DNA编码的计算机筛选策略研究

1994年,Adleman提出了使用DNA分子进行计算的模型并通过实验得到了验证,昭示了这一新方法在大规模并行计算和数据存储中使用的广阔前景。然而,至今仍有很多影响其投入实际使用的关键问题未能得到很好地解决,DNA编码问题便是其中之一。文中分析了DNA编码中存在的限制条件,提出了使用计算机筛选DNA编码的思路,并使用计算机筛选出的DNA编码开展了分子生物学实验,旨在提供计算机快速有效筛选DNA编码的方法。     

DNA密码与DNA计算及应用

DNA密码是目前新兴的一个前沿研究方向,是传统密码技术的潜在替代途径之一,它以DNA为信息载体,以现代生物学技术为实现工具,挖掘DNA固有的高存储密度、高并行性等优点,实现加密、认证、签名等密码学功能.本文从信息安全的角度入手,首先分析了DNA密码的研究方向、研究现状及其发展特点,然后探讨了DNA计算在信息安全技术中的应用及其对现代密码体制的影响,最后对DNA密码和DNA计算将来的发展方向进行了总结和展望.     

DNA Golay码的设计与分析

 DNA编码是DNA计算初始数据库中寡核苷酸序列的设计问题.合理的DNA编码可以提高实验的稳定性和正确性,从而确保DNA计算的成功率.本文给出DNA码字重量和DNA码字间Watson-Crick Hamming距离的定义;提出DNA Golay码的设计方法;分析了DNA Golay码的性质和规模;与随机搜索优码方法相比,DNA Golay码求解优码更加简单可行.     

DNA计算编码研究及其算法

编码问题仍是目前DNA计算中的重点和难点之一,实践证明通过有效的编码设计能够提高DNA计算过程中可靠性.本文介绍了约束条件的生物学特性,分析了约束条件与编码数量的关系,并给出编码的计数公式.文中设计了一种基于三字母表{A,T,C}的线性码的编码构造算法,并对运行结果进行了比较分析,同时分析了结果编码的热力学性质.最后指出DNA计算编码存在的问题及下一步的研究方向.     

二元DNA Hamming码的设计及分析

DNA计算作为一种新的计算模式,有着强大的计算能力。实验表明,有效的编码可以提高DNA计算的可靠性,从而保证DNA计算的成功率。二元Hamming码是一类达到Hamming界的好码,也是仅有的两类完全码中的一类。文中基于纠错码编码理论给出了二元DNA Hamming码的设计过程,并进一步分析了所设计的二元DNA Hamming码的性质及其优点。     

DNA编码技术探讨

文中研究了DNA编码的一般约束条件-编码距离的各种情况,找出了其中的某些等价计算,对任意两个编码序列的编码距离提出了最简化的计算方法,降低了基于汉明距离约束的计算复杂度。同时,文中还分析了Adleman哈密尔顿路径实验中采用的编码性能,提出了全新的性能更好的编码,并设计了生物验证实验进行验证。     

DNA计算中的模板框优化方法研究

编码问题是目前DNA计算中的重点和难点之一,编码问题的难点就是当这些编码以某种方式线性连接起来表示一个特定的信息(如图的一个路径或一个最大团等),如何确保其中的每个编码能被唯一的识别.因此,如何有效使用编码是编码研究中要解决的另一个问题.本文在模板编码的基础上,提出了模板框的概念,并对其移位距离性质进行了研究.在此基础上,考察了词标长度、单词标及多词标等因素对模板框性能的影响.计算结果表明:多词标方法能够明显改善模板框的移位距离性质.最后,指出了模板框优化的进一步的研究方向.     

