一、DNA计算机原理、进展及难点(Ⅰ):生物计算系统及其在图论中的应用（论文文献综述）
韩英杰[1]（2020）在《基于DNA计算模型的计算树逻辑模型检测算法研究》文中研究说明计算树逻辑（Computation Tree Logic,CTL）模型检测是形式化方法研究的热点,是保证系统正确性的重要手段之一。DNA计算是以DNA分子和生物酶为材料,以生化操作为计算手段的一种生物计算模式。开展CTL模型检测的DNA计算方法研究,不仅可以利用DNA分子的超高存储容量和DNA计算的强大并行优势解决模型检测状态空间爆炸问题,而且对推动DNA计算机的研发和应用具有重要意义。自图灵奖获得者Emerson教授提出“DNA模型检测”问题以来,针对CTL模型检测问题,非自治、自治和细胞内算法仍没有解决,现有算法存在不能提供反例、不能检测带过去算子的CTL公式（CTLP）、因使用核酸酶导致的鲁棒性弱以及反应材料不可复用等问题。针对上述问题,本文深入研究了基于非自治、自治和细胞内DNA计算模型的CTL模型检测算法,完成的主要工作和创新点如下:1)提出了基于非自治DNA计算模型的CTL模型检测算法——AM-CTLMC。设计了待检测系统模型的编码方案,构建了系统模型运行路径的生成算法,给出了CTL基本公式、一般公式和CTLP公式的模型检测算法,仿真实验结果验证了算法的正确性。AM-CTLMC解决了现有算法在系统模型不满足CTL公式时不能提供反例的问题,同时,能够对现有算法无法检测的CTL一般公式和CTLP公式实施检测,提升了检测能力,算法执行过程中不使用核酸酶,提升了鲁棒性,保证了反应材料的可复用性。2)提出了基于自治DNA计算模型的CTL模型检测算法——基于分子信标的算法（MB-CTLMC）和基于长度-编码自动机的算法（LEA-CTLMC）。给出了待检测系统模型的DNA编码方案,分别构建了CTL基本公式的分子信标和长度-编码自动机的编码方案,设计了系统模型运行路径与CTL基本公式的分子自组装环境,给出了基于分子信标和长度-编码自动机的CTL模型检测自组装算法,仿真实验和生物实验结果验证了算法的正确性。CTL模型检测的分子自组装算法解决了现有算法鲁棒性弱和反应材料不可复用的问题,同时,由于可编程性和通用性,LEA-CTLMC在实现时序逻辑模型检测方面具有可扩展性。3)提出了基于细胞内DNA计算模型的CTL模型检测算法——IN VIVO-CTLMC。设计了系统模型运行路径的信使核糖核酸分子编码方案,构建了CTL基本公式有限状态自动机的转运核糖核酸分子编码方案,给出了CTL基本公式的模型检测算法,通过将路径的信使核糖核酸分子和CTL公式的转运核糖核酸分子插入到质粒,再将质粒转染到大肠杆菌细胞中,利用大肠杆菌活体细胞内自治的蛋白质合成机制实现了模型检测,并对算法的正确性进行了证明。该算法解决了目前缺乏细胞内CTL模型检测算法的问题,为基因疾病的早期诊断及分子层面的治疗探索了动态、智能、精确的方法。4)提出了基于机器学习的DNA分子杂交有效性分析方法,解决了生物仿真平台分析DNA分子杂交有效性效率低的问题。构建了DNA分子杂交有效性分析数据集,经初步实验选定了梯度提升树、逻辑回归、支持向量机和随机森林四种机器学习算法,采用数据集训练并生成了四种分类器,综合性能指标选出最佳的分类器——基于梯度提升树的分类器。与生物仿真平台的对比实验结果表明,基于梯度提升树分类器方法的F1值比生物仿真平台的F1值下降了0.1,但分析效率提升了142,013倍,且分析时间不会随参与杂交的DNA分子种类增加发生数量级的变化。该方法解决了生物仿真平台分析DNA分子杂交有效性效率低的问题,为DNA分子杂交有效性分析提供了可供选择的工具。
王亚楠[2]（2019）在《基于DNA链置换技术的逻辑计算模型的研究》文中研究指明DNA不仅储藏着巨大的生命遗传信息,而且还可以作为一种天然的纳米生物材料及元件。到目前为止,科学家们已经巧妙地使用DNA分子完成了各类功能结构及器件的设计与构建。将DNA作为纳米材料与其他纳米材料相结合,必将为生命科学,材料科学,环境科学等领域的发展带来前所未有的动力。在本论文中,我们遵循沃森-克里克碱基互补配对的原则,借助于G-四链体,脱氧核酶等纳米材料的特性,并通过与DNA链置换技术,荧光标记技术等DNA纳米技术结合,在此基础上,完成了 DNA分子逻辑计算模型的构建。本文所做的主要研究工作具体包含如下两个方面:（1）我们首先提出了一个简单的DNA探针逻辑计算模型,可以通过基于链霉抗生物素蛋白和DNAzyme介导的链置换反应的DNA探针技术来实现。在第一个过程中,构建了基于链霉抗生物素蛋白介导的短距离链迁移的荧光猝灭装置（A1）。在这里,我们主要利用的是近距离效应触发的DNA链置换技术来操纵基于蛋白质小分子——链霉抗生物素蛋白介导的AND逻辑运算。