折纸术在DNA计算方面的应用

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随着电子计算机的芯片制作工艺逐渐接近难以超越的高度,并且不能有效解决的许多困难的计算问题及NP-完全问题。DNA计算凭借其存储量大、低耗能以及高度并行性等独特优势引起了越来越多人的重视。DNA折纸术是由DNA自组装发展出来的一种全新的基于自下而上的自组装方法,更容易构造出具有可寻址性、结构稳定的纳米图形。所构建的图形其复杂度可以远远高出传统自组装数倍,且具实验操作简单、反应速度快、要求条件低的优点。此外,DNA折纸术还可以应用于模型的创建中,在新兴的纳米领域中具有广泛的应用。  本文主要针对折纸术在DNA计算中0-1整数规划和逻辑门这两个方面的应用展开了研究,全文由以下五个部分组成:  第一章绪论介绍了有关DNA计算的研究背景、DNA计算的基本思想、DNA计算的研究现状以及折纸术的研究背景。  第二章介绍了DNA计算中所涉及到的基础知识,包括DNA的结构,DNA的基本操作,以及DNA的检测和阅读。  第三章是DNA折纸术在0-1整数规划问题方面的应用。首先,本文先介绍了一些常见的0-1整数规划问题模型并指出了它们的优缺点。然后,在DNA折纸术的相关背景知识下,建立基于DNA折纸术的0-1整数规划问题模型。通过将约束条件中的变量表示成特殊DNA链,使其能够与初始数据池中的初始数据链发生杂交反应形成二级结构,从而改变了初始数据链的长度。利用凝胶电泳操作对杂交后DNA链进行筛选来实现对每一个约束条件的判断,求出问题的可行解。  第四章是DNA折纸术在逻辑门方面的应用。本文先介绍了三值逻辑的概念,然后将特殊的发夹结构应用于三值逻辑的计算模型中。在此基础上进行了相应的改进,又将DNA折纸术应用于三值逻辑,提出了基于折纸术的三值逻辑与门计算模,设计了DNA单链或分子信标这两种特殊的输入对脚手架链进行固定折叠,将反应后荧光强度与DNA链长度的变化相结合来实现对逻辑结果的判断。  第五章是总结和展望,回顾本文所做的各项研究的内容和意义,并对下一步可能解决的问题做出了预测。
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