对数似然值的log值(maximum log-likelihood value),k是模型中自由参数的数量。如果采样量n相较于参数的数量k很少,比方说n/k<40,那么推荐使用二阶AIC:AICc:

AIC可以同时比较多个模型,可以比较嵌套模型,也可以比较非嵌套模型。

3)Bayesain Information Criterion (BIC) 贝叶斯信息量准则

BIC是AIC的一个替换方案。计算方式如下:

对所有模型赋予相同的前验, 选择BIC最小的模型就等于选择后验概率最大的模型。

4)performance-based decision theory (DT) 基于绩效的决策理论

This approach selects models on the basis of their phylogeneticmeasured as the expected error on branch lengths estimates weighted by their BIC

该方法基于模型在系统发育学中的表现选择模型,衡量的标准是枝长估算的期望误差,并用BIC确定权重。根据该理论,要选择的模型就是使得风险函数(risk function)最小的模型

在上式中t代表分类群的数量。

如何使用jmodeltest

1. windows交互界面如何使用jmodeltest

下面简单记录下在图像交互界面怎么使用:

1上传比对好的文件:File-Load Alignment

2 Analysis-Compute Likelihood Scores,这一步是最耗时的一步,数据很大的话可以去凉快的地方歇会儿去。

3 Analysis- Do BIC calculations,这里以BIC为例。这里的BIC 是进化模型的选择标准。常见的进化模型的选择标准有BIC(贝叶斯信息标准,Bayesian Information Criterion)、AIC(赤池信息标准,Akaike Information Criterion )和LRT(似然比检验,likelihood-ratio test)。

4打印出结果:Results-Build HTML log,会形成一个网页结果文件,打开如下图:

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