其中,链霉亲和素之所以可以高度特异性与生物素牢固绑定,这是由于它们之间具有非常强烈的高亲和力。这将为本策略的实施提供了保障,并且有助于本模型的灵敏性及高效性的提升。然后提出了由DNAzyme切割触发的信号恢复装置（A2）。在此过程中,只有当两个分裂的DNA核酶片段同时存在时,它们才能在金属离子的辅助作用下具有催化活性,从而激活催化切割反应,导致含有猝灭基团的短链分离,同时伴随着荧光信号的增强。为了有效改善模型的复杂性和实用性,我们将链霉抗生物素蛋白与DNAzyme结合起来构建了一个级联逻辑计算模型,以此来灵敏地控制信号的强度。同时,建立了实现级联的荧光粹灭和恢复过程的智能DNA分子开关。最后,通过使用聚丙烯酰胺凝胶电泳和荧光检测实验来完成对所提模型的可行性的验证。本章中所构建的模型利用了绑定诱导的近距离DNA分支迁移技术,并引入了链霉亲和素、脱氧核酶等材料,为DNA逻辑计算模型的构建提供了更多选择的可能。（2）在第二项研究中,我们已经成功开发出一种可以将DNA逻辑门集成到一个简单并且通用的平台中的新策略,以最终实现包括半加器（HA）和半减器（HS）在内的这种高级算术逻辑功能。其中,本策略中所构建的通用平台主要由DNAzyme亚基及分子信标MB构成。在此通用模型的基础上,仅需要更改不同的输入链即可实现不同的逻辑计算元件的构建;由于半加器和半减器这两个逻辑组件的主要操作对象是两位一位二进制数,输出产生两个结果,即模型需要设计两个输入和两个输出。因此,在该策略设计中我们使用分子信标MB及G-四链体作为信号报告分子,同时分别引入了 FAM荧光信号检测和TMB/H2O2溶液的颜色变化（可以用肉眼明确地获得计算输出）来对其进行检测,并分别作为两个逻辑输出端对应的信号结果,最终满足所构建的逻辑计算模型的功能需求。这个逻辑系统的独特之处在于输入介导的计算电路的组装与拆卸,门设计的模块化以及可通过观察解决方案的颜色变化而获得的可见输出,这为后续复杂逻辑电路的构建提供了新思路。
汪改英[3]（2019）在《基于DNA和限制酶的逻辑计算模型的研究》文中研究指明DNA不仅承载着生命遗传信息,还是天然的纳米生物材料和元件。由于DNA分子自身的特异性、高并行性、微小性等天然特性,在信息存储和处理过程中表现出了强大的并行计算能力和数据存储能力,吸引了学者的广泛关注。DNA分子被广泛用于设计构建各类功能结构和器件,如DNA计算机、DNA传感器、DNA芯片、DNA分子探针和分子信标等。立足点介导的DNA链置换技术已经广泛应用于构建DNA设备,包括DNA传感器、DNA分子机器和DNA电路,因为它能够实现动态控制链置换反应。分子杂交系统的能级会自动趋于稳定,DNA链置换技术正是基于此种特点,通过向系统中加入一定长度和序列的DNA链来诱导或者控制链置换反应,最终释放另一条DNA链。传统的链置换反应体系中,立足点和分支迁移区域是共价连接的,预先暴露的立足点是激活进一步级联反应的先决条件,因此能够动态地控制立足点的产生和移除将是非常有优势的。本研究将具有特异性识别功能的限制性核酸内切酶引入DNA链置换中,作为DNA电路的输入,通过控制立足点的生成和移除设计并实现了多种逻辑门,并构建出多数表决分子电路,具体研究内容如下:研究了基于限制性核酸内切酶的立足点生成和移除机制,以用于后续分子逻辑门的构建。通过合理的DNA序列设计,调整限制性核酸内切酶的切割位点来控制立足点区域的长度,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）的实验方法进行验证,得到最佳的立足点长度为5nt。通过比较不同酶浓度反应体系的实验结果,得出最佳的实验体系浓度为1 μM。设计了基于立足点生成和移除机制的多种逻辑门,并以此为基础搭构建了多数表决电路。利用NUPACK软件仿真进行DNA序列设计,构建出YES门、NOT门、AND门、OR门和NOR门等一系列逻辑门,通过凝胶电泳实验进行湿实验验证,并采用Visual DSD对实验设计进行模拟仿真。与以往的分子逻辑门比较,本文的设计反应迅速,操作简便,具有良好的扩展性,为大规模电路的设计提供了可能性。
