生物计算中病毒机模型和DNA逻辑电路的研究

论文摘要

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逻辑门的可行性。最后,研究了DNA逻辑电路的仿真。首先介绍仿真软件Visual DSD的基本知识和代码语法规则,再对组合催化DNA逻辑电路进行仿真,与此同时介绍了软件的使用详情,最后对仿真结果进行分析并总结。

论文目录

• 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

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 闫晓珊

导师: 刘向荣

关键词: 病毒机模型,逻辑电路,链置换,脱氧核酶

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,无线电电子学

单位: 厦门大学

分类号: TN791;Q811.4

总页数: 80

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