【摘 要】
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DNA存储是生物信息学的前沿研究方向之一,主要研究利用人工合成的DNA作为存储介质,发挥其存储密度高、保存时间长、维护成本低、数据备份便捷、隐蔽性强等特点,在数据量爆炸式增长的今天有重要的研究意义。然而,目前将DNA存储的技术投入实际应用还存在一些挑战,比如在DNA合成、扩增、存储、测序等诸多生化过程中,都存在引入错误的可能,给数据的完整恢复造成困难。因此DNA存储的发展除了需要依靠相关生物技术的
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DNA存储是生物信息学的前沿研究方向之一,主要研究利用人工合成的DNA作为存储介质,发挥其存储密度高、保存时间长、维护成本低、数据备份便捷、隐蔽性强等特点,在数据量爆炸式增长的今天有重要的研究意义。然而,目前将DNA存储的技术投入实际应用还存在一些挑战,比如在DNA合成、扩增、存储、测序等诸多生化过程中,都存在引入错误的可能,给数据的完整恢复造成困难。因此DNA存储的发展除了需要依靠相关生物技术的创新和改良外,还需要借助合理的编码方案针对性地提供支持,包括但不限于以下方面:提高单位碱基的信息密度、提供数据完整性校验的能力、尝试对含有错误的数据进行纠错等。为了解决这些问题,本文对面向DNA存储的编码方案进行了研究,主要贡献有:1)对面向DNA存储的编码模型进行研究,根据DNA存储的目标和信道特点,对DNA存储的编码需求进行分析,将DNA存储的编码问题模块化,降低了各模块间的耦合度,也为跨领域研究者降低了进行跨学科研究所需的背景知识门槛;2)提出了一种混合进制的数据转换算法,能够在二进制比特流向DNA碱基转换的过程中,主动规避DNA的生物限制,以信道当前所能允许的最大信息密度进行数据的进制转换;3)提出了一种基于密码函数的垂直冗余检错纠错算法,具备对于碱基替换、碱基插入、碱基删除三种类型错误的检错和纠错功能。
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