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DNA计算基本生物操作模拟

俞海峰  
【摘要】: 随着生物技术的发展,DNA计算随之产生。由于DNA计算机所具有的巨大并行性、海量存储以及低能耗等有点,将有望在某些领域弥补现有计算机的不足。DNA计算是利用DNA双螺旋结构和碱基互补配对规律进行信息编码,将要运算的对象映射成DNA分子链,通过生物酶的作用,生成各种数据池,再按照一定的规则将原始问题的数据运算高度并行地映射成DNA分子链的可控的生化反应过程。最后,利用分子生物技术(如聚合链反应PCR、超声波降解、亲和层析、克隆、诱变、分子纯化、电泳、磁珠分离等),检测所需要的运算结果。 本文研究主要包括几个方面的内容:DNA计算中基本生物操作的提取、DNA计算中的编码问题和对DNA计算中基本生物操作的模拟。 DNA计算中基本生物操作的提取是模拟操作实现的前提,只有提炼出基本的生物操作,并且弄清楚这些基本生物操作的实质,才能在电子计算机上对其进行准确的模拟。本文主要基于溶液模型提取基本生物操作,这些基本操作可以分为对DNA链的操作和对试管的操作。 编码问题是DNA计算中的关键问题,也是重点和难点问题。本文给出了编码问题的定义,并且总结了影响DNA链稳定性因素。在模拟实验中综合考虑了其中部分影响因素,给出的编码完全满足实验要求。 对基本生物操作的模拟是在面向对象的基础上进行的,文中设计了三个类TDNAChain、TTube和TControler,分别表示溶液模型中所需要的基本要素:DNA链、试管和实验流程。 最后在这些基本生物操作的基础上,对Adleman实验中的7定点哈密尔顿路径问题以及一个7顶点TSP问题进行了求解,并且给出了HPP问题详细的求解步骤,展示了求解的结果。


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