DNA计算机中广义表数据结构的设计与实现(英文)

类似于电子计算机,数据结构能帮助DNA计算机合理、高效地组织要处理的信息.文中提出了DNA计算机中广义表的一种设计方法.首先,讨论了k-臂 DNA分子的结构及其在DNA计算中的应用.接着,在讨论了广义表存储结构的同时.给出了广义表两种节点的k-臂 DNA编码的形式描述.最后详细描述了DNA计算机中广义表主要操作的实现算法.这些操作包括初始化空的广义表,创建包含指定元素的广义表和遍历广义表的元素.文中的方法可推广到DNA计算机上其它非线性数据结构.     

DNA计算的研究进展及展望

DNA计算是在计算科学和分子生物学的基础上发展起来的一个新颖而极具发展潜力的学科。由于它具有信息处理的巨并行性、低耗能以及高存储密度等特点,DNA计算已被广泛应用于解决各种复杂性计算问题以及模拟电子计算机进行四则运算。DNA计算机的研制也正在向着实用化阶段迈进。综述了当前DNA计算的运行机理与计算模型,重点讨论了当前研究的热点与难点问题,并对未来的发展进行了展望。     

DNA计算机原理、进展及难点（I）：生物计算机系统及其在图论中的应用

基于生化反应机理的DNA计算机模型受到科学领导内许多不同科学者们的关注与兴趣。DNA计算已经形成国际科学前沿领域内研究的一个新的热点。DNA计算机的研制需要诸如生物工程、计算机科学、数学、物理、化学、信息科学、微电子技术、激光技术以及控制科学等许多学科的共同协作攻关。该系列文章拟对DNA计算机的基本原理、研究进展DNA计算的模型以及当前研究中的难点给予研讨。该文属首篇，重点讨论了DNA计算机的基本原理，引入了生物计算系统的概念，并较系统地讨论了DNA计算模型在图与组合优化中的研究进展。     

一种求解Ramsey数的DNA计算机算法

Ramsey理论是组合数学中一个庞大而又丰富的领域,在集合论、逻辑学、分析以及代数学上具有极重要的应用.Ramsey数的求解是非常困难的,迄今为止只求出9个Ramsey数的准确值.探讨了DNA生物分子超级计算在求解这一困难数学问题的可能性.将Adleman-Lipton模型生物操作与粘贴模型解空间相结合的DNA计算模型...     

）NA计算机中广义表数据结构的设计与实现

类似于电子计算机,数据结构能帮助DNA计算机合理、高效地组织要处理的信息．文中提出了DNA计算机中广义表的一种设计方法．首先,讨论了k-臂DNA分子的结构及其在DNA计算中的应用．接着,在讨论了广义表存储结构的同时,给出了广义表两种节点的k-臂DNA编码的形式描述．最后详细描述了DNA计算机中广义表主要操作的实现算法．这些操作包括初始化空的广义表,创建包含指定元素的广义表和遍历广义表的元素．文中的方法可推广到DNA计算机上其它非线性数据结构．     

一种DNA计算机与电子计算机之间的通信模型

提出了一种DNA计算机和电子计算机之间通信的层次模型.首先,为了使电子计算机能够对DNA计算进行控制,研究并设计了适合于DNA计算的反应器;然后给出了DNA计算机与电子计算机之间通信的层次模型;最后描述了选择操作在该层次模型上的求解方法以表明其可行性.本文工作为发展DNA计算机和电子计算机相集成的杂合计算机提供了一种通信模型和方法.     

精确覆盖问题的O(1.414~n)链数DNA计算机算法

DNA计算机的可扩展性问题是近年来生物计算领域的重要研究重点之一.根据精确覆盖问题DNA计算求解过程中的并行计算需求,将Aldeman-Lipton模型的操作与粘贴模型的解空间结合,引入荧光标记和凝胶电泳技术,提出了一种求解精确覆盖问题的DNA计算模型和基于分治方法的DNA计算机算法.算法由初始解空间生成算法Init()、冗余解删除算法IllegalRemove()和并行搜索器ParallelSeacher()共3个子算法组成.与同类算法的性能比较分析表明:本算法在保持多项式生物操作复杂性的条件下,将求解n维精确覆盖问题的DNA链数从O(2n)减少至O(1.414n),从而将DNA计算机在试管内可求解的精确覆盖问题集合的基数从60提高到120,改进了相关文献的研究结果.     

