基于DNA链置换的赢家通吃神经网络

DNA链置换技术广泛用于生物计算中,在计算能力和信息处理方面表现出色。但是,在信号的放大、恢复与比较等一些计算中使用DNA链置换技术,不仅增加DNA链的数量,还会带来额外的计算成本。因此,为了减少DNA链的使用数量,该文构建了一个基于DNA链置换实现的赢家通吃(WTA)神经网络。首先,通过神经元实现逻辑运算AND,NAND和OR,将其级联成WTA神经网络解决了线性不可分问题。通过与别人结果的比较,证明该文采用方法的有效性,并在Visual DSD(DNA链置换)中获得了稳定而直观的结果。然后,为了检验神经元级联的可扩展性,设计了一个3人表决器,并对科学家进行分类,该文展示了分子系统如何表现出与大脑具有类似行为的思考能力,最后证明获得的准确率高于其他方法。

DNA折纸术在0-1背包问题中的应用

DNA折纸术因其反应的可编程性、纳米可寻址性等优点被广泛地应用于DNA计算中。利用DNA折纸术和杂交链式反应构建0-1背包问题的计算模型。以四个变量的0-1背包问题为例,首先将九种发夹结构和一种分子信标锚定在DNA折纸基底上并加入足量的辅助链;其次通过加入不同的引发链可以触发不同路径上的杂交链式反应,并得到问题的所有可能解;最后,通过荧光信号的数量确定可行解,从而找到问题的最优解。该模型不受权重过大或过小的影响,在折纸基底上可等比例的缩放权重。用Visual DSD软件对该模型进行仿真,模型显示出良好的可行性。

DNA链置换反应网络在求解可满足问题中的应用

DNA链置换是一种非常重要的分子自组装方法,因其操作性强、实验条件简单而被广泛应用于DNA计算中。可满足问题是非确定性多项式问题(NP问题)中的一个经典问题,文章利用DNA链置换反应网络来求解可满足问题,利用Visual DSD语言设计DNA链。求解过程主要分为3个反应模块,即变量转换模块、求和模块和阈值比较模块。变量转换模块是将不同变量所代表的DNA链通过链置换反应转换成同一条链;求和模块是将转换后的链浓度进行相加;在阈值比较模块中,由于浓度的检测会存在一定的误差,为此设计了2个链置换反应检测是否有荧光显示来判断可行解,若有荧光显示则为可行解,反之不是。通过Visual DSD仿真软件得到了变量转换模块相对应的链置换反应网络图、变量仿真图以及阈值比较图。该方法可用来求解多个变量的可满足性问题。文章利用上述方法成功解决了一个5变量的可满足问题。

基于DNA链置换的逻辑推理问题研究

基于DNA链置换反应构建了逻辑推理问题的DNA计算模型。在不依托荧光标记技术等DNA实验技术的前提下,利用尽量少的DNA反应链和链置换反应以及构建0-1函数,实现了DNA链的浓度变化与布尔逻辑信号值之间的对应关系,将DNA模拟计算和数字逻辑运算相结合,设计出基于DNA链置换反应的基本逻辑运算"与""或""非"的DNA计算模型。利用DNA链置换反应的级联特性,将基本逻辑运算进行任意的组合,形成组合逻辑表达式,以满足不同逻辑推理问题的需求及实现完整的逻辑推理过程。通过实例得到了可满足性问题这一特殊逻辑推理问题的可行解。所有DNA链置换反应的过程和相关DNA链的浓度变化均通过Visual DSD软件仿真模拟实现。

DNA计算中的可级联分子全加器

DNA链置换技术是近年来DNA计算领域的一个重要研究方向,它是在DNA粘贴模型基础上发展起来的一种动态DNA分子计算方法.这种方法以DNA编码序列中的toehold域为起点,通过覆盖置换域上的链来完成链置换.文章讨论了以这种方法为出发点设计的一种由分子逻辑门器件构成的分子全加器,并使用Visual DSD软件进行了仿真实验.实验结果表明,文章中提出的分子全加器是可行的,并且它还可以通过级联实现任意多位加法运算.