基于多级抽取的0-1整数规划问题的DNA算法

DNA计算是一种借助于分子生物技术进行计算的新方法,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,利用DNA计算求解0-1整数规划问题的研究具有重大的意义.基于多级分离模型解决0-1整数规划问题,且给出DNA算法.通过一个实例给出了操作的步骤.     

基于三链DNA结构的0-1整数规划改进研究

为实现DNA计算中对解的有效筛选,防止探针与探针之间的错配、发夹结构等,以及便于检测最终解,提出了改进的三链DNA模型求解0-1规划的设计。该方法编码n个变量的每种组合的所有排列情况。此编码方式不仅使计算所需有效分子量从O((2n)!)下降到O(2nn!),并使对可行解的筛选更加有效。利用寡聚脱氧核苷酸(ODN)在RecA蛋白介导下与同源的双链DNA匹配成三螺旋DNA的特点,可推广到更多以双链DNA分子为计算模型的解的检测中。     

简单0-1规划问题的动态DNA折纸计算模型

DNA折纸是一种全新的DNA自组装方法。将一个由DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人组装而成的动态折纸应用于求解0-1规划问题。其中DNA折纸卡槽由1条M13脚手架链和202条钉书钉链折叠而成。双态DNA机器分为不修饰和修饰金纳米颗粒两种情况,对应于0-1规划问题约束变量的取值为0或者1。DNA折纸卡槽和DNA双态机器组装成折纸基底。DNA行走机器人是7条单链折叠成的带有粘性末端的DNA折纸。在链的驱动下,DNA行走机器人在折纸基底上顺时针旋转行走,每步旋转120°。DNA行走机器人每走两步,与折纸基底上的DNA双态机器进行链置换,接收修饰的金纳米颗粒。当整个动态行走过程结束,根据透射电镜下DNA行走机器人接收的金纳米颗粒的大小和个数来判断约束变量的取值是否为可行解。该计算模型采用模块化结构,DNA折纸卡槽、双态DNA机器、DNA行走机器人等折纸均单独设计,且采用透射电镜读解,因而提高了模型实现的可行性。     

DNA折纸术在一类特殊的整数规划问题中的应用

基于DNA折纸术设计并找出一类特殊的整数规划问题的最优解。将这类整数规划问题中的[n]个变量及对应的所有可能值设计成一条长链（脚手架链），通过添加相应的订书钉链形成发夹结构来映射出问题的解。当整数规划问题中有[n]个变量时，它的解可以映射成[n]个发夹结构（长链的长度为[l+nt]）。同时对于非解，通过添加订书钉链的方法来增加长链的发夹结构，从而使得长链的长度变长（超过[l+nt]），再通过凝胶电泳来排除这些非解，最后保留可行解。     

有界整数规划问题的DNA计算

基于生化反应原理的DNA计算具有强大的并行运算能力,对于解决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.基于荧光标记的策略,提出了约束方程变量分解的概念,通过将约束方程进行分解和增加约束补链的方法,解决了有界整数规划问题.利用荧光猝灭技术,基于DNA计算的新算法具有编码简单和错误率低的特点.     

DNA折纸术在0-1背包问题中的应用

DNA折纸术因其反应的可编程性、纳米可寻址性等优点被广泛地应用于DNA计算中。利用DNA折纸术和杂交链式反应构建0-1背包问题的计算模型。以四个变量的0-1背包问题为例,首先将九种发夹结构和一种分子信标锚定在DNA折纸基底上并加入足量的辅助链;其次通过加入不同的引发链可以触发不同路径上的杂交链式反应,并得到问题的所有可能解;最后,通过荧光信号的数量确定可行解,从而找到问题的最优解。该模型不受权重过大或过小的影响,在折纸基底上可等比例的缩放权重。用Visual DSD软件对该模型进行仿真,模型显示出良好的可行性。     

求解0-1规划问题的DNA计算模型(英文)

DNA计算是以DNA分子作为数据的一种新型计算模式．在DNA计算中首要面对的问题是编码问题．文中提出了一种双编码方法,利用这种编码方法可以使得在DNA计算的读解过程类似于DNA测序过程,容易实现自动化操作．基于该编码方法所建立的DNA计算模型可用于求解0-1规划问题,只需4次PCR反应即可读取问题的可行解．与其他DNA计算模型相比,该模型具有操作简单、易于实现的优点．     

一类特殊整数规划问题的DNA计算

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．提出了约束方程组的“秩”以及约束方程的3种“约束补链”概念,并基于这些概念,利用在基于表面的DNA计算中采用荧光标记的策略,给出了一类特殊整数规划问题最优解的一种基于DNA计算的求解算法．新算法利用荧光猝灭技术来排除非解,从而得到满足约束条件的所有可行解,最后再通过比较所有可行解的目标函数值来求得问题的所有最优解．算法分析表明,新算法具有解读、编码简单和错误率低的特点。     

DNA自组装的可满足性问题模型

DNA自组装技术在DNA计算和纳米技术领域都发挥着极其重要的作用,许多小规模NP完全问题都可以通过自组装模型得以解决.文中以可满足问题为模型,通过构造范式中变量的特殊补链,使其与初始数据库中初始DNA链发生杂交反应,形成发夹结构,利用形成发夹结构的DNA链与没形成发夹结构的DNA链长度不同的特点,通过凝胶电泳将这些带发夹的DNA链提取出来;然后加入与这些特殊补链完全互补的DNA链,在一定温度下,通过碱基互补配对原则,发夹结构又将被重新打开.该模型充分利用了DNA分子间的自组装能力,在计算过程中只需要用到凝胶电泳操作,在一定程度上大大减少了因生物操作过多而引起的各种实验误差.     