李艳梅[4]（2016）在《DNA计算模型的理论设计与应用研究》文中认为DNA分子计算是以DNA分子作为“数据”,以DNA的生化反应作为“信息处理工具”的计算模式。自1994年Aldeman成功利用DNA分子求解了七个结点的哈密尔顿路径问题后,DNA分子计算以其海量的存储能力和高度并行计算能力等优势,为求解NP难题提供了一种新的解决方法。DNA计算的发展依赖于当前生物技术的发展水平。目前各种DNA计算模型都是针对特定问题而建立的特定计算模型,很难不做修改或少量修改应用于其他问题,即不似电子计算机般具有通用性;随着问题规模的增加,DNA的并行计算能力受生化反应的影响而大大降低,失去了其计算优势;目前解的检测基本上采用电泳技术、PCR扩增等常规的生物检测方法,错误率高。以上多种局限性成为制约生物DNA计算自动化发展的重要障碍。本文借鉴生物DNA计算并行处理信息的原理,提出了一种新的基于硅的仿生物并行计算模型-DNA电子计算模型（DNA electronic computing model,DEM）。本文主要包括基础理论的提出、硬件实现和在求解图论和军事弹药配送路径优化问题等NP难题的应用研究三方面,本文的具体工作如下:（1）DNA电子计算模型的理论基础及仿真实现DNA计算中典型模型之一的粘贴模型采用单双链混合对DNA分子进行编码:单链用来表示2-进制数中的0,双链来表示2-进制数中的1,编码形式与电子计算机类似,具有一定的通用性。且粘贴模型是一种典型的同时对信息位垂直处理的计算模型,其信息并行处理原理适合在硅硬件上实现。借鉴粘贴模型的信息表达和并行计算原理详细介绍了DEM的基础理论模型-一种基于分子计算的广义图灵模型（Generalized Turing Machine,GTM）。GTM通过特殊的拓扑映射和并行的同时读、写算子,实现对信息的并行处理。通过求解可满足性问题的仿真试验详细说明的GTM的并行计算原理。对GTM结构不变的情况下进行改进,通过增加指令可以在多项式时间内求解集合覆盖问题的最优解。仿真试验说明GTM在求解NP难题时具有一定的通用性。（2）DEM模型的硬件实现本部分工作为本文的重点,将GTM在SOPC平台进行软硬件实现,提出了基于硅的DEM模型。DEM根据功能划分为指令系统、地址译码器、数据生成器、处理单元、结果分析器等功能模块。首先根据DEM各功能模块实现的复杂度和规模进行软硬件划分,进行软硬件设计。对于不同的问题,指令系统和结果分析器因问题不同而异,故用软核实现;地址译码器、数据生成器等生成具有自主知识产权（Intellectual property core,IP核）的硬件电路图。（3）DEM在图论问题中的应用研究通过图的最大团问题详细了DEM的硬件实现方法。针对图的最大团的指令系统和结果分析器进行软核设计,该部分在NiosII集成开发环境下用C语言编写软件代码;基于多值逻辑的地址译码器、数据译码器等在SOPC内部搭建硬件电路;最后将软硬核下载固化到目标电路板上。Ramsey数问题是组合数学甚至整个数据界最困难的数据问题之一,本文在求解图的最大团算法基础上,提出了通过逐个添加顶点,删除非解的求解Ramsey数的DEMRAM模型。在一定程度上缓解了解空间的指数增长速度。（4）DEM在军事弹药配送路径优化问题中的应用研究可满足性问题、图的最大团问题、集合覆盖问题、旅行商问题以及军事弹药配送路径优化等问题都可以转换为0-1规划问题,故对0-1规划问题的算法研究在实践中有着广泛的应用价值。介绍以上问题的0-1规划形式的数学模型,并设计求解0-1规划问题的DEM求解方法。军事弹药配送路径优化问题是旅行商问题的扩增,如何实时、精准、安全地将弹药运送到需求部队手中关系着整个战斗的胜负。分析弹药配送路径的特殊性要求,利用DEM进行计算,并对算法进行复杂度分析,验证了该计算模型在计算军事弹药供给线路优化问题中的优越性。
许进[5]（2014）在《生物计算机时代即将来临》文中认为生物计算机是以核酸分子作为"数据",以生物酶及生物操作作为信息处理工具的一种新颖的计算机模型。生物计算的早期构想始于1959年,诺贝尔奖获得者Feynman提出利用分子尺度研制计算机;1994年,图灵奖获得者Adleman提出基于生化反应机理的DNA计算模型;在生物计算机方面突破性工作是北京大学在2007年提出的并行型DNA计算模型,将具有61个顶点的一个3-色图的所有48个3-着色全部求解出来,其算法复杂度为359,而此搜索次数,即使是当今最快的超级电子计算机,也需要13 217年方能完成,该结果似乎预示着生物计算机时代即将来临。文章重点介绍了生物计算机的产生背景及意义;DNA计算机,特别是中州I-型DNA计算机的基本原理、计算方法与步骤;DNA计算机的研究进展,特别指出在密码分析与破译等领域的应用;分析了DNA计算机的能力,指出了研究中的难点、发展趋势,最后对我国生物计算机发展提出了一些建议。
张勋才,郗方[6]（2011）在《微流控DNA计算的研究进展及展望》文中提出DNA计算机具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力,被认为有望解决电子计算机所面临的瓶颈问题。微流控技术提供了一个可实现自动化操作、通用型DNA计算机的支持平台。借助于微流控技术,将DNA计算相关的生化反应有机地集成在芯片平台上加以实现,进一步提高了DNA计算的可靠性、减少了实验过程的手工操作和反应时间。在介绍DNA计算机的基本概念和微流控技术基础上,围绕微流控DNA计算机的原理、模型和应用等关键问题,分析了微流控DNA计算机的体系结构及设计方法,讨论了微流控DNA计算机未来可能的发展方向。
