基于PCR的DNA计算模型研究

DNA计算是以DNA分子作为媒介进行信息存储与处理的一种新的计算模式，已成功应用于处理NP-完全问题等方面。尽管DNA计算的研究取得了很大的进展，但还面临以下主要困难：1.编码的质量与数量之间难以协调；2.实验中繁琐的操作及生化反应的不完全，会对DNA计算结果产生不良影响；3.计算所需DNA分子数量与问题规模呈指数关系，限制了DNA计算的求解问题规模。针对上述问题，基于信息复制/放大的思想，本项目提出基于PCR的DNA计算模型，以期部分或是全部解决上述问题。研究内容包括：1.研究PCR计算模型中编码问题的约束条件优化及求解方法；2.研究相应DNA计算过程的监控与解的检测问题；3.研究PCR计算模型的通用性及其计算能力；4.研究PCR计算模型的计算机系统仿真；5.结合剩余数制，研究PCR并行计算系统； 6.应用PCR计算模型实现进化计算。

DNA计算是以DNA分子作为媒介进行信息存储与处理的一种新的计算模式，已成功应用于处理NP-完全问题等方面。本项目主要针对DNA计算模型的理论研究及其模型与算法的应用。首先在理解DNA分子的基本结构以及对DNA分子的基本生物操作的基础上，深入地研究了DNA计算中的编码问题及其产生的原因，以及影响DNA编码的各种约束条件等，给出了几种求解DNA编码问题的方法；结合PCR操作，构建了基于PCR的DNA计算模型，并用于NP-完全问题的求解；通过抽象DNA分子的生化反应为DNA数学运算，将DNA计算模型应用于图像加密、DNA模体发现等方面；最后基于DNA计算的试管模型，结合剩余数制与信息冗余机制，给出了并行DNA计算模型，并应用于DNA计算的检错、纠错与容错。本项目的研究为DNA计算模型的理论研究与应用提供了新的探索。