基于DNA链置换的逻辑推理问题研究

基于DNA链置换反应构建了逻辑推理问题的DNA计算模型.在不依托荧光标记技术等DNA实验技术的前提下,利用尽量少的DNA反应链和链置换反应以及构建0-1函数,实现了DNA链的浓度变化与布尔逻辑信号值之间的对应关系,将DNA模拟计算和数字逻辑运算相结合,设计出基于DNA链置换反应的基本逻辑运算"与""或""非"的DNA计...     

Performing DNA computation with RecA-mediated triple-stranded DNA structure

A new method of DNA computing using an unusual triple-stranded DNA structure mediated by RecA protein is introduced and a minor 3-variable instance of the satisfiability (SAT) problem is solved. Separations were performed by using biotinylated oligodeoxynucleotide probes coated with RecA protein. During the computation, sequence-specific recognition of double-stranded DNA by homologous oligodeoxynucleotides was fulfilled in the presence of ATPγS. Captured by the magnetic particles coated with streptavidin, the desirable double-stranded DNA strands were retained and extracted. It is suggested that the methods employed here may help decrease the errors in DNA computation and solve some larger size NP- complete problems.     

Application of 0-1 integer programming to multitarget tracking problems

This paper presents a new approach to the solution of multi-target tracking problems. 0-1 integer programming methods are used to alleviate the combinatorial computing difficulties that accompany any but the smallest of such problems. Multitarget tracking is approached as an unsupervised pattern recognition problem. A multiple-hypothesis test is performed to determine which particular combination of the many feasible tracks is most likely to represent actual targets. This multiple hypothesis test is shown to have the computational structure of the set packing and set partitioning problems of 0-1 integer programming. Multitarget tracking problems that are translated into this form can be rapidly solved, using well-known discrete optimization techniques such as implicit enumeration.     

An accelerated approach for solving fuzzy relation equations with a linear objective function

In literature, the optimization model with a linear objective function subject to fuzzy relation equations has been converted into a 0-1 integer programming problem by Fang and Li (1999). They proposed a jump-tracking branch-and-bound method to solve this 0-1 integer programming problem. In this paper, we propose an upper bound for the optimal objective value. Based on this upper bound and rearranging the structure of the problem, we present a backward jump-tracking branch-and-bound scheme for solving this optimization problem. A numerical example is provided to illustrate our scheme. Furthermore, testing examples show that the performance of our scheme is superior to the procedure in the paper by Fang and Li. Several testing examples show that our initial upper bound is sharp.     

求解Web集群文档分布的混沌搜索算法

提出Web集群文档分布方案,用M/G/1/K PS排队模型对服务器进行建模,将文档分布问题转化为0-1整数规划问题,然后求解该规划问题。针对该类0-1整数规划问题,给出一种基于混沌搜索的求解算法,该算法让多个独立的混沌变量在其各自的轨道中搜索,使得对应生成的0-1矩阵能遍历任意一种可能的分布,从而能搜索到全局最优解。设计一种基于贪婪思想的文档分布算法。测试表明,混沌搜索算法能找到全局最优解,优于传统的贪婪算法。     

基于DNA折纸术求解可满足性问题的计算模型

DNA折纸术是一种全新的DNA自组装方法,具有可编程性、纳米可寻址性等优点,被广泛地应用于DNA计算中.利用DNA折纸术可折叠出特殊结构的特点,在DNA折纸基底上设计了一种求解可满足性问题的计算模型,该模型采用分子信标原理,通过观察荧光的明灭排除非解,从而找出可满足性问题的解.最后通过实例和模拟仿真表明了模型的可行性.     

两层应急抢修系统选址问题的核搜索算法

提出了用于描述两层应急抢修系统选址问题的0-1整数线性规划模型, 该模型能保证整个应急抢修系统的服务质量。设计了求解该问题的两种核搜索算法, 在两种方法中分别根据原问题的线性松弛和拉格朗日松弛确定原问题的核问题和子问题, 从而大大减小了问题的规模。用提出的算法对56个计算实例进行求解, 算例计算结果表明, 与MOSEK软件直接求解得到的结果进行比较, 基于拉格朗日松弛的核搜索算法可以在相对较短的时间内求得较好的解, 这说明拉格朗日松弛对偶问题的最优解能为求解原问题提供非常有效的信息。     

求解0-1整数规划问题的混沌遗传算法*

针对一类特殊的0-1整数规划求解问题提出一种混沌遗传算法。该算法采用幂函数载波技术提高混沌搜索的充分性与遍历性,以混沌搜索算法得出的优化个体作为遗传算法的新群体进行交叉、变异等操作,提高种群质量,同时增加种群多样性,改善遗传算法的早熟问题。该算法被用于解决片上网络映射A3MAP(architecture-aware analytic mapping) 0-1整数规划问题。实验仿真证明,该算法的收敛速度和解的精度均优于A3MAP-GA。