论文部分内容阅读
在本论文中，主要介绍了DNA计算机的国内外研究进展以及DNA计算原理和相关的生物学知识，表明DNA计算已经成为计算机、数学、生物学等交叉领域的研究热点。讨论了DNA计算中的核心问题一编码问题的国内外研究现状，分析了影响DNA编码序列设计的因素和约束条件，在此基础上，提出了一种基于文化遗传算法的DNA编码序列设计方案，并给出一种评价模型，对编码的优劣性进行了有效的评估。主要研究工作如下： 首先，综述了DNA计算国内外的研究现状及DNA计算机的研究进展。鉴于DNA分子所固有的超大规模并行性，超低的能量消耗和超高的存储密度，使得DNA计算成为国际上的一个研究热点。 其次，对DNA计算中的核心问题一编码问题进行了详细的研究。在DNA计算中，信息是以DNA分子为载体并通过DNA分子间的特异性杂交来完成信息处理的。研究表明，编码问题是整个DNA计算机研制中最为核心的问题。①编码的好坏直接影响着 DNA序列的合成质量；②编码的好坏直接影响着能否按照所设计的目标进行杂交；⑧编码的好坏不仅直接影响着“解空间”的大小，而且与DNA计算机能否深入发展息息相关。 接着，讨论了DNA计算中的编码序列设计问题。DNA编玛问题是DNA计算的关键，然而，它己被证明为NP困难问题，通常采用优化算法求解。本文针对传统遗传算法缺乏有效指导，容易陷入局部极值的缺点，结合文化框架采用种群空间和信念空间的双层进化结构进行寻优，提出一种基于遗传算法和文化算法的混合优化算法用于解决 DNA编码问题。仿真结果表明该混合算法能有效的用于DNA编码序列设计。 最后，在讨论DNA编码序列设计约束条件的基础上，构建了关于DNA编码序列的5个评价指标：距离约束、GC含量约束、连续性约束、解链温度约束和自由能约束。根据统计学原理，分析了各约束条件之间的相关性，建立了一套针对DNA编码序列的综合评价模型。仿真结果表明，该评价模型除了可对编码序列集合进行合理客观的评价外，对采用演化策略进行DNA编码序列设计研究时，构造适应度函数也具有重要的指导意义。