生物网络是系统生物学研究的重要内容。快速增长的网络数据和纷繁复杂的研究极大促进了可视化技术的发展,需要设计快速的画图算法布局网络数据和开发便利的可视化软件系统以帮助直观理解复杂生物网络的抽象结构和洞察其中隐含的生物学意义。　　 为实现生物网络画图,必须提供合适的画图算法。一般画法如分层布局,环布局、力导向布局算法,对于节点数较少、拓扑结构较简单的网络效果较好,对于拥有大量节点和连接的复杂生物网络,这些算法的效果不佳。网格布局具有能生成紧凑整齐的布局,同时节点在布局中的几何位置分布与生物功能模块有很好的对应关系等优点而受到广泛关注。该算法需要较大的内存和较多的运行时间,在复杂生物网络实时可视化和互动分析应用中受到较大的限制。Kato和Koiima等提出在目标函数中增加“交叉罚分”和“增加生物学属性”等方法改进网格布局算法,加快布局过程,然而,这些算法仍然需要较长的布局时间,需要研究新的快速网格布局算法以实现复杂生物网络的实时可视化。　　 复杂生物网络可视化软件系统提供图形用户界面,用来直观显示算法布局结果和方便用户交互式操作,较为流行的系统包括Cytoscape,VisAnt,Cell Illustrator,CADLIVE等等。为较好地整合和分析网络,复杂生物网络可视化过程中经常需要对网络进行数值分析,然而,上述系统大多以建模为目的,没有提供通用的网络数值分析工具的支持,不方便研究者可视化分析复杂网络数据。　　 在复杂生物网络视图中,众多的节点和节点之间不均匀的连接,通常造成很高的视觉复杂度。如何在有限的图形用户界面空间恰当显示节点的注释,从而方便用户全面直观获取网络信息是非常重要的问题。　　 基于以上分析,本文主要开展了以下工作:　　 a)提出一种快速网格布局算法。在相对较小的内存空间和较少的布局时间代价下,能获取较高质量的布局,布局结果具有与生物学意义相吻合的模块结构,这使得在互动环境中,对典型的复杂生物网络实时可视化成为可能。　　 b)开发了一个复杂生物网络可视化软件系统LucidDraw。将快速网格布局算法实现为LucidDraw系统内核;为方便网络分析,该系统集成了方便、通用的网络分析工具一一MATLAB。LucidDraw系统不仅设计了方便用户交互操作的可视化显示界面,还提供了控制快速网格布局算法参数的图形用户界面,用户能根据自己需要调整布局风格和快速网格算法参数。有关功能模块的生物学属性的信息也可以通过LucidDraw系统设置,用于影响算法布局。　　 c)提出一种复杂网络图示背景下有效展示节点注释信息的解决方案,该方案通过三种标签,即内置标签、浮动标签和强制标签,方便用户获取节点的文字信息同时而不影响整体布局效果,其中节点的内置标签显示与否随布局图形当前的放人率级别而发生变化,在尽量不增加视觉复杂度的前提下,显示尽可能多的内置标签。　　 本文以绿浓杆菌(P.aeruginosa PAO1)的代谢网络为例说明LucidDraw在具体问题中的应用。在LucidDraw布局结果中,该网络中毒力因子功能子系统和其他功能模块的关系直观展示出来,另外,LucidDraw直观布局图对于确定一些未指定的反应所属的功能模块,能够提供进一步的线索和参考。