生物计算中病毒机模型和DNA逻辑电路的研究

发布时间：2024-03-10 10:27

　　随着计算机软硬件技术的迅猛发展,计算机的运算速度和能力都有了很大提升。但是传统电子计算机仍有很多方面的限制,对于有些大规模问题无法较好解决(如大规模NP完全问题)。为了突破传统计算机的局限,各种新型计算模型研究不断涌现,生物计算就是其中之一。而生物计算又有很多分支,主要包括分子计算、膜计算等。本文将从生物计算研究的基础知识开始,先介绍分子逻辑门的相关知识,以及数理逻辑基础知识。然后探讨生物计算中一种新型计算模型,称之为病毒机,介绍该模型之后将展示基于病毒机模型的四则运算系统的实现。因为运算器是计算机硬件系统的五大部件之一,是执行算术运算(即四则运算)和逻辑运算等基本运算操作的部件,重要性不言而喻。由此可见,这些基本的运算系统是计算机系统中最重要的部分,也是新型计算模型的研究中最基础和最重要的部分。在介绍新型计算模型的理论研究之后,将介绍基于实验验证的计算模型,即基于链置换和脱氧核酶的组合催化DNA逻辑电路的设计和实验研究。这部分内容不仅涉及链置换反应、脱氧核酶的特性、DNA逻辑门的设计、以及DNA链序列的设计等理论研究,同时也涉及实际操作的实验验证。将用实验的真实结果来验证DNA逻辑门...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的背景和意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 计算模型的研究和发展
        1.2.2 分子计算的研究和发展
    1.3 本文的主要工作和创新之处
        1.3.1 本文的研究内容
        1.3.2 本文的创新之处
        1.3.3 本文的组织结构
    1.4 本章小结
第二章 生物计算研究的基础知识
    2.1 分子逻辑门
        2.2.1 DNA是分子逻辑门的物质基础
        2.2.2 DNA的分子操作
        2.2.3 DNA逻辑电路
    2.2 数字逻辑基础
        2.2.1 与运算
        2.2.2 或运算
        2.2.3 非运算
    2.3 本章小结
第三章 新型计算模型病毒机模型的研究
    3.1 病毒机模型介绍
        3.1.1 模型的提出背景和简介
        3.1.2 模型的形式化定义
    3.2 基于病毒机模型的四则运算系统的实现
        3.2.1 加法系统
        3.2.2 减法系统
        3.2.3 乘法系统
        3.2.4 除法系统
    3.3 本章小结
第四章 基于链置换和脱氧核酶的组合催化DNA逻辑电路的研究
    4.1 基础概念介绍
        4.1.1 链置换反应
        4.1.2 脱氧核酶
        4.1.3 凝胶电泳
    4.2 逻辑电路的设计
        4.2.1 DNA电路系统设计
        4.2.2 DNA链序列设计——基于NUPACK仿真
    4.3 逻辑电路的实现暨实验验证
        4.3.1 实验器材
        4.3.2 实验试剂和材料
        4.3.3 实验步骤
        4.3.4 实验条件分析优化
    4.4 实验结果分析
    4.5 本章小结
第五章 组合催化DNA电路的仿真研究
    5.1 仿真软件Visual DSD
        5.1.1 Visual DSD使用简介
        5.1.2 DSD代码语法规则
    5.2 基于DSD的组合催化DNA逻辑电路的仿真
        5.2.1 “YES”门电路中的链置换计算模型仿真
        5.2.2 “AND”门电路中的链置换计算模型仿真
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研情况
致谢



本文编号：3924656