DNA计算与DNA纳米技术

随着后摩尔时代的到来,传统硅基计算机的发展已经濒临极限,人们迫切需要发展新的计算技术满足科技与生活的需要。由于具有超强的并行运算能力和杰出的数据存储能力,DNA计算成为新型计算机技术的一个重要分支和热门研究对象。蓬勃发展的DNA纳米技术为DNA计算提供了新的发展平台。该文首先对DNA纳米技术进行简要介绍,然后按照DNA逻辑门、DNA级联逻辑回路、智能DNA分子机器的顺序对DNA计算的发展进行论述和展望。     

DNA计算在整数规划问题中的应用

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NP-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。利用在基于表面的DNA计算中采用荧光标记的策略,提出了一种基于DNA计算的一类特殊整数规划问题最优解的求解算法,新算法利用荧光猝灭技术,通过观察DNA分子表面的荧光来排除非解。算法分析表明,新提出的基于DNA计算的求解算法具有编码简单和错误率低等特点。     

0-1规划问题的DNA计算

DNA计算是解决一类难以计算问题的一种新方法，这种计算随着问题的增大可以呈指数增长。迄今为止，许多研究成果已经成功地提高了它的性能和增加了它的可行性，该文提出了在基于表面的DNA计算中采用了荧光标记策略，解决简单的0-1规划问题的一种理论方案，尝试了DNA计算在规划问题中的应用。这种方法具有编码简单，耗材底、操作时间短、技术先进等特点。     

一种优化DNA计算模板性能的新方法

编码问题是目前DNA计算中的重点和难点之一,该文介绍了影响编码的各种因素及模板编码的基本思想。在此基础上分析了移位杂交出现的原因,提出了提高模板结合移位距离的一种新算法。该算法一方面降低了搜索空间,另一方面筛选了那些自身移位距离性质差的序列因而提高了算法的效率。计算结果表明模板集合的性能明显提高。此外,在保持01含量基本不变的情况下,适当扩展模板集合的搜索范围可以增加模板的数量。     

DNA计算中的单模板编码方法改进研究

 如何避免各种不期望的杂交是DNA计算以及微阵列技术中的一个关键问题.为了得到稳定可靠的杂交,必须探索一种可靠的、鲁棒性的编码方法.单模板编码方法是Arita提出的另一种模板编码方法,它能够保证编码间的移位距离约为l/3.其缺点是仅仅使用众多满足条件模板中的一个,因而编码数量有限.本文对单模板编码方法作了进一步的研究,提出来了另外一种模板框的结构,在基本保持移位距离约为l/3的情况下,将单模板方法扩展为多模板方法.这一研究大大提高了该方法的应用规模.     

DNA计算的研究进展与展望

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,为NP-完全问题的解决提供了一种全新的途径,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.本文首先介绍了DNA计算的基本思想;然后综述了DNA算例及其模型;分析了DNA计算的特点及其与遗传算法的类比关系;指出了DNA计算目前存在的问题;最后对DNA计算的发展前景进行展望.     

Integer Programming Problem Based on Plasmid DNA Computing Model

A DNA algorithm by operating on plasmids was presented to solve a special integer programming, a typical hard computing problem. The DNA algorithm employed double-stranded molecules to encode variables of 0-1 programming problem, the encoded DNA molecules were inserted into circular plasmids as foreign DNA molecules. Followed by, a series of enzymatic treatments to plasmids were performed in order to find feasible solutions to the given problem. The final optimum was obtained by applying founded feasible solutions to object function. Compared with other DNA algorithms of integer programming problem, the proposed algorithm is simple, error-resistant, above all, feasible. Our work clearly showed the distinct advantages of plasmid DNA computing model when solving integer related programming problem.     

Solving minimum spanning tree problem with DNA computing

Molecular programming is applied to minimum spanning problem whose solution requires encoding of real values in DNA strands. A new encoding scheme is proposed for real values that is biologically plausible and has a fixed code length. According to the characteristics of the problem, a DNA algorithm solving the minimum spanning tree problem is given. The effectiveness of the proposed method is verified by simulation. The advantages and disadvantages of this algorithm are discussed.     

Domatic Partition问题的DNA计算方法研究

Domatic partition问题是一类经典的NP完全问题,在诸多领域中有着广泛的应用,但是至今仍没有多项式时间内的解决方案.DNA计算是一种并行计算能力极强的计算方式,粘贴模型是DNA计算中一种基于粘贴运算的计算模型,基于该模型提出了一种求解domatic partition问题的DNA算法,该算法在多项式的时间内通过两步筛选过程即可以在初始解空间中找出问题的解.为证明该算法的可行性,用java程序对算法进行了仿真模拟,程序在计算机上运行的结果证明此算法是正确且有效的.