基于分子計(jì)算和組織P系統(tǒng)的簡(jiǎn)單邏輯電路和組合優(yōu)化問(wèn)題的研究.pdf

1、傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)改寫(xiě)了人們的生活，但我們不能沉醉于這樣的成果之中，而是應(yīng)該跳出來(lái)看到更大的希望和進(jìn)步。生物計(jì)算機(jī)——一種希望通過(guò)模仿生物體結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)建的計(jì)算機(jī)，由于我們所能看到的自然界的強(qiáng)大，這樣的概念是全新而有前景的。作為生物計(jì)算的研究分支，膜計(jì)算是通過(guò)模仿生物體的膜結(jié)構(gòu)而得到的一類(lèi)計(jì)算系統(tǒng)，這類(lèi)系統(tǒng)由于膜結(jié)構(gòu)所具有的天然特性——分隔的環(huán)境，具備強(qiáng)大的分布式計(jì)算能力和并行計(jì)算能力，而細(xì)胞中的各類(lèi)規(guī)則又是豐富而多變的，對(duì)于這些規(guī)則

2、的模仿賦予了膜計(jì)算系統(tǒng)更多的可能性和變化性;分子計(jì)算，這類(lèi)計(jì)算使用大量的生物分子材料和生化操作，在試管里通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)計(jì)算，大規(guī)模的信息處理需要極高的并行性，顯然分子計(jì)算是具備這種優(yōu)勢(shì)的。
　　本文中，將從膜計(jì)算和分子計(jì)算的基本計(jì)算概念出發(fā)研究這兩種新型的計(jì)算模型。針對(duì)膜計(jì)算，討論了一種更符合生化反應(yīng)實(shí)際的時(shí)間無(wú)關(guān)的組織P系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以在線(xiàn)性時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生指數(shù)級(jí)的工作空間。并以此系統(tǒng)在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)解決了最大團(tuán)問(wèn)題，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)

3、間無(wú)關(guān)性、系統(tǒng)規(guī)模、計(jì)算能力等進(jìn)行了討論。針對(duì)分子計(jì)算，本文首先提出了可復(fù)用的以及可級(jí)聯(lián)的分子邏輯門(mén)設(shè)計(jì)。可復(fù)用的分子邏輯門(mén)設(shè)計(jì)將材料的循環(huán)利用加入設(shè)計(jì)考量，為新型功能邏輯門(mén)設(shè)計(jì)提供新的思路;可級(jí)聯(lián)的邏輯模型希望通過(guò)級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)分子邏輯模型之間的連接，為大規(guī)模邏輯門(mén)設(shè)計(jì)提供新的方向。本文采用凝膠電泳實(shí)驗(yàn)對(duì)部分邏輯模型進(jìn)行了功能驗(yàn)證和分析。其次，基于對(duì)seesaw門(mén)電路的學(xué)習(xí)，我們提出了基于這一機(jī)制的分子異或門(mén)、分子除法器單元——可控加法/減

4、法單元設(shè)計(jì)，并通過(guò)計(jì)算仿真對(duì)其功能進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)，seesaw機(jī)制——一種基于DNA鏈置換反應(yīng)的酶自由循環(huán)機(jī)制，其設(shè)計(jì)中存在著不足，導(dǎo)致某些電路出現(xiàn)工作異常。針對(duì)這一異常，本文提出了一種基于熒光反應(yīng)的中間點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，并利用該方法對(duì)出現(xiàn)異常的分子除法器單元——可控加法/減法單元進(jìn)行分析調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn)問(wèn)題源頭。
　　本文對(duì)基于時(shí)間無(wú)關(guān)的組織P系統(tǒng)的計(jì)算能力和基于DNA分子置換反應(yīng)構(gòu)建分子邏輯門(mén)展開(kāi)了探討，獲得的結(jié)果是生物計(jì)