DNA计算中的数据与计算模型

对DNA计算的通用性及单链、双链、粘性末端、发夹、质粒、k-臂DNA分子等各种数据作了简单介绍,并对基于DNA分子结构特性和基于DNA计算机研制过程两个方面的DNA计算模型进行了分析对比。针对各种不同的DNA数据及特性,提出了混合DNA计算模型的研究思路,并从不同角度论述了混合DNA计算模型的可行性。     

DNA计算机:原理、进展及难点(Ⅱ)计算机"数据库"的形成--DNA分子的合成问题

基于生化反应机理的DNA计算机模型引起了科学领域内许多不同学科学者们的关注与兴趣．DNA计算已经成为国际科学研究前沿领域内的一个新热点．DNA计算机的研制需要诸如生物工程、计算机科学、数学、物理、化学、信息科学、微电子技术、激光技术以及控制科学等许多学科的共同协作攻关．作者以系列文章的形式拟对DNA计算机的基本原理、研究进展、DNA计算的模型以及当前研究中的难点给予研讨．该文属第二篇,重点讨论DNA计算机研制中DNA分子的合成问题．DNA分子的合成问题不仅是DNA计算中生物操作过程首先要处理的问题,而且是DNA计算机研制中必须要解决的问题,因为最终实用化的DNA计算机应是一种全自动化的．如何将DNA分子的合成过程与编码、其它生化操作自动地衔接起来是全自动化DNA计算机当前研究的关键难题．若要解决这个问题,人们必须很熟悉有关DNA分子合成的基本原理以及合成技术．这也是该文的动机．     

DNA计算机中队列数据结构的设计及实现

随着改革开放,我国的科学在近几年得到了迅猛的发展,电子信息技术行业也发生着日新月异的变化,是的计算机越来越广泛的被应用到我们日常的工作、生活中。随着电子计算机的发展,计算机的功能也越来越强大,计算机的存储量和处理数据的能力给人们的生活和工作带来了诸多便利,DNA计算机通过利用分子之间的相互作用而形成,所以在DNA计算机的队列数据结构中可以通过特定的限制酶对其进行标记、剪切,以此来完成插队和出列的一系列操作。DNA计算机作为模拟生物分子结构而形成的一种新型计算机,需要通过相关数据结构有效的组织DNA计算机进行数据处理。本文通过对DNA计算机的特征进行简单介绍,进而对DNA计算机中队列数据结构的设局与实现进行进一步的分析。     

DNA计算机原理、进展及难点(Ⅲ):分子生物计算中的数据结构与特性

分子生物计算是指以生物大分子作为数据来进行信息处理的计算模式.目前的分子生物计算主要包含DNA计算、RNA计算和蛋白质计算这三种计算模型.另外,还有一些学者提出采用PNA分子进行计算.但由于PNA计算、RNA计算和蛋白质计算目前还没有一些实质性的突破,故在此不做讨论.研究掌握作为数据的DNA分子特性与结构,显然是DNA计算中的一个基本问题.因而文中主要对各种DNA分子的结构与特征进行讨论.针对问题的不同,模型的不同,采用的DNA分子类型也不同,目前主要用到的是单链的、双链的和具有粘性末端的DNA分子.其次用到的是发夹构型的DNA分子、质粒DNA分子等.文中特别讨论了作为数据的DNA分子与相应的生物计算模型有机相结合的一些基本的问题.     

DNA计算机原理、进展及难点(Ⅰ):生物计算系统及其在图论中的应用

基于生化反应机理的DNA计算机模型受到科学领域内许多不同学科学者们的关注与兴趣.DNA计算已经形成国际科学前沿领域内研究的一个新的热点.DNA计算机的研制需要诸如生物工程、计算机科学、数学、物理、化学、信息科学、微电子技术、激光技术以及控制科学等许多学科的共同协作攻关.该系列文章拟对DNA计算机的基本原理、研究进展、DNA计算的模型以及当前研究中的难点给予研讨.该文属首篇,重点讨论了DNA计算机的基本原理,引入了生物计算系统的概念,并较系统地讨论了DNA计算模型在图与组合优化中的研究进展.     

