基于IC的DNA計(jì)算算法的仿真與實(shí)現(xiàn).pdf

1、1994年，Adleman用操縱DNA分子的辦法解決了一個(gè)經(jīng)典的NP完全問題一哈密頓路徑問題(一個(gè)包含7個(gè)頂點(diǎn)實(shí)例)。自此以后，生物計(jì)算作為生物與計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科迅速地發(fā)展起來。 雖然DNA計(jì)算(分子計(jì)算)具有運(yùn)算高度并行，DNA作為載體信息貯存量大，能量消耗低，DNA分子資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但是從目前分子計(jì)算發(fā)展來看，分子計(jì)算實(shí)現(xiàn)主要是溶液方式和表面方式，這兩種實(shí)現(xiàn)方式目前顯示出很多缺點(diǎn)：計(jì)算錯(cuò)誤率高，單步執(zhí)行慢，編碼復(fù)雜，很

2、難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。為了克服上述缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)一種利用現(xiàn)有的IC技術(shù)解決DNA計(jì)算的新的實(shí)現(xiàn)方式。 本文主要研究內(nèi)容如下： 1．系統(tǒng)地對(duì)DNA計(jì)算方法、原理、主要實(shí)現(xiàn)方式和優(yōu)缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了探討和總結(jié)，學(xué)習(xí)了FPGA和單片機(jī)的原理和軟硬件開發(fā)環(huán)境，提出了一種基于大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的DNA計(jì)算實(shí)現(xiàn)方式。 2．結(jié)合傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和DNA計(jì)算的并行性，本文設(shè)計(jì)了一種基于DNA計(jì)算的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模型。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在解決串行工作任務(wù)的

3、時(shí)候，其能力是無懈可擊的，DNA計(jì)算相對(duì)于傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)也有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，它能夠同時(shí)搜索獲得所有的結(jié)論。 3．根據(jù)分子計(jì)算原理設(shè)計(jì)了一種具有可擴(kuò)展性的解決SAT問題的算法，并用4個(gè)變量和6個(gè)變量的問題對(duì)算法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證。并使用單片機(jī)作為控制器，F(xiàn)PGA上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電路解決了上述問題。受限于目前實(shí)驗(yàn)條件，雖然理論上可以解決任意多個(gè)變量的問題，但是目前僅能解決11個(gè)變量也就是2048個(gè)分子處理單元的問題。 4．研究分析了

4、0-1規(guī)劃問題的模型，并根據(jù)該問題的原理，提出了一種基于DNA計(jì)算的算法，并在所設(shè)計(jì)的機(jī)器模型上對(duì)該算法的正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明算法是正確的。 5．分析了均分問題的計(jì)算模型原理，在原有模型基礎(chǔ)上對(duì)7個(gè)變量的均分問題進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了算法的正確性。 6．最大集團(tuán)問題是圖論中一個(gè)重要問題，本文嘗試了一個(gè)五個(gè)變量的最大集團(tuán)問題，算法實(shí)現(xiàn)上目前只適合變量個(gè)數(shù)較少的問題，實(shí)現(xiàn)起來步驟雖然有所減少但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度仍舊較大，本問題旨