赋权图上优化问题的DNA计算方法研究(英文)

对赋权图上经典优化问题的DNA计算方法进行探讨,改进原有DNA计算模型中的权值编码方法,提出一些新的DNA编码方法及DNA算法．具体地说,通过设计赋权无向图的相对长度图给出了旅行商问题的一种相对长度DNA编码方法及DNA算法,通过设计赋权无向图的广义边图给出了中国邮递员问题的一种广义边图DNA编码方法及DNA算法,通过选取DNA序列的最佳逆补比对给出了最小生成树问题的一种基于逆补比对的DNA编码方法及DNA算法,通过设计从顶点覆盖问题到Hamilton回路问题的一种改进多项式变换给出了顶点覆盖问题的一种基于多项式变换的DNA编码方法及DNA算法．所设计的DNA计算方法提高了DNA计算中表示数值和处理数值的能力．     

DNA计算中的编码方法研究

DNA计算是一种利用生物大分子间的相互作用来实现并行计算的新的计算模式。因为其具有强大的并行性和高密度的信息存储能力,因而引起了科学界的广泛关注。编码是DNA计算的第一步,也是最重要的一步。编码质量的好坏直接影响反应过程的速度和效率。论文主要介绍了DNA计算过程中的编码问题、影响编码的因素及已有的几种主要的编码方法;最后指出了DNA计算的编码方法存在的问题及研究方向。     

图顶点着色问题的DNA计算模型

DNA计算是以DNA分子作为数据的一种新型计算模式.为了减少DNA计算中编码的数量,不降低生化实验操作的可靠性,文中建立了一种基于酶切技术和PCR技术的图顶点着色DNA计算模型,给出了实现该模型的双编码的编码方案.分析表明,利用酶切技术和PCR技术能够有效删除非解并读取真解.该模型的解的检测方法类似于DNA测序技术,使得该模型更容易实现自动化操作.     

DNA计算中核酸序列设计方法比较研究(英文)

DNA计算是将现实问题进行编码,映射到DNA分子上,然后通过分子生物实验产生出代表问题解的DNA分子,最后通过检测技术提取出该DNA分子．高质量的DNA编码可以尽可能避免或减少计算过程中出现的错误,并使检测阶段易于提取出代表问题解的DNA分子．文中对基于汉明距离和基于自由能的DNA核酸编码方法进行研究,分析了两类方法的约束条件对DNA编码质量的影响,比较了两类方法排除非特异性杂交的完备性和计算量,进一步分析了两类方法编码DNA序列的效率．通过分析和比较得到,两类DNA计算编码方法都能有效地限制DNA分子间的非特异性杂交,其中基于汉明距离的DNA编码方法的计算量比较小,但是它仅能近似地估计DNA分子间杂交的热力学稳定性,不能完全替代最小自由能的编码方法．在满足DNA计算试验精度要求的条件下,采用基于汉明距离的DNA编码设计方法不仅能有效地的挑选出特异性杂交和非特异性杂交的DNA序列,还能有效地减少计算量,从而提高DNA序列设计的效率．     

基于纠错码编码理论的DNA编码研究*

作为一种新的计算模式,DNA计算有着强大的计算能力,编码问题在DNA计算中占据重要的位置,有效的编码设计能够提高DNA计算的可靠性。基于纠错码编码理论,提出了一种新的DNA编码方法,该方法可以找出具有一定长度且满足汉明距离约束的DNA编码序列。最后,给出了该算法的仿真,结果表明了该算法的有效性。     

移动自组网QoS路由的DNA计算模型

QoS路由问题是移动自组网应用面临的一个重要问题,其中如何根据移动自组网动态拓扑结构和单向链路的特点来设计路由算法是关键。DNA计算是一种基于生化反应的新型计算方法,高度的并行性和海量存储能力是其最大的特点。文章首先给出了QoS路由问题模型,然后介绍了DNA的分子结构和DNA计算的基本原理,最后依据Adleman进行DNA计算的编码方法,给出了移动自组网QoS路由问题的DNA计算模型,为解决多约束QoS路由问题提供了一种新的思路。     

基于DNA计算的分子下推自动机(英文)

DNA分子计算的工作原理是对生物系统进行编码,以生物化学反应为基础,利用生物技术实现生物系统的状态转移来推进计算过程．2001年以色列的Yaakov Benenson等人在基于DNA计算的发卡模型实现了具有状态转移功能的分子有限状态自动机,国内则有利用DNA计算的方法构造可编程分子下推存储器的相关研究．该存储器基于分子自动机的原理,能按一定逻辑进行自组装,是一种纳米尺度的生物存储机构．文中首先通过在分子有限自动机上扩展一个分子下推存储器从而获得了一种简单的分子下推自动机,并基于该下推自动机提出了一类语言的分子自动机解法．接着提出了两种改进的分子下推自动机的模型,通过增加模型复杂度,分别解决了基本型分子下推自动机存在输人字符串限制和输入分子形式不统一的问题．计算理论表明,该种下推自动机的计算能力超过了已有的有限自动机．     

