文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
DNA计算中若干理论问题的研究
姓名:黄布毅
申请学位级别:博士
专业:系统分析与集成
指导教师:许进
20050423
摘要
DNA 计算是一种以生物分子 DNA 作为计算介质以生物化学反应作为计算工
具的一种新型计算方法一般认为经典数字计算机执行串行任务的能力是不容置
疑的而 DNA 计算在求解自然界大量存在的需用穷举搜索方法求解的复杂问题上
具有经典数字计算机所无法比拟的天然优势
本文主要从 DNA 计算机研制中 DNA 分子的合成问题DNA 计算中的编码问
题两个方面出发以 DNA 计算中较为成熟的粘贴模型和粘贴系统为基础对 DNA
计算机中的若干问题进行了研究和讨论具体内容如下
编码问题是 DNA 计算机研制中最为核心的问题因为首先它直接影响着
DNA 序列的合成质量其次编码的好坏直接影响着能否按照所设计的目标进行杂
交第三编码的好坏不仅直接影响解空间的大小而且决定能否解决所谓的“解空
间指数爆炸问题”即与 DNA 计算机研究能否深入发展息息相关所以我们在详细
讨论影响编码的主要因素的基础上对 DNA 计算机中的编码问题进行了较为深入
的研究
DNA 分子的合成问题不仅是 DNA 计算中生物操作过程中首先要处理的问题
而且是 DNA 计算机研制中必须要解决的问题因为最终实用化的 DNA 计算机应是
一种全自动化的如何给出一种将 DNA 分子的合成过程与编码以及其它生化操作
自动化地衔接起来是全自动化 DNA 计算机当前研究的关键难题为了解决这个问
题必须十分熟悉有关 DNA 分子合成的基本原理以及合成技术这也是本文需要研
讨的首要问题
在深入探讨 DNA 计算的原理完备性和通用性以及粘贴模型和粘贴系统的基
础上借鉴经典数字计算机组成原理提出了基于粘贴模型的协同 DNA 计算机基本
组成原理模型并对该系统内部各组成单元功能进行了论述
提出了一种新的基于粘贴 DNA 计算模型的分子逻辑门的实现方法在此方法
中逻辑门输入信号和输出信号是 DNA 分子可以实现 AND OR 和 NAND 类型
I
的逻辑门操作理论上来说基于 DNA 的分子逻辑门是 DNA 计算机体系结构的产
生基础和 DNA 计算机实现技术的硬件基础需要使用包括聚合酶链反应(PCR) 琼
脂糖凝胶电泳探针的标记与检测等标准的生物工程技术这些技术集成于 DNA 芯
片中可用于 DNA 计算机的研制
关键词DNA 计算DNA 合成编码粘贴模型粘贴系统组成原理分子逻辑门
II
Abstract
puting is a new calculation method that used biological molecule DNA as
calculation medium and biochemical reaction as calculation tool. Generally considering,
although the ability of the classical puter is unassailable when it executes
serial task, puting shows natural pared with the classical digital
computer in solving the problems that all possible solution should be verified which exist
everywhere.
In the dissertation, several problems in DNA molecule synthesis and DNA
computing coding of puter manufacture are studied and discussed mainly from
the point of sticker models and sticker systems. The detailed contents are as follows:
The coding problem is the core problem of puter realization. Firstly
because it has an impact on the quality of DNA sequence synthesis; Secondly because
the quality of coding directly influences the process wheth