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

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

2、的模仿賦予了膜計算系統(tǒng)更多的可能性和變化性;分子計算，這類計算使用大量的生物分子材料和生化操作，在試管里通過生化實驗實現(xiàn)計算，大規(guī)模的信息處理需要極高的并行性，顯然分子計算是具備這種優(yōu)勢的。
　　本文中，將從膜計算和分子計算的基本計算概念出發(fā)研究這兩種新型的計算模型。針對膜計算，討論了一種更符合生化反應(yīng)實際的時間無關(guān)的組織P系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以在線性時間內(nèi)產(chǎn)生指數(shù)級的工作空間。并以此系統(tǒng)在多項式時間內(nèi)解決了最大團問題，對這個系統(tǒng)的時

3、間無關(guān)性、系統(tǒng)規(guī)模、計算能力等進行了討論。針對分子計算，本文首先提出了可復(fù)用的以及可級聯(lián)的分子邏輯門設(shè)計。可復(fù)用的分子邏輯門設(shè)計將材料的循環(huán)利用加入設(shè)計考量，為新型功能邏輯門設(shè)計提供新的思路;可級聯(lián)的邏輯模型希望通過級聯(lián)實現(xiàn)分子邏輯模型之間的連接，為大規(guī)模邏輯門設(shè)計提供新的方向。本文采用凝膠電泳實驗對部分邏輯模型進行了功能驗證和分析。其次，基于對seesaw門電路的學(xué)習(xí)，我們提出了基于這一機制的分子異或門、分子除法器單元——可控加法/減

4、法單元設(shè)計，并通過計算仿真對其功能進行了驗證。實驗驗證中發(fā)現(xiàn)，seesaw機制——一種基于DNA鏈置換反應(yīng)的酶自由循環(huán)機制，其設(shè)計中存在著不足，導(dǎo)致某些電路出現(xiàn)工作異常。針對這一異常，本文提出了一種基于熒光反應(yīng)的中間點檢測技術(shù)，并利用該方法對出現(xiàn)異常的分子除法器單元——可控加法/減法單元進行分析調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn)問題源頭。
　　本文對基于時間無關(guān)的組織P系統(tǒng)的計算能力和基于DNA分子置換反應(yīng)構(gòu)建分子邏輯門展開了探討，獲得的結(jié)果是生物計