张海燕[7]（2010）在《算术运算的生物计算方法》文中研究表明根据摩尔定律,传统计算机中的晶体管电路逐渐接近性能极限,再加上电子计算机在计算能力等方面存在的局限性,科学家期待并开始寻找新的计算模型来代替传统的电子计算,其中生物计算机因其极高的并行性与极低的能耗量而受到科学界的极大青睐。作为一种基本的运算,算术运算在生物计算机的工程实现中占有重要地位。算术运算是加法、减法、乘法和除法四种运算的统称,是数学中最古老,最基础和最初等的部分。实现算术运算是未来生物计算机必须具备的基本功能之一。因此,用生物计算方法解决算术运算问题非常重要。生命的基本组成——DNA、酶、蛋白质,能够完成复杂生物任务的指令,与活细胞中复杂的分子运动一样,无需外界干扰,生物计算就能够自动完成。许多研究学者表示,未来半个世纪中,在数字技术、生物技术、纳米技术方面的研究将改变人们对计算机和信息、以及人类与其关系的看法。研究人员正在进行利用细菌、病毒、蛋白质、DNA等生物材料取代计算机的部件。DNA计算和膜计算是生物分子计算最具代表性的两个分支。DNA计算以及P系统的计算能力都被证明是与图灵机等价的,但是DNA计算与P系统采用的并行计算模型远远优于基于现代计算机的串行计算机制。目前关于DNA计算以及P系统的研究主要集中在计算的能行性与计算能力方面,本文则致力于基本的算术运算研究。本论文基于DNA计算和膜计算的基本原理,研究了DNA模型和P系统正整数算术运算的实现技术,主要工作有以下几个方面:①提出一种运用DNA粘贴模型实现算术运算的算法本文基于DNA粘贴模型的基本原理与基本操作,设计了用统一的DNA模型实现算术运算的算法模型,实现了整数的四则运算。②设计一个单层膜系统,并用其实现了算术运算本文构造了实现四则运算的单层膜P系统,采用单层膜的实现方式简化了膜系统的结构和系统操作的复杂程度。③进行电子计算机仿真对本文设计的基于DNA粘贴模型及基于膜计算的算术运算算法在电子计算机上进行了仿真实验,用实例验证了算法的思想及可行性。本文较为系统地讨论了DNA计算和膜计算的机理、模型及实现方法,并在此基础上分别用DNA粘贴模型和单层膜系统实现了算术运算,为生物计算机进一步开展相关研究奠定了基础。
王庆虎[8]（2010）在《DNA计算机中数据结构的设计与研究》文中认为自Adleman开拓性地提出DNA计算这个新的研究领域以来,为解决像NP完全问题这样的复杂问题带来了曙光,一种全新的计算理念,一种异于传统的电子计算机的计算模式的智能计算方式得到蓬勃的发展。DNA计算机是模拟生物分子DNA的结构并借助生物分子技术进行DNA计算的一种新型计算机,已有研究表明DNA计算机具有完备的图灵机功能,这为DNA计算机成为目前意义下真正的计算机提供了理论支持。DNA计算机若走上实际应用的道路,那么就必须像传统的电子计算机一样,需要解决DNA计算机中信息的表示和组织问题,那么就需要合理的数据结构来有效地组织DNA计算机需要处理的数据信息,相信对DNA计算在理论和应用上的研究都将极大的推进新型计算机的发展。本文基于对DNA计算理论充分的学习和深入的研究,解决了数据结构中图论、队列、堆栈和树中某些基本而重要的问题。设计了一种基于不完全分子混合编码的IMCE（Incompledion-Molecule Commixed Encoding）计算模型,解决了权图最短路径问题。设计了一种利用DNA计算来求解图的最小支撑树的计算模型,描述了MSTP（Minimum Spanning Tree Problem）解的计算过程,在模拟试验的基础之上验证了方案的可行性。提出了数据结构中队列,堆栈的DNA存储和表示的方案,利用环状结构表达堆栈的操作受限,利用两种不同的限制性内切酶完成入栈和出栈操作,给出了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。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,给出了一个二叉树的DNA编码及其仿真实例,实例结果表明该设计方法在DNA计算机上的可行性。
许进,李菲[9]（2009）在《DNA计算机原理、进展及难点（V）:DNA分子的固定技术》文中认为在DNA计算机的研制中,DNA分子的固定是首先需要处理的一个最为基本的技术问题.事实上,DNA分子的固定技术不仅是生物计算的一个基本技术,而且是整个基因工程、生物芯片、甚至某些疾病诊疗的基础.基于此,文中将对DNA分子的固定技术给予较为系统的研讨,包括基本原理、具体方法等.文中引入了"DNA分子固定系统"的结构体系,并对该结构体系中载体子系统、固定剂子系统、标记子系统这3个主要子系统进行了详细的论述.
