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《湖南大学》 2007年
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堆栈和二叉树数据结构在DNA计算机中的设计与实现

朱雅莉  
【摘要】: 自从1994年Adleman用DNA链解决一个简单有向哈密顿图问题以来,DNA计算已经形成国际科学前沿领域内研究的一个新的热点,引起许多不同学科学者们的兴趣。DNA计算机的研制需要诸如生物工程、计算机科学等许多学科的共同协作攻关。已有研究表明DNA计算机具备完整的图灵机功能,这为DNA计算机能否成为目前意义下真正的计算机提供理论支持。DNA计算机要走向实际应用,必须像电子计算机一样,需要解决DNA计算机中信息的组织问题,这就需要合理的数据结构来有效地组织DNA计算机需要处理的信息。因此,数据结构的设计对DNA计算机的具体实现有重要研究价值。 首先,本文在参考已有队列数据结构设计方法的基础上,提出了DNA计算机中堆栈数据结构的设计方法。该方法根据堆栈的特点,利用两种不同的限制性内切酶完成入栈和出栈操作。并给出DNA计算机中堆栈存储结构的形式描述;详细阐述了DNA计算机中堆栈初始化、入栈、出栈、判断空堆栈等操作的生物实现方法;给出一个具体的DNA编码以及算法实例,实例仿真了DNA计算机中该算法的运行机制,实例结果表明此堆栈数据结构的设计方法在DNA计算机上切实可行。 然后,提出了DNA计算机中基于顺序存储方式的二叉树数据结构的设计方法。该方法利用DNA分子和限制性内切酶的生物特性,完成二叉树的顺序存储结构和基本操作。并给出一个二叉树的DNA编码以及仿真实例,实例结果表明该设计方法在DNA计算机上的可行性。 最后,给出DNA计算机中二叉树链式存储结构的形式描述。在连接酶的作用下,各结点之间产生杂交和连接反应,形成DNA双链。并给出一棵二叉树的链式存储结构实例,实例表明该设计方法构造的DNA双链对应二叉树的中序遍历序列。 文中用到的生物技术在实验室中都能实现,这些方法可推广到DNA计算机中其他类型的数据结构,帮助DNA计算机合理、有效地组织需要处理的信息,从而使DNA计算机走向实际应用。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP311.12;TP38

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