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利用DNA长度编码实现分子计算

乔柱  
【摘要】: 随着科学技术的发展,计算机的运算速度越来越快。但是在现有的计算模式下仍有不能仅依靠速度的增加而能有效解决的计算问题。这类问题随着其规模简单地扩大可抵消掉计算速度增长的优势,因而单纯的追求速度的增加并不能有效的解决这些计算问题,而这类问题在现实的生产生活中确大量存在,对此的解决方法有近似算法,概率算法等方法。除此以外,利用DNA分子计算也可解决这类问题,并表现出较大的发展前景。DNA分子作为生物遗传中所使用的信息储存分子,其自身的特点很适宜用作计算元件。早在DNA分子计算出现以前,Rechard. Feynman就提出了利用分子进行计算的设想。而分子计算的实现就是利用DNA分子的特点完成的。1994年Aldeman首次利用DNA分子解决了7节点的Hamilton路径问题标志着DNA分子计算时代的到来。 本研究中在参考了其它科学家的DNA计算方案后,利用DNA分子的长度为信息编码,通过编码的DNA链在设计的特定反应体系下与其它单链DNA杂交,生成双链DNA,再通过连接反应,绿豆核酸酶的处理筛选反应产物,经过PAGE电泳显示结果,成功的实现了两个简单的逻辑运算。在此基础上,提出利用DNA分子的长度去编码信息并改进Sam Roweis等人的粘贴计算模型和用此来做加法运算,并对该方案的可行性做出了探讨。 现有的DNA计算在计算的过程中都涉及到DNA单链互补反应。而在生物体内,DNA的变性与杂交主要是在复制过程中发挥作用,DNA分子并不经常变性和退火。为了让生物体能自动的完成计算过程,以有效的降低DNA计算过程中的实验劳动强度,利用DNA的重组代替链杂交可作为一个有效的计算方案。利用生物自动性作DNA计算不但可方便计算的实验过程,还可以提高DNA分子计算的稳定性。在比对了DNA重组的计算方式与现有的DNA分子计算方式后,提出重组的计算方式仍与其它DNA分子计算方式一样有着良好的计算能力并且也探讨了这种DNA计算方案实现中所面临的问题及其可能的解决方法。 最后对本文作了简要的总结,并就DNA计算的特点,目前的不足和未来的发展方向提出看法。


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