质粒DNA计算模型的研究与应用

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1、华中科技大学硕士学位论文质粒DNA计算模型的研究与应用姓名：张连珍申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：许进20040415华中科技大学硕士学位论文摘要从1994年至今，关于DNA计算的研究已经取得了不少令人振奋的结果。作为DNA计算研究的一个重要分支，质粒DNA计算兼容了DNA计算的所有优点，同时由于其环状结构的特异性，质粒DNA计算载体还可以作为DNA计算机的有效计算单元，本文我们主要给出质粒DNA计算模型研究及其在图的组合优化问题的应用。本文首先介绍了质粒DNA独特的分子结构和生化性质，在T．Head等人的工作基础之上我们进一步推导出其计算模型的数学描述，质粒D

2、NA内含的限制性内切计算酶可以保证实现精确的计算。我们提出根据一种自装配的G，。语法规则来编排质粒DNA的信息位点的结构，同时介绍了一种主要依赖GC含量变化改变解链温度的一种编码方法，这种方法可以弥补由于DNA序列太长带来的真值表达的不准确。本文以解决动态规划问题为主要目标，提出了图的可达性问题和背包问题的DNA计算分析，并在此基础上给出0—1规划问题的质粒DNA计算常规算法分析，引入了Hofmeister的对初始解构造进行优化的策略和改变GC含量的TGGE编码方法，最后我们给出编码序列的评价函数：序列设计支持系统，通过SA算法最大限度消除编码的“相似性”问题。本文同时给

3、出构建基于质粒DNA计算O一1规划问题的生物实验分析过程，TGGE(温度梯度凝胶电泳)是基于DNA片断解链温度的相关性，是敏感度极高的一种方法，甚至片断序列中仅仅改变一个核苷酸都可以TGGE分离。整个实验中PCR扩增是关键，采用温度梯度编码方法，理论上可以解决1000个不同变量的动态规划问题。最后总结了全文，提出了系统进一步工作的构想，并总结了项目中的一些开发经验和体会。关键词：质粒DNANP--完全问题G，刊规则GC含量编码0—1规划序列设计支持系统DNA重组TGGE华中科技大学硕士学位论文AbstractFrom1994tOthepresent，theresearch

4、ofDNAcomputinghasalreadygoRenmanyexcitingresults．AsallimportantbranchofDNAcomputing，