任祖云[10]（2009）在《离散数学中NP完全问题的DNA计算》文中进行了进一步梳理从1994年至今, DNA计算已成为数学、生物学、化学、计算机科学等领域的一个研究热点,并解决了很多NP—完全问题。如何减少编码量大的问题,即解决“指数爆炸”问题,是DNA计算面临诸多困难和主要技术问题之一。这就需要我们对已有的算法进行改进或寻找新的算法。目前, DNA计算在计算原理可行性的论证上比较成熟,对于表面技术的研究还处在探索阶段,随着表面技术的日益成熟, DNA计算将会从理论走向实践。离散数学是数学的一个分支,离散数学中有诸多的NP—完全问题,如:求主范式问题,图着色问题,求传递闭包问题,最大匹配问题,旅行商问题等等。目前, DNA计算是解决NP—完全问题最有效的方法,本文采用DNA计算解决了离散数学中具有代表性的三个难计算问题:命题逻辑中“求主范式问题”;图论中“图着色问题”;集合论中“求传递闭包问题”。本文首先介绍了DNA计算背景、现状、原理与基本模型。然后,解决了离散数学中上述的三个问题。第一,根据DNA发夹结构的突出优点,即不需要特殊的生物操作,这样从很大程度上减少了生物反应时间,并且根据主范式的定义与DNA发夹结构的定义知,完全可利用DNA发夹结构模型,求解离散数学中命题公式的主范式;第二,利用DNA计算机模型,采取合理编码使得解空间的生成基于三进制,并采取逐步产生满足定义的DNA链的方法,将离散数学中图3-着色问题的DNA分子链数由O（ 3 n）减少到了O（ 2 n）,这样很好地解决了图3—着色问题中的“指数爆炸”问题,并给出了其应用;第三,利用Adleman试管模型,借鉴Hamilton路径问题的思想,求解了难计算的传递闭包问题。最后,总结了全文,讨论DNA计算与数学的密切关系及其在数学领域内的应用,并讨论了进一步的研究方向。
二、DNA计算机原理、进展及难点(Ⅰ):生物计算系统及其在图论中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、DNA计算机原理、进展及难点(Ⅰ):生物计算系统及其在图论中的应用（论文提纲范文）
（1）基于DNA计算模型的计算树逻辑模型检测算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 DNA计算 |
| 1.2.2 CTL模型检测 |
| 1.2.3 基于DNA计算模型的CTL模型检测算法 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 组织结构 |
| 2 相关知识 |
| 2.1 DNA计算及DNA模型 |
| 2.1.1 DNA组成和DNA计算的本质 |
| 2.1.2 DNA计算的基本思想和主要特点 |
| 2.1.3 DNA计算模型 |
| 2.1.4 细胞内计算 |
| 2.1.5 生物仿真平台 |
| 2.2 CTL模型检测 |
| 2.2.1 CTL的语法和语义 |
| 2.2.2 CTL模型检测的基本原理 |
| 2.2.3 CTL模型检测算法 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于非自治DNA计算模型的CTL模型检测算法 |
| 3.1 Adleman模型 |
| 3.2 基于Adleman模型的CTL模型检测算法 |
| 3.2.1 系统模型编码及运行路径的生成算法 |
| 3.2.2 CTL基本公式的模型检测算法 |
| 3.2.3 CTL一般公式的模型检测算法 |
| 3.2.4 系统模型编码及逆运行路径的生成算法 |
| 3.2.5 CTLP公式的模型检测算法 |
| 3.3 时间复杂度分析 |
| 3.4 仿真实验 |
| 3.4.1 编码及有效性分析 |
| 3.4.2 杂交验证 |
| 3.5 对比分析与讨论 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于自治DNA计算模型的CTL模型检测算法 |
| 4.1 基于分子信标的CTL模型检测算法 |
| 4.1.1 分子信标 |
| 4.1.2 算法设计 |
| 4.1.3 仿真实验及结果分析 |
| 4.2 基于长度-编码自动机的CTL模型检测算法 |
| 4.2.1 长度-编码自动机 |
| 4.2.2 算法设计 |
| 4.2.3 生物实验及结果分析 |
| 4.3 对比分析与讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于细胞内DNA计算模型的CTL模型检测算法 |
| 5.1 细胞内的有限状态自动机模型 |
| 5.2 细胞内CTL模型检测算法 |
| 5.3 仿真模拟及证明 |
| 5.4 对比分析与讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 CTL模型检测的DNA分子杂交有效性分析方法 |
| 6.1 NUPACK分析DNA分子杂交有效性存在的问题 |
| 6.2 基于机器学习的DNA分子杂交有效性分析方法 |
| 6.2.1 DNA分子杂交有效性分析数据集 |
| 6.2.2 采用的机器学习算法 |
| 6.2.3 方法原理 |
| 6.3 实验及结果分析 |
| 6.3.1 实验目的与平台 |
| 6.3.2 实验过程 |
| 6.3.3 评价指标 |
| 6.3.4 实验结果及分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果 |
| 致谢 |
（2）基于DNA链置换技术的逻辑计算模型的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 DNA生物传感器的设计与应用 |
| 1.2.2 DNA分子逻辑门的设计与应用 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 DNA纳米技术及材料 |
| 2.1 DNA纳米技术 |
| 2.1.1 DNA链置换技术 |
| 2.1.2 荧光共振能量转移技术 |
| 2.2 DNA纳米材料 |
| 2.2.1 链霉亲和素-生物素系统 |
| 2.2.2 G-四链体探针 |
