DNA計(jì)算機(jī)中隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探討

于海鈺

摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)發(fā)展也在更新?lián)Q代，新一代DNA計(jì)算機(jī)，以其智能性和人性化成為了未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這種新型的計(jì)算機(jī)，完全不同于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)普通的計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)了人工智能計(jì)算方式。本文主要闡述DNA計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所具有的一些特征，并且通過(guò)一些分析、研究，提出了一些觀點(diǎn)和看法。

關(guān)鍵詞：DNA計(jì)算；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；問(wèn)題：研究

引言：隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)發(fā)展也在不斷地更新?lián)Q代，在計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域提出DNA計(jì)算機(jī)，這是一種全新的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)理念，完全不同于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)普通的計(jì)算模式，實(shí)現(xiàn)了智能計(jì)算方式。DNA計(jì)算機(jī)完全是模擬生物分子DNA的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)生物分子技術(shù)研究出來(lái)的新型計(jì)算機(jī)， 這種新型的DNA計(jì)算機(jī)。如果DNA計(jì)算機(jī)能夠走上實(shí)際應(yīng)用的道路，那么DNA計(jì)算機(jī)就會(huì)像傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)一樣，同時(shí)會(huì)具備很多傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)無(wú)法達(dá)到的功能[1] 。由于 DNA計(jì)算機(jī)中具備合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠有效地組織需要處理的數(shù)據(jù)信息，相信這些這些方面的發(fā)展，對(duì)DNA計(jì)算機(jī)在理論應(yīng)用研究上，都將極大地推動(dòng)DNA計(jì)算機(jī)功能的發(fā)展。

一、DNA計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的智能化分析

DNA計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定著DNA計(jì)算機(jī)的功能，取代了傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)二進(jìn)制的運(yùn)算方式，在運(yùn)行速度上和人工智能方面發(fā)生了驚人的變化。運(yùn)用DNA計(jì)算在到二十一世紀(jì)，已經(jīng)不再是一個(gè)陌生的概念，通過(guò)DNA計(jì)算可以使很多復(fù)雜的計(jì)算問(wèn)題，變得簡(jiǎn)單起來(lái)，DNA的計(jì)算所存在的巨大優(yōu)勢(shì)，不斷地沖擊著傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，成為了當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)智能發(fā)展的前沿，由于DNA計(jì)算機(jī)能夠模擬人的智能行為，解決各類不確定、非邏輯、比較復(fù)雜的問(wèn)題，所以才能具有非常廣闊的發(fā)展前景， DNA計(jì)算的誕生為智能計(jì)算的家族增添了新生的力量，拓展了計(jì)算機(jī)在智能的研究領(lǐng)域。DNA計(jì)算的核心內(nèi)容就是充分利用有機(jī)分子的有效信息，就當(dāng)前的很多復(fù)雜的NP完全的問(wèn)題的存在性，對(duì)于傳統(tǒng)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)無(wú)能為力，所以才會(huì)有新型的DNA計(jì)算機(jī)來(lái)取代傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。DNA計(jì)算機(jī)的發(fā)展，將成為下一代計(jì)算機(jī)研究的主題。然而，由于DNA以其鏈能所具有的高密度的存儲(chǔ)信息，要想進(jìn)行大量的拷貝并非輕而易舉，在理想的情況下，當(dāng)兩條單鏈在結(jié)合時(shí)，相對(duì)于這兩條單鏈的兩個(gè)堿基會(huì)出現(xiàn)彼此互補(bǔ)的現(xiàn)象[2]。DNA的聚合鏈組成，也就是經(jīng)常提到的DNA鏈，是DNA計(jì)算的最小單元， DNA計(jì)算正是由于充分利用了DNA分子，所具有大量的存儲(chǔ)遺傳密碼，具有著生化反應(yīng)的并行性的特征。因而，才會(huì)實(shí)現(xiàn)以DNA計(jì)算模型，作為DNA計(jì)算機(jī)的發(fā)展背景而產(chǎn)生的DNA計(jì)算機(jī)，在這種隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組合下設(shè)計(jì)出DNA計(jì)算機(jī)，必然會(huì)具有驚人的運(yùn)行速度 ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通計(jì)算機(jī)的速度，一般會(huì)是普通計(jì)算機(jī)的n倍，如圖一。

