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。     

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。     

基于动态遗传算法的DNA序列集合设计(英文)

DNA编码序列的质量与数量直接影响着DNA计算的可靠性和规模,如何找到尽可能好的及尽可能多的DNA序列用于实际的应用一直是DNA计算的一个核心问题．文中首先介绍了研究DNA编码和DNA序列集合对DNA计算的意义,并给出了DNA序列设计的汉明距离和反汉明距离约束条件的定义．DNA序列集合的研究对DNA计算的可靠性和规模有着重要的影响,因此文中利用遗传算法和动态遗传算法来设计满足上述约束条件的DNA序列集合,通过对两种方法所得结果的比较,证明了动态遗传算法明显优于遗传算法．与此同时,将文中所得到的实验结果与前人的研究成果进行比较可知,文中的结果大幅提高了DNA编码的上界,从而进一步缩小了DNA编码界的取值范围．并且文中所给出的实验结果,对以后DNA编码的理论界的研究以及编码理论中关于4元码界的研究,提供了重要的参考值．     

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．     

基于汉明距离的DNA编码约束研究

DNA计算是将现实问题进行编码映射到DNA分子上,通过生物实验产生出代表问题的解的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的解的DNA分子。对DNA编码约束进行了研究,分析了基于汉明距离的编码约束可以有效降低DNA分子间相似程度,减少DNA计算过程中DNA分子间的相互干扰,从而提高DNA计算的有效性和可靠性。还证明了基于汉明距离的编码约束存在等价的序列组合,降低了编码计算的复杂度。     

基于闭环DNA的指派问题算法

给出了闭环DNA计算模型及其生化实验。用闭环DNA计算模型设计出了指派问题的DNA算法。首先对决策变量进行二维DNA编码来存放决策变量和效益值，然后通过有目的的终止技术和删除实验得到指派问题的全部可行解，最后通过电泳实验和检测实验获得最优指派问题的最优解。举例说明了算法的可行性。最后，为减少DNA编码数量和缩短DNA编码的码长，讨论了算法的两种改进方法。     

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。     

DNA计算求解连续空间优化问题

首先构造了二进制编码的网络空间,其两个节点连接权的四条边对应到DNA编码,设计了相应的算子起到DNA计算酶的作用,该算法设计使得DNA计算能够求解连续空间优化问题。通过测试函数表明该算法具有较好的收敛速度和稳定性,求解结果非常好。     

一类自适应范围DNA软计算模型

提出了自适应范围DNA(ARDNA)软计算模型框架 ,并着重论述了设计变量统计特性自适应调整策略和自适应范围DNA解码方法及其简化计算公式 .ARDNA克服了传统DNA计算中设计变量编码长度和计算精度之间的矛盾 ,通过有限长的DNA编码实现预定的计算精度 .函数优化应用实例说明ARDNA对设计变量的取值范围无需先验知识 ,且具有较强的全局收敛能力     

DNA编码问题及其复杂性研究*

高质量的DNA编码可以避免DNA分子间的非特异性杂交,提高DNA计算的有效性和可靠性。首先对DNA编码的约束条件进行归类,分析了各编码约束对编码质量的影响;然后研究了编码质量、编码数量、序列长度与DNA计算可靠性、有效性、可扩充性之间的关系;最后通过类比DNA编码问题和图的独立集问题,说明了求解最大DNA序列集合问题是NP完全的。     

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。     

基于部分字的DNA编码设计与分析*

DNA编码问题是DNA计算中的第一步也是最重要的一步,是DNA计算中的一个基本问题。引入部分字与其洞的定义,研究了部分字的洞与沃森—克里克汉明距离的内在联系,得到沃森—克里克汉明距离与DNA编码的关系;通过分析不完全匹配部分字中洞的出现位置,对发生错误匹配的DNA码进行了优化。解决了DNA编码中除去洞分散分布在DNA双链中的不完全匹配问题,有效弥补了杂交过程中出现的假阳性的缺陷,为DNA编码的研究注入了活力。     

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。     

多目标优化机制下DNA编码序列模型

针对现有DNA计算中存在的编码序列设计稳定性、可靠性不完善等问题,充分考虑基本编码问题,设计出一种基于多目标优化机制的DNA编码序列设计算法。在一定的约束条件下,该算法利用了多目标优化机制以及采取小种蚁群算法,将h-distance因子添加到单链DNA架构中,建立一种DNA序列公用方法。通过模拟实验表明,该算法与同类型算法相比,在计算效率、优化性方面具有一定优势。     

一种基于编码等价变换和遗传算法的DNA序列优化设计

针对DNA计算中的DNA序列设计问题,基于6个DNA序列设计约束条件,将DNA序列设计问题转化为多目标优化问题,提出小生境遗传算法进行求解。算法利用DNA序列设计中的相似性约束与H-测度约束,在单链DNA序列集合上定义共享函数,利用两种类型的编码等价变换以及模4算术运算,构造了5个遗传算子,并给出具体的DNA序列设计结果。通过比较,算法可以得到质量更好的DNA序列,且在种群规模与进化代数方面具有更高的计算效率。     

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。     

基于一种新的边权编码方案的中国邮递员问题的DNA计算模型

权编码方法是DNA计算中一个重要且有挑战性的问题.设计了一种新的用于表示赋权图中边权的DNA编码方案,给出了用该方案求解中国邮递员问题的DNA算法,并利用Markov链分析了DNA算法中生成各种路径的随机过程.对于任一赋权图G=(V,E),首先通过边到点映射把它转换为广义边图G'=(V',E').图G的每条边ei被分别映射为图G'的一个顶点(v'i).若G中ei与ej邻接,则连接G1中v'i和v'j.若G中vi为奇顶点,则在与vi关联的边对应的G'的顶点上添加自环.用于编码顶点v'i的DNA串si的长度等于边ei的权值.用于编码边v'i v'j的DNA串sij为si的后半部分与sj的前半部分并置后的逆补.所提出的DNA编码方案具有易于编码、易于推广且错误率低的特点.该工作可提高DNA计算中表示和处理数值的能力,扩展DNA计算求解最优化问题的范围.     

用于DNA编码的部分字

寻找合理的DNA编码是DNA计算中一个基本的问题.因此要给出一种方法使得DNA序列不会产生不想要的结构,尤其是假阳性是解决此问题的关键.传统方法是要求码字间的Hamming距离足够大.因此考虑用部分字的方法来解决DNA编码问题,利用部分字的洞的定义及其性质得到了关于部分字的洞、Hamming距离和Watson-CrickHamming距离的3个命题,通过部分字对DNA编码进行了优化,解决了DNA编码中的部分疑难问题.     

DNA计算在产品创新设计中的应用

将DNA计算应用于产品创新设计的建模过程中。建立经验产品模型库,对产品的功能、结构、外观等因素进行DNA编码。针对用户需求,对目标产品进行编码,利用DNA计算实现联想记忆,构建计算模型。采用进化技术对建立的模型进行杂交、变异、布尔运算等创新操作,产生各种创新产品。通过一个桌子创新设计实例验证该方法的可行性和实用性。     

基于遗传粒子群算法的DNA编码优化

DNA编码序列的设计是影响DNA计算可靠性的重要手段,该文从DNA编码设计应满足的多约束条件中选取适当的约束条件,针对这些约束条件提出每个DNA个体应满足的评估公式,采用遗传粒子群算法解决该多目标优化问题,并在不同的约束准则下将计算得到的序列与已有的DNA序列进行了对比。仿真结果证明了该方法的有效性。