| 2.2.3 脱氧核酶 |
| 第3章 基于绑定诱导的智能DNA分子开关模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 模型构建与序列设计 |
| 3.2.1 模型构建 |
| 3.2.2 序列设计 |
| 3.3 实验结果与分析 |
| 3.3.1 实验材料与试剂 |
| 3.3.2 实验方法与步骤 |
| 3.3.3 实验结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于输入诱导的DNA逻辑计算模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 半加器及半减器原理 |
| 4.3 模型构建与序列设计 |
| 4.3.1 模型构建 |
| 4.3.2 序列设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间的研究成果 |
（3）基于DNA和限制酶的逻辑计算模型的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.3 研究内容与创新点 |
| 1.4 本章小结 |
| 第2章 生物计算理论研究基础 |
| 2.1 分子生物学基础理论 |
| 2.2 数理逻辑基础 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 限制性核酸内切酶和DNA电路 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 限制性核酸内切酶的特性 |
| 3.3 限制性核酸内切酶的相关应用 |
| 3.4 限制性核酸内切酶的最佳切割位点研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于限制性核酸内切酶的逻辑电路设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 DNA逻辑门的设计 |
| 4.3 组合电路设计 |
| 4.4 分子材料设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于限制性核酸内切酶的逻辑电路实现 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 逻辑门实验材料和方法 |
| 5.3 生物实验结果分析 |
| 5.4 仿真实验结果分析 |
| 5.5 分子逻辑门比较 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结和展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况 |
| 致谢 |
（4）DNA计算模型的理论设计与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 本文研究的目的和意义 |
| 1.2 DNA分子计算主要模型及研究成果 |
| 1.2.1 DNA计算主要模型 |
| 1.2.2 DNA计算主要成果 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 第2章 DNA电子计算模型的理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 DNA基础知识 |
| 2.2.1 DNA信息表达 |
| 2.2.2 DNA操作 |
| 2.3 粘贴计算模型 |
| 2.4 GTM模型 |
| 2.4.1 GTM的体系结构 |
| 2.4.2 GTM的形式定义 |
| 2.4.3 GTM的计算方式 |
| 2.5 求解SAT问题的GTM算法 |
| 2.5.1 SAT问题 |
| 2.5.2 GTMsat算法 |
| 2.5.3 求解实例 |
| 2.6 GTMscp |
| 2.6.1 GTMscp指令系统 |
| 2.6.2 GTMscp算法 |
| 2.6.3 GTMscp试验 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 DEM硬件实现 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 DEM体系结构 |
| 3.2.1 信息编码及操作 |
| 3.2.2 支持多值逻辑的三稳态RS触发器 |
| 3.2.3 支持多值逻辑的四稳态RS触发器 |
| 3.2.4 基于多值逻辑的地址译码器 |
| 3.2.5 基于多值逻辑的数据生成器 |
| 3.2.6 DEM显示模块 |
| 3.3 SOPC试验平台 |
| 3.3.1 SOPC开发流程 |
| 3.3.2 DEM功能模块 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 DEM在图论中的应用研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 DEM求解图的最大团 |
| 4.2.1 DEMmcp编码 |
| 4.2.2 DEMmcp求解算法 |
| 4.2.3 DEMmcp硬件设计 |
| 4.2.4 DEMmcp实验 |
| 4.2.5 算法分析 |
| 4.3 DEM求解Ramsey数 |
| 4.3.1 Ramsey数编码 |
| 4.3.2 Ramsey数求解算法 |
| 4.3.3 Ramsey(4,4)数求解实例 |
| 4.3.4 算法复杂度分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 DEM在弹药配送路径优化问题中的应用研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实际生活中的 0-1 规划问题 |
| 5.2.1 背包问题的 0-1 规划模型 |
| 5.2.2 最大团问题的 0-1 规划其模型 |
| 5.2.3 集覆盖问题的 0-1 规划模型 |
| 5.2.4 旅行商问题的 0-1 规划模型 |