二、DNA計(jì)算機(jī)中隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

1、具有堿基配對(duì)互補(bǔ)的規(guī)律

DNA計(jì)算機(jī)以其生物性智能的特點(diǎn)，使計(jì)算機(jī)的發(fā)展進(jìn)一步體現(xiàn)出“人性化”的的特征，這種特征將成為計(jì)算機(jī)發(fā)展的顯著優(yōu)勢(shì)，為未來(lái)的科學(xué)發(fā)展奠定出堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。DNA計(jì)算機(jī)所以能夠具有這樣的優(yōu)勢(shì)，跟它的的隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有著直接的關(guān)系，DNA計(jì)算機(jī)中DNA分子鏈中，是依靠運(yùn)用共價(jià)鍵的方式達(dá)到相互結(jié)合，使生物活性分子與不溶性載體兩者有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)表面的接觸，使基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，從而使這種共價(jià)鍵在一般情況下，達(dá)到很穩(wěn)定的效果，這種基團(tuán)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，不容易出現(xiàn)斷裂或者損壞[3]。在生物活性酶的作用下，運(yùn)用這種化學(xué)反應(yīng)的方式，有可能會(huì)對(duì)共價(jià)鍵造成一定的破壞。而在DNA計(jì)算機(jī)的運(yùn)用的過(guò)程中，則會(huì)表現(xiàn)為可以將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)當(dāng)中，在數(shù)值與數(shù)值之間所存在的載體進(jìn)行相應(yīng)的處理，而載體的體現(xiàn)則是通過(guò)共價(jià)鍵將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在電磁場(chǎng)的作用下固定到電極針上，不同的電極表面，需要采用不同的共價(jià)鍵的匹配，來(lái)對(duì)數(shù)值進(jìn)行堿基配對(duì)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)值的編碼與解碼之間的問(wèn)題。

2. 對(duì)新的基因進(jìn)行標(biāo)記

DNA計(jì)算機(jī)中隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)律，在進(jìn)行遺傳試驗(yàn)與育種實(shí)踐的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了新的基因，就需要對(duì)這個(gè)基因進(jìn)行標(biāo)記。在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)的方法中，也可以依靠這種標(biāo)記的形式，對(duì)所運(yùn)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。在這里可以通過(guò)例子進(jìn)行說(shuō)明，在計(jì)算機(jī)所應(yīng)用的進(jìn)制中，可以分為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等進(jìn)行運(yùn)算。而在對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)運(yùn)用當(dāng)中，可以對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)所存在的一些特殊的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這樣不僅可以緩解在處理數(shù)據(jù)時(shí)，可能出現(xiàn)的亂碼，以及編碼不正確的現(xiàn)象，還能使得數(shù)據(jù)的計(jì)算速率的準(zhǔn)確程度，得到大幅度的提高，從而實(shí)現(xiàn)最大限度地避免計(jì)算中的錯(cuò)誤，達(dá)到提高錯(cuò)誤糾正率的目的[4]。

從以上對(duì)于根據(jù)DNA分子的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行分析，可以看出在DNA計(jì)算問(wèn)題中， DNA分子所具有的穩(wěn)定性，是直接影響DNA分子雜交效率的主要因素，只有不斷地將其應(yīng)用與計(jì)算機(jī)當(dāng)中，才能夠最大限度地提高解碼檢測(cè)的精確度和靈敏度，最終實(shí)現(xiàn)高密度和高效率。

總之，DNA計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代科技中一項(xiàng)新型的信息技術(shù)，是在原有的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步發(fā)展和提升，并且結(jié)合了生物工程技術(shù)，是人工智能發(fā)展中的一個(gè)非常顯著的亮點(diǎn)。DNA計(jì)算機(jī)的誕生，將會(huì)使計(jì)算機(jī)的整體性能，得到飛越性的提升，這項(xiàng)新型的科學(xué)技術(shù)，在發(fā)展和研究的過(guò)程中將會(huì)任重而道遠(yuǎn)，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索和實(shí)踐，才會(huì)在發(fā)展的進(jìn)程中不斷地突破，使得科學(xué)技術(shù)的研究得以不斷地更新。■

參考文獻(xiàn)

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[2]張智佳.DNA計(jì)算機(jī)的生物基礎(chǔ)和應(yīng)用[J].才智;2008年08期,12-13.

[3]劉文斌,朱翔鷗,王向紅,陳麗春.DNA計(jì)算的研究進(jìn)展[J].電子學(xué)報(bào);2006年11期,3-4.

[4]宋玉階,劉毅,DNA計(jì)算的原理及研究進(jìn)展[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006年34期,17-18.