基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现

理论上来说,基于DNA的分子逻辑门是DNA计算机体系结构的产生基础和DNA计算机实现技术的硬件基础。文章提出了一种新的基于粘贴DNA计算模型的分子逻辑与门的实现方法。在此方法中,逻辑门、输入信号和输出信号是DNA分子。可以实现DNA类型的逻辑门操作。需要使用包括聚合酶链反应(DNA)、琼脂糖凝胶电泳、探针的标记与检测等标准的生物工程技术。这些技术集成于DNA芯片中可用于DNA计算机的研制。     

DNA分子计算模型

The field of practical DNA computing opened in 1994 with Adleman's paper,in which a laboratory experi-ment involving DNA molecules was used to solve a small instance of the Hamiltonian Path problem. The characteris-tic of this computation is its powerful ability in parallelism,its huge storage and high energy efficiency. This paper mainly introduces the principles of DNA computing and the sticker computing model.     

图的最大团与最大独立集粘贴DNA计算模型

粘贴模型(stickermodel)是DNA计算中一个很重要的模型.其主要原理就是采用单双链混合型DNA分子进行编码,其优点在于在生物操作过程中不需要DNA链的延伸,不需要生物酶的作用以及DNA链可重复使用等,因此引起了来自不同学科的学者们的广泛关注与兴趣.文中提出了一种求解图的最大团问题的DNA计算模型,该模型采用了两种基本并行计算处理思想,一种是将图分解成小的子图来处理的并行思想;另一种是进行并行生物操作.     

甲骨文检索的粘贴DNA算法

为了能更好地研究和保护甲骨文,设计了一种适合DNA计算机的甲骨文编码方式,并据此提出了进行甲骨文检索的粘贴DNA算法。根据DNA双链分子具有双螺旋结构的特性,甲骨文标准字库的编码和待检索文字的编码采用了互补的方式,以利于生化操作的执行。仿真结果表明该算法具有可行性和有效性。     

DNA计算模型发展分析

概述了DNA计算的起源和发展,对几种常用的DNA计算模型,如剪接模型、粘贴模型、等同检测模型等进行了介绍和分析,展望了今后DNA计算模型发展的趋势。     

DNA逻辑计算模型的研究现状与展望

DNA计算因其优异的计算能力已经成为当前研究热点,DNA逻辑计算模型是DNA计算体系与运算实现的重要依托。按应用技术将现有DNA逻辑计算模型进行分类：基于链置换的DNA逻辑计算模型、基于核酶的DNA逻辑计算模型、基于G-quadruplex的DNA逻辑计算模型、基于DNA自组装的逻辑计算模型、基于其他分子技术和分子材料的DNA逻辑计算模型。首先阐述了DNA逻辑计算的研究背景和研究目的以及现阶段在生物分子检测、疾病诊断、多因素分析和生物成像等领域的应用并简述其相关概念;然后梳理各DNA逻辑计算模型的研究历史和现状,分析各类逻辑计算模型所应用的分子操控技术和分子材料以及优缺点和应用前景;最后归纳总结DNA逻辑计算领域当前研究热点和发展前景,为未来提出全新的计算方式奠定基础,为信息、医疗等领域提供更好的服务。     

基于粘贴模型的两类全排问题的DNA算法

基于粘贴模型的巨大并行性,分别给出了线性全排列和圆周全排列问题的粘贴DNA算法;分析了两类问题的DNA算法的不同之处;通过一个实例给出了实验操作步骤,并对生化实验进行了模拟,得出了正确的结果,从而证明了算法的可行性。最后,对算法的操作复杂度进行了分析。     

粘贴DNA模型的多级分离技术及其应用

利用粘贴DNA模型现有的4种基本操作来解决问题效率低下,为解决这一问题,提出多级分离的概念,设计一个多级分离装置的模型,引入了多级分离技术.以可满足性问题(satisfiabilty problem,SAT)为例说明了该技术与装置的应用;通过实例的分析对比,展示了该技术的优越性.最后,证实了多级分离装置的有效性,并对多级分离技术的前景给予了展望.     