| 5.2.5 可满足性问题的 0-1 规划模型 |
| 5.2.6 理论价值及难点分析 |
| 5.3 0-1 规划问题的DNA分子计算求解算法 |
| 5.3.1 简单 0-1 规划问题的求解算法 |
| 5.3.2 一般 0-1 规划问题的求解算法 |
| 5.3.3 算法分析 |
| 5.4 0-1 规划问题的DEM模型 |
| 5.4.1 DEM硬软件设计 |
| 5.4.2 求解算法 |
| 5.5 军事弹药配送路径优化问题的DEM求解算法 |
| 5.5.1 弹药配送运输网络 |
| 5.5.2 弹药配送路径权值分析 |
| 5.5.3 弹药配送路径优化的数学模型 |
| 5.5.4 战时弹药配送路径优化的数学模型 |
| 5.6 弹药配送案例分析 |
| 5.6.1 DEM求解弹药配送路径优化问题的算法 |
| 5.6.2 算法分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 创新点 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
（5）生物计算机时代即将来临（论文提纲范文）
| 1 生物计算机产生背景与意义 |
| 2 DNA计算与DNA计算机的基本原理 |
| 3 DNA计算机研究进展 |
| 3.1 DNA计算中模型构建研究进展 |
| 3.2 DNA计算中关于编码问题的研究进展 |
| 3.3 DNA计算中解的检测与生物操作研究进展 |
| 3.4 微流控制系统研究进展 |
| 3.5 实用化DNA计算模型的研究现状 |
| 3.6 基于DNA计算的密码学发展及现状 |
| 4 展望与建议 |
（6）微流控DNA计算的研究进展及展望（论文提纲范文）
| 1 引言 |
| 2 DNA计算与微流控芯片 |
| 2.1 DNA计算 |
| 2.1.1 DNA计算的基本原理 |
| 2.1.2 DNA计算的特点 |
| 2.1.3 DNA计算的发展阶段 |
| 2.2 微流控芯片 |
| 2.2.1 微流控芯片的类型与加工工艺 |
| 2.2.2 微流控芯片的液体驱动 |
| 3 微流控DNA计算 |
| 3.1 微流控DNA计算的概念 |
| 3.2 微流控DNA计算研究概况 |
| 3.3 通用型DNA计算机的体系结构 |
| 4 结论 |
（7）算术运算的生物计算方法（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 生物计算研究现状 |
| 1.2 课题背景、方法和意义 |
| 1.2.1 课题背景及意义 |
| 1.2.2 研究目的 |
| 1.2.3 技术路线 |
| 1.3 拟解决的关键问题 |
| 1.4 本文内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 算术运算的实现方法 |
| 2.1 电子计算机中算术运算的实现方法 |
| 2.1.1 加法器 |
| 2.1.2 算术逻辑单元 |
| 2.2 算术运算的生物计算方法研究现状 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 基于 DNA 计算的算术运算 |
| 3.1 DNA 计算的生物基础 |
| 3.1.1 DNA 的分子结构 |
| 3.1.2 DNA 计算的基本操作 |
| 3.2 DNA 计算模型——粘贴模型 |
| 3.2.1 粘贴模型的编码方式 |
| 3.2.2 粘贴模型的基本操作 |
| 3.3 基于DNA 计算的算术运算 |
| 3.3.1 基于DNA 计算的加法与减法 |
| 3.3.2 基于DNA 计算的乘法 |
| 3.3.3 基于DNA 计算的除法 |
| 3.4 计算机仿真 |
| 3.4.1 仿真系统设计思想 |
| 3.4.2 仿真实现 |
| 3.5 算法分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于膜计算的算术运算 |
| 4.1 膜计算的生物基础 |
| 4.1.1 膜的结构 |
| 4.2 膜计算模型——转移P 系统 |
| 4.2.1 膜计算模型的信息表示 |
| 4.2.2 转移P 系统 |
| 4.3 基于膜计算的算术运算 |
| 4.3.1 基于膜计算的加法 |
| 4.3.2 基于膜计算的减法 |
| 4.3.3 基于膜计算的乘法 |
| 4.3.4 基于膜计算的除法 |
| 4.3.5 基于膜计算的组合算术运算 |
| 4.4 计算机仿真 |
| 4.4.1 仿真系统设计思想 |
| 4.4.2 仿真实现 |
| 4.5 算法分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A.作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
| B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目 |
（8）DNA计算机中数据结构的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 DNA计算概述 |
| 1.2 DNA计算的研究领域和计算思想 |
| 1.3 研究现状及意义 |
| 1.4 研究内容及组织 |
| 第二章 DNA计算的生物学基础 |
| 2.1 DNA计算简介 |
| 2.2 DNA分子结构 |
| 2.3 DNA计算的生物操作 |
| 2.4 DNA计算模式 |
| 2.5 DNA计算模型 |
| 第三章 权图最短路径问题的IMCE计算模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 形式化程序设计语言 |
| 3.3 IMCE计算模型的形式化描述语言 |
| 3.4 IMCE编码方案 |
| 3.5 IMCE模型的算法描述 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于DNA计算的图的MSTP计算模型 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 K-臂DNA计算模型 |