纠错码理论在DNA计算编码中的应用进展

在DNA计算中,编码问题是目前DNA计算中的重点和难点之一,实验证明有效的编码设计能够提高DNA计算过程中的可靠性。本文主要介绍了近几年国内外关于纠错码理论DNA计算编码问题的应用进展,分析了其在DNA计算中的应用的两个主要方面,介绍了较为实用的两种代数编码方法,最后给出了未来研究的三点方面。     

用于DNA数值计算的一种信息传递模式(英文)

数值计算是DNA计算的一个重要的研究方向,它直接导致了世界上第一台DNA计算机的诞生．而设计一个可以在较大范围内使用的计算机的一个前提条件是它执行数值计算的能力．这里引入一种通用的信息传递模式,利用这种模式的生化反应对DNA单链和不完全双链执行剪接操作,设计了一种N进制各位同时运算的并行计算的加法和减法的通用模型,可以实现数值计算的DNA自装配,使用DNA计算机进行数值计算比使用传统电子计算机进行数值计算的优势在于算法的巨大并行性．     

经典Ramsey数DNA计算模型(Ⅰ):位序列计算模型

Ramsey数问题是组合数学乃至整个数学中最具魅力的研究领域,也是最困难的数学问题之一．对于经典Ramsey数,至今只有9个Ramsey数得到解决．按照传统的算法,其搜索空间太大,当前的电子计算机无法胜任．研究表明,DNA计算在求解困难的NP一完全问题上优于电子计算机．目前已经建立了众多求解NP-完全问题的DNA计算模型,但未见到用于求解Ramsey数的DNA计算模型．作者建立了一种新颖的DNA计算模型,用于一般经典Ramsey数的求解．全文共分两篇,该文属首篇,建立了一种可适用于DNA计算模式的所谓的求解Ramsey数的位序列计算模型,其中的位序列是以图的相邻矩阵下三角阵中行从左到右、列从上到下的排列次序．文中重点对该模型的机理与使用方法进行了分析研究．     

一种新的求解最小生成树问题的DNA算法

基于生化反应的生物智能计算是现阶段计算领域研究的热点,DNA计算是通过DNA分子之间的生化反应来进行计算的一种计算模式,凭借运算巨大的并行性和海量存储的优势,DNA计算在解决复杂运算问题方面的计算能力显而易见。设计了一种利用DNA计算来求解图的最小生成树的计算模型,采用一种特殊的编码方式来对顶点,边和权值进行编码,并且描述了MSTP解的计算过程。     

Application of a novel IWO to the design of encoding sequences for DNA computing

Encoding and processing information in DNA-, RNA- and other biomolecule-based devices is an important requirement for DNA based computing with potentially important applications. To make DNA computing more reliable, much work has focused on designing the good DNA sequences. However, this is a bothersome task as encoding problem is an NP problem. In this paper, a new methodology based on the IWO algorithm is developed to optimize encoding sequences. Firstly, the mathematics models of constrained objective optimization design for encoding problems based on the thermodynamic criteria are set up. Then, a modified IWO method is developed by defining the colonizing behavior of weeds to overcome the obstacles of the original IWO algorithm, which cannot be applied to discrete problems directly. The experimental results show that the proposed method is effective and convenient for the user to design and select effective DNA sequences in silicon for controllable DNA computing.     

DNA编码文法的分析与设计

DNA编码问题是DNA计算中初始数据库的设计问题,DNA编码优劣直接影响DNA计算的成功与否。提出了将DNA编码视为是某个文法产生的语言的思想,并且证明了DNA编码文法的存在性;进而通过化简文法的字母表,将DNA编码文法的设计问题转化为二进制文法的设计问题;同时设计出产生某个具体DNA编码的文法,最后得到了DNA编码文法的两个性质。     

DNA计算中编码序列的优化设计方案*

提出了一种优化设计方案.该方案的各项评价指标均优于根据以往文献提供的方法所能得到的最好结果.尤其是所提出的海明距离测度方法,进一步保证了特异性杂交产生的自由能远大于非特异性杂交所产生的自由能,便于进行DNA编码序列的设计与选择,为可控的DNA计算提供可靠有效的编码序列.     

可满足性(SAT)问题的几种DNA计算模型

DNA计算是一种新的计算方式，其高度并行性和巨大的信息存储容量为NP-完全问题的解决提供了一种全新的方法。主要介绍了几种可满足性(SAT)问题的DNA计算模型，并在编码问题、实现方式、及算法设计等三个方面对其进行了比较。     

一类特殊整数规划问题的DNA计算

基于生化反应原理的DNA计算由于在解决一类困难问题,特别是完全问题上具有硅计算机无法比拟的优势,因此对DNA计算的研究具有重要意义．提出了约束方程组的“秩”以及约束方程的3种“约束补链”概念,并基于这些概念,利用在基于表面的DNA计算中采用荧光标记的策略,给出了一类特殊整数规划问题最优解的一种基于DNA计算的求解算法．新算法利用荧光猝灭技术来排除非解,从而得到满足约束条件的所有可行解,最后再通过比较所有可行解的目标函数值来求得问题的所有最优解．算法分析表明,新算法具有解读、编码简单和错误率低的特点。