基于粘贴和2-臂DNA模型的层次聚类算法

为了充分利用DNA分子在生物计算中的高度并行性和强大的存储能力,将DNA计算引入层次聚类实现对数据集的全局搜索。提出了粘贴模型与2-臂DNA分子相结合的混合模型求解最近邻层次聚类的DNA算法。针对二维数据空间,算法首先基于最小生成树思想产生图的边的所有组合链;其次筛选含n-1条边的链,基于边附着顶点,并选择包含全部顶点的复合链;再将复合链末尾连接相应边的权值片段,电泳出最短链;最后通过荧光分析法读解,得到最终的聚类结果。与已有文献同类算法对比表明,该算法在保持多项式操作时间下,更充分考虑连接边的长度,并将读解步骤数限定为常数步。     

混合多值可逆逻辑中广义Toffoli门仅用CNOT门的实现

混合多值量子可逆逻辑电路综合问题中,Toffoli门的合成是整个合成过程中最为关键的一步。针对混合多值5-qubits量子可逆逻辑电路综合问题,构造了PMX量子门,验证了CNOT门的合成能力,实现了对Toffoli门的合成,并设计了双向的BDS搜索算法,高效实现了量子电路的最优或者较优综合。     

基于DNA计算的IDEA密码攻击方法

针对国际数据加密算法(IDEA)密码的特点,提出一种基于DNA计算的粘附子模型的IDEA密码系统攻击方法。该方法使用已知明文进行攻击,采用DNA储存链编码各种可能的密钥与已知明文,通过组合、分离、设置、清除4种操作筛选出密钥,由凝胶电泳确定密钥的具体值。该攻击方法所需的数据量仅为一组明文密文对,时间复杂度为O(n2)。     

最大匹配问题的粘贴DNA算法

最大匹配问题(MMP)是图论中经典的组合优化问题。针对此问题提出了基于DNA粘贴计算模型的求解算法,阐述了该算法如何利用DNA链构建最大匹配问题的初始编码,说明了应用粘贴计算模型寻求最终解的生物操作过程,同时分析了此DNA并行算法的计算复杂度,最后给出了该算法的计算机模拟仿真结果和应用实例,得到了所给问题的最大匹配解,并对算法的可行性进行了验证和总结。     

计算科学的新领域：DNA计算（Ⅱ）

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。从理论上研究DNA计算方法，有利于推动理论计算科学的发展。本系列文章应用形式语言及自动机理论技术，系统地探讨了DNA分子的可计算性及其计算能力。本文主要介绍DNA分子粘接计算模型的文法结构和计算方法，探讨了不同粘接计算模型的计算能力，并证明了DNA有穷自动机与正规文法的等价性。     

基于正反控制门的可逆逻辑综合

提出一种基于正反控制(PNC)门可逆网络的级联算法,为3位输入/输出函数设计相应的模板,给出级联网络的约简算法。实验结果表明,与Toffoli门级联成的网络相比,使用PNC门的可逆网络中门的数量较少,在降低网络代价方面具有一定优势。     

可满足问题的分子信标计算模型

分子信标（Molecular Beacon）是一种发夹状的荧光探针,它可以特异地和那些与分子信标的环（Loop）互补的核酸靶序列杂交,具有单个碱基错配的检测能力．肽核酸（Peptide Nucleic Acid）是人工合成的核酸（DNA）的类似物．PNA骨架为酰胺键,与DNA补链杂交更稳定,可以阻止聚合酶延伸反应．文中将可满足问题的约束变量编码于分子信标的环部识别区,通过分子信标与使得给定范式为真的变量的PNA补链杂交,再利用PNA链可以阻止聚合酶延伸反应的性质,用限制性内切酶EcoRI降解对应于非解的分子信标,最后通过加热表面使分子信标构形发生变化,产生荧光读解．提出的可满足问题的分子信标计算模型具有可靠性高、无需观察和记录计算的中间结果、读解简单等优点．     

基于DNA粘附子模型的并行乘法算法

提出了一种基于DNA计算的粘附子模型的并行乘法算法,该算法首先将两个二进制数相乘转变成根据被乘数对乘数进行一系列的移位相加。将被乘数与乘数编码在同一条存储链上,通过组合、分离、设置、清除等四种运算计算出积的值。由于表示输出的DNA链的结构与表示输入的DNA链的结构相同,因此表示输出的DNA链无需做任何改变,就能在后面的运算中重复使用。该算法不仅能用于整数乘法中,还可以很方便地推广到包含小数的乘法运算及多个因数参与的乘法运算中。该算法的突出优点是充分发挥了DNA计算内在的并行计算性,如果参与乘法运算的因数的个数相等,则计算多组乘法运算与计算一组乘法运算所需的时间相同,并且多组乘法运算能从同一个试管内开始。