| 4.3 问题描述 |
| 4.4 MSTP编码的分子结构 |
| 4.5 MSTP模型的算法描述 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 DNA计算机中线性结构的设计 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实施方案的生物学理论探究 |
| 5.3 队列和堆栈结构描述 |
| 5.4 DNA计算机中队列的设计 |
| 5.5 DNA计算机中堆栈的设计和实现 |
| 5.6 堆栈设计的计算机仿真 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 DNA计算机中二叉树结构的设计 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 插入-删除系统 |
| 6.3 二叉树的结构描述 |
| 6.4 DNA计算机中二叉树的结构 |
| 6.5 二叉树操作实例 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 论文研究的进一步展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间研究成果 |
（9）DNA计算机原理、进展及难点（V）:DNA分子的固定技术（论文提纲范文）
| 1 引 言 |
| 2 DNA分子的固定系统 |
| 3 载体子系统及其在DNA计算中的应用 |
| 3.1 磁珠技术 |
| (1) 磁珠结构 |
| (2) 磁珠固定分离技术在DNA计算中应用原理及具体使用方法 |
| 3.2 凝胶载体 |
| (1) 聚丙烯酰胺凝胶 |
| (2) AcryditeTM技术 |
| 3.3 玻片或其他载体 |
| 4 固定剂子系统 |
| 4.1 共价固定方法 |
| 4.2 生物素-亲和素固定法 |
| 4.3 吸附法 |
| 4.4 原位合成法 |
| 4.5 自组装技术 (Self-Assembly, SA) |
| 4.6 LB膜技术 |
| 5 分子标记技术 |
| 5.1 基于Southern杂交的分子标记 |
| 5.2 基于PCR技术的分子标记 |
| (1) 随机扩增片段长度多态性DNA (Random Amplified Polymorphic DNA) |
| (2) 特异性扩增子多态性 (Specific Amplificon Polymorphism, SAP) |
| (3) 简单重复序列 (Simple Sequence Repeat, SSR) |
| (4) 扩增片段长度多态性 (Amplified Fragment Length Polymorphism, AFLP) |
| 6 结 论 |
（10）离散数学中NP完全问题的DNA计算（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 引言 |
| 1 绪论 |
| 1.1 DNA 计算产生的背景 |
| 1.2 DNA 计算的研究现状 |
| 1.3 DNA 计算的应用领域和发展方向 |
| 1.4 DNA 计算面临的困难 |
| 2 DNA 计算原理与操作 |
| 2.1 DNA 的计算原理 |
| 2.1.1 DNA 的分子结构 |
| 2.1.2 DNA 计算的数学模型 |
| 2.1.3 DNA 计算原理 |
| 2.2 DNA 计算中常用到的酶 |
| 2.3 DNA 分子的基本生物操作 |
| 3 DNA 计算模型 |
| 3.1 基于DNA 分子结构特性的DNA 计算模型 |
| 3.2 基于生物操作与实现的DNA 计算模型 |
| 3.3 DNA 计算机模型 |
| 4 命题公式之主范式的DNA 算法 |
| 4.1 主范式与可满足性问题 |
| 4.1.1 主范式 |
| 4.1.2 可满足性问题 |
| 4.2 主析取范式的DNA 算法 |
| 4.3 应用主析取范式分析解决实际问题 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 图着色问题的DNA 算法 |
| 5.1 图着色问题 |
| 5.2 图着色问题的DNA 算法 |
| 5.3 图着色问题举例 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 传递闭包运算的DNA 算法 |
| 6.1 传递闭包运算的描述 |
| 6.2 传递闭包运算的DNA 算法 |
| 6.3 传递闭包运算的DNA 算法的算例 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与讨论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介及读研期间主要科研成果 |
四、DNA计算机原理、进展及难点(Ⅰ):生物计算系统及其在图论中的应用（论文参考文献）
- [1]基于DNA计算模型的计算树逻辑模型检测算法研究[D]. 韩英杰. 郑州大学, 2020(02)
- [2]基于DNA链置换技术的逻辑计算模型的研究[D]. 王亚楠. 陕西师范大学, 2019(06)
- [3]基于DNA和限制酶的逻辑计算模型的研究[D]. 汪改英. 厦门大学, 2019(07)
- [4]DNA计算模型的理论设计与应用研究[D]. 李艳梅. 北京理工大学, 2016(06)
- [5]生物计算机时代即将来临[J]. 许进. 中国科学院院刊, 2014(01)
- [6]微流控DNA计算的研究进展及展望[J]. 张勋才,郗方. 计算机工程与应用, 2011(32)
- [7]算术运算的生物计算方法[D]. 张海燕. 重庆大学, 2010(04)
- [8]DNA计算机中数据结构的设计与研究[D]. 王庆虎. 长春工业大学, 2010(02)
- [9]DNA计算机原理、进展及难点（V）:DNA分子的固定技术[J]. 许进,李菲. 计算机学报, 2009(12)
- [10]离散数学中NP完全问题的DNA计算[D]. 任祖云. 安徽理工大学, 2009(06)