試論基于dna計(jì)算的求解背包問(wèn)題的方法研究

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1、武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文基于DNA計(jì)算的求解背包問(wèn)題的方法研究姓名:劉毅申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):控制理論與控制工程指導(dǎo)教師:宋玉階20070520武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第1頁(yè)摘要近年來(lái),隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展,一個(gè)新的研究領(lǐng)域一DNA計(jì)算隨之產(chǎn)生。其標(biāo)志為Adleman于1994年在Science上發(fā)表的文章“MolecularComputationofSolutionstoCombinatorialProblems”。由于DNA計(jì)算機(jī)所具有的巨大并行性、海量存儲(chǔ)以及低能耗等優(yōu)點(diǎn),因此將有望在某些領(lǐng)域彌補(bǔ)現(xiàn)有電子計(jì)算機(jī)的不足。本文介紹了DNA計(jì)算的原理和生

2、物基礎(chǔ),分析了DNA計(jì)算在組合優(yōu)化中的典型應(yīng)用,在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了基于DNA計(jì)算的求解背包問(wèn)題的方法,提出了多維背包問(wèn)題(MDKP)并11收縮背包問(wèn)題(CKV)ff勺DNA計(jì)算模型。首先,針對(duì)多維背包問(wèn)題提出了兩種計(jì)算模型,第一種是兩階段計(jì)算模型,依據(jù)該模型建立的算法分為試管階段和表面階段兩個(gè)階段;第二種是表面計(jì)算模型,在分解處理約束方程組后利用表面方式結(jié)合熒光標(biāo)記的有關(guān)技術(shù)求解。然后,針對(duì)收縮背包問(wèn)題提出了一種計(jì)算模型,在該模型中,先將問(wèn)題的約束條件進(jìn)行分解,再通過(guò)鏈接反應(yīng)、凝膠電泳、探針檢測(cè)和放射自顯影技術(shù)來(lái)求解。本文對(duì)提出的每個(gè)求解背包問(wèn)題的DNA計(jì)

3、算模型的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程都用實(shí)例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,并分析了每個(gè)計(jì)算模型中采用的生物技術(shù),指出了其在算法執(zhí)行過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)與局限。關(guān)鍵詞:DNA計(jì)算,組合優(yōu)化,多維背包問(wèn)題,收縮背包問(wèn)題第1I頁(yè)武漢科技大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractWiththerapiddevelopmentofbiologicaltechniques,anewdiscipline-DNAcomputing-hascomeintobeing.In1994,Adlemanpresentedhisseminalpaper”MolecularComputationofSolutionstoCombina

4、torialProblems”inScience.Themassiveparallelism,hi曲-densitystorageandenergyefficiencyofDNAcomputingmayoffsetthedisadvantagesofelectroniccomputers.Inthispaper,theprincipleandbiologicalfoundationofDNAcomputingisintroduced,andtheapplicationofDNAcomputingincombinationandoptimizationisan

5、alyzed.Then,wepresenttheDNAcomputingmodelsofmulti—dimensionalknapsackproblemsandcollapsingknapsackproblems.Forthemulti—dimensionalknapsackproblem,weproposetwokindsofcomputingmodels,thefirstkindisatwo—phasemodel,andthesecondkindisasurface—basedmodel.Inthetwo-phasemodel,thealgorithmi

6、sperformedintwophases—thetubephaseandthesurfacephase.Inthesurface—basedmodel,thesolutionsaregainedbyutilizingthetechniquesoffluorescencelabelingafterdisassemblingtheconstraintequationgroup.Forthecollapsingknapsackproblem,weproposeakindofcomputingmodel.Inthismodel,wefirstlypartition

7、theconstraintofthecollapsingknapsackproblemintoseveraldifferentconstraints,andthenweperformaseriesofbiochemicaltechnologies(1igature,gelelectrophoresis,DNAprobeandautomdiography)toobtainthesolutions.Weillustratetheconcreteimplementingprocessesofeachmodelbysomecaseanalyses.Furthermo

8、re,weanalyzeofbiochemicalt

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