【摘 要】
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随着全球数据总量呈指数级增长,传统的存储介质已经达到其信息密度极限,寻找新一代的存储技术变得尤为重要。脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid,DNA）分子作为天然的信息载体,与传统存储介质相比具有诸多优势,如存储密度高、维护成本低、寿命长等优点使它们成为理想的存储介质。DNA存储也因此引来越来越多科学家的关注。目前DNA数据存储仍处于起步阶段,存在DNA存储密度低、GC含量不平
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随着全球数据总量呈指数级增长,传统的存储介质已经达到其信息密度极限,寻找新一代的存储技术变得尤为重要。脱氧核糖核酸（Deoxyribo Nucleic Acid,DNA）分子作为天然的信息载体,与传统存储介质相比具有诸多优势,如存储密度高、维护成本低、寿命长等优点使它们成为理想的存储介质。DNA存储也因此引来越来越多科学家的关注。目前DNA数据存储仍处于起步阶段,存在DNA存储密度低、GC含量不平衡、均聚物多、容易出错等问题。因此,研究如何提高DNA数据存储密度对于降低成本、提升效能具有重要的意义。同时,设计相应的满足生物约束算法以降低DNA序列在合成、复制、测序过程中的出错率,也是重要的研究方向。在本研究中,提出了一种自适应编码的DNA存储系统,可根据存储内容自适应产生编码码流。本文的主要研究如下:（1）首先,本研究提出了一种自适应编码的DNA存储方案,该方案可根据不同的存储内容来建立相应的编码词典,能够根据待存储文件本身特点,自适应产生编码码流。该模型的存储密度高于目前主流的编码方案,适用于不同格式的中英文文件。（2）为了保证在存储过程中对错误传播的鲁棒性,随后采用序列随机化和三进制轮转编码相结合的迭代筛选方案。通过多次碱基映射迭代,然后筛选出满足GC含量平衡及均聚物约束限制（连续碱基≤3）条件的DNA碱基序列。本研究GC含量占比为48.8%-52.5%,连续碱基≤3。（3）最后,在DNA存储应用层,开发了DNA存储软件系统。本研究通过DNA存储实现框架、DNA分子存储模型和全流程仿真实验,将存储文件编码为DNA序列,并与目前主流的DNA存储方案的实际存储密度进行横向对比,表明了本研究方案的有效性。
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