DNA计算机中队列数据结构的设计及实现

提出了DNA计算机中队列数据结构的设计方法,该方法利用两种不同的限制性内切酶完成队列的入队和出队操作,并给出了队列的DNA编码和仿真实例.首先给出了DNA计算机中队列存储结构的形式描述;然后详细给出了DNA计算机中队列初始化、入队和出队等操作的生物实现方法;最后给出了一个具体算法的实例,仿真了DNA计算机上该算法的运行机制.仿真结果表明文中提出的队列的设计方法在DNA计算机上切实可行.这种方法可推广到DNA计算机上其他类型的数据结构,帮助DNA计算机合理、有效地组织需要处理的信息,从而使DNA计算机走向实际应用.     

DNA计算原理及系统分析

DNA计算是一种模拟生物分子DNA的结构并借助于分子生物技术进行计算的新方法,它开创了以化学反应作为计算工具的先例,具有广阔的应用前景。DNA计算的两个主要特点是计算的高度并行性和巨大的信息存储容量。该文简要介绍了DNA计算的原理及其数学计算的基本思想;对DNA计算的特点及其系统进行了分析。比较了DNA计算机与图灵机的异同;最后对DNA计算的发展前景进行展望。     

DNA计算机算术运算的自装配模型(Ⅲ)—减法

DNA计算是基于DNA分子生化反应,能够在DNA计算机上实现的算法。它具有高度并行性、容量大、速度快等特点。同传统电子计算机一样,它也是以加、减、乘、除等简单算术运算和异或等逻辑运算为基本运算单元。在DNA自装配加法的基础上,设计了一般的DNA自装配并行减法模型,算法的时间复杂度为O(1),空间复杂度为O(n),并通过实例验证了算法的有效性。算法的主要优点在于编码简单、效率高,且具有通用性。     

DNA计算研究

本文主要讨论了DNA计算原理，综述了DNA计算的特点、DNA计算模型，指出了DNA计算目前存在的问题．最后就DNA计算的发展前景进行了展望。     

可满足性问题的巨磁电阻型DNA计算模型

DNA计算是一种新的计算模式,因其海量的信息存储能力、高度的并行性及低能耗等优点而被广泛地应用于求解各类NP完全问题.文中利用免疫磁标记和巨磁电阻(GMR)效应,对生物特异性反应进行检测,构建了可满足性问题的巨磁电阻型DNA计算模型,并用实例说明了模型的有效性和可行性.与传统的荧光标记法DNA计算模型相比,巨磁电阻型DNA计算模型的输出结果是电信号形式,因而具有检测信号易处理、检测时间短、解可靠性高、无需标记和读解简单等优点.     

一种最大匹配问题DNA计算算法

DNA计算作为基于生化反应的一种新的计算模式,凭借其巨大的并行性和海量的存储能力已经成为解决NP难题的潜在解决方案之一.把传统计算机中的剪枝技术引入到DNA计算算法的设计中,提出一种基于Adleman模型生物操作与粘贴模型解空间的最大匹配问题DNA计算新算法.算法由图编排器、预解空间生成器、匹配生成器及最大匹配搜索器组成.与已有同类算法的对比分析表明:该算法在保持多项式操作时间的条件下,将求解最大匹配的解空间从O(2m)减少到O(1.618m),将DNA计算机在试管内可求解的最大匹配问题的规模从60(260≈1018)提高到86(1.61886≈1018).同时,与传统的穷举算法相比,该算法具有高效的空间利用率及容错技术的优点.     

DNA计算机算术运算的自装配模型（I）—加法

DNA计算是基于DNA分子生化反应,能够在DNA计算机上实现的算法。它具有高度并行性、容量大、速度快等特点。同传统电子计算机一样,它也是以加、减、乘、除等简单算术运算和异或等逻辑运算为基本运算单元。在Labean加法的基础上,设计了通用的N进制的并行加法DNA自装配模型,算法的时间复杂度为O（1）,空间复杂度为O（n）。在此基础上又设计了一位数连加的DNA自装配模型,为今后的并行乘法奠定了基础。算法的主要优点在于编码简单、效率高,且具有通用性。     

协同DNA计算机解空间问题的模块化设计方案

提出了一种基于检测型生物芯片的协同DNA计算机解空间问题的模块化解决方案。为了解决解空间检测这个问题，该文总结了目前典型的DNA计算模型中所用到的生物检测技术，在先前的协同DNA计算机基本组成原理模型的基础上，结合了当前检测型生物芯片技术的发展趋势，提出了解决方案，并对各模块的工作原理、功能等进行了介绍，给出了问题与展望。