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(2+m)减少到O(1.618+m),将DNA计算机在试管内可求解的最大匹配问题的规模从60(2+{60}≈10+{18})提高到86(1.618+{86}≈10+{18}).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.     

哈密顿回路问题的DNA表面计算模型

基于生化反应原理的DNA计算具有强大的并行运算能力,DNA计算机在求解NP问题上存在着硅计算机无法比拟的先天的优越性。论文采用荧光标记的策略,给出了一种新的哈密顿回路问题的DNA表面计算模型。该模型首先将问题解空间的DNA分子固定在固体载体上,然后通过进行相应的生化反应来求得哈密顿回路问题的所有解。在新模型中,解空间的生成过程与边的排列顺序无关。     

图的最小顶点覆盖问题的DNA表面计算模型

基于生化反应原理的DNA计算具有强大的并行运算能力,DNA计算机在求解NP问题上存在着硅计算机无法比拟的先天的优越性。采用荧光标记的策略,给出了一种新的图的最小顶点覆盖问题的DNA表面计算模型。该模型首先将问题解空间的DNA分子固定在固体载体上,然后通过进行相应的生化反应来求得图的最小顶点覆盖问题的所有解。新算法利用荧光猝灭技术,通过观察荧光来排除非解,具有编码、解读简单和错误率低的特点。     

哈密尔顿回路问题的DNA表面计算模型

首次提出用DNA表面计算模型来解决无向图哈密尔顿回路问题。该模型基于哈密尔顿回路问题的解空间,将问题解空间的DNA分子固定在固体载体上,对其进行荧光标记,然后通过相应的生化反应筛选出哈密尔顿回路问题的所有解。与已有的哈密尔顿路径问题的其它模型相比,新模型具有错误率低,编码简易,读取方便等更好的性能。     

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。     

可满足性问题的一种DNA表面计算模型

可满足性问题的一种DNA表面计算模型是一种特殊的DNA计算方法,该模型是采用荧光标记的策略和荧光猝灭技术,通过观察荧光灭光情况排除非解,从而有效的解决可满足性问题(SAT).该模型方法具有错误率低、编码简单、读取方便等很好的性能,能够大大减少实验过程中的错差.     

DNA计算方法

DNA计算是应用分子生物技术进行计算的新方法。本文主要介绍了DNA计算的基本思想及在解决NP完全问题中的应用。     

DNA自组装计算模型求解二部图完美匹配问题

针对二部图完美匹配问题,提出了一种基于DNA计算自组装模型的算法.首先,通过该算法求解了一个具有10个顶点的二部图完美匹配问题的实例,实例中给出DNA计算自组装模型算法所涉及到的DNA Tile的编码设计方案、自组装计算步骤及结果分析;然后,给出了任意二部图完美匹配问题的求解方案;最后,针对DNA计算自组装模型算法解决任意二部图完美匹配问题的时间和空间消耗进行了讨论.结果表明:对任意二部图只需14种Tile类型就能够得到完美匹配.     

基于自组装模型的最大团问题DNA计算算法

DNA计算在解决NP完全问题时,有着传统图灵机无法比拟的优势.但是随着DNA计算研究的不断深入,传统DNA计算模型显现出杂交错误率和生化操作复杂性过高的缺点.如何提高DNA计算结果的准确性在DNA计算研究中日显重要.针对NP完全的最大团问题,引入DNA自组装模型,提出了一种求解最大团问题的DNA计算算法.算法通过减少实验的操作步骤数,以降低生化解的错误率,给出了DNA分子的编码方案及结果检测的实验方法.算法设计的tiles种类为(O)(n+|E|),生化操作复杂性为(o)(1),其中n为图的顶点数,|E|为边数.与求解最大团问题的其他DNA算法的对比分析表明,本算法不仅明显提高了生化解的准确性,且算法的生化实验复杂度低,具有良好的实验操作性.     

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.     

旅行商问题的DNA算法

旅行商问题是求仅一次遍访指定城市并返回出发城市的最短旅行路线的问题,它是图论中一个经典的NP完全问题,用电子计算机需要指数级的时间才能得到解决,该文基于分子生物技术并利用Adleman-Lipton模型给出旅行商问题的DNA算法,这个DNA算法理论上能在多项式的时间内解决这个NP完全问题。具体地对n个城市的旅行商问题,首先将它视为一个具有顶点和边的图,并将顶点、边分别用DNA链编码表示,边的方向通过顶点的编码获得;再将这些DNA链投放在试管中进行生物化学反应,利用DNA计算的高效并行性,通过基本的生物实验操作最后得到旅行商问题的解,其过程的复杂度为O(n)。该算法的创新之处在于表示城市和路径的DNA链长度的设计,能使我们在合理小的范围内寻找旅行商问题的解,较大地简化了问题的复杂度。     

利用DNA遗传算法求解Flow-Shop调度问题

由于经典遗传算法在求解调度问题尤其是处理复杂的、混淆的和多任务问题时不够灵活且计算速度慢,论文引入DNA技术借助生物学理论对其进行改进。DNA遗传算法继承了遗传算法全局搜索的能力,同时利用DNA双螺旋结构和碱基互补配对原则进行编码运算,提高了算法的有效性和收敛速度,从而很好地解决了NP-hard性质的Flow-Shop调度问题。     

基于闭环DNA计算的最大独立集问题的算法

提出闭环DNA计算模型及其基本生化实验,给出解决最大独立集问题的闭环DNA算法。在闭环DNA算法中,提出并实现了用删除实验直接构造所有最大独立集的构想,即通过多次删除实验使顶点集合逐步满足独立集的要求,最后达到最大独立集。该方法使得算法的设计简单明了。算法仅用到基本的删除实验,实现简捷、可靠。     

基于分治的子集积问题DNA计算机算法

如何减少DNA计算机在求解大型科学问题中以问题输入纯指数增长的DNA链数,已成为DNA计算机研究的重要内容。本文将分治策略应用于子集积问题的DNA分子计算中,提出一种求解子集积问题的新的DNA计算机算法。该算法由n位数据搜索器和其它五个子算法组成,其DNA链数可达到亚指数的O（2^q/2）,其中q为子集积问题的维数。与最近文献结结论进行的对比分析表明：新算法将求解子集积问题所需的DNA链数从O（2^q）减少至O（2^q/2）,最大链长度减少为原来的1／2。因此,利用新算法在试管级水平上能将可
破解的子集积公钥的维数从60提高到120。     

图的顶点着色问题的一种DNA算法

在构造了一种新型的“类发夹”式探针的基础上,给出了图的顶点着色问题的一种DNA算法。利用顶点的适当编码,该算法直接生成可满足解空间,无须在全体解空间中进行各种过滤过程,使用常规的生物操作完成可满足解空间的产生及最终解的分离。     

可满足性问题的三维DNA图结构算法

论文提出用三维图结构解决DNA分子计算问题,给出了解决3-SAT问题的方法。在所提出的方法中,算法所要求的步骤与公式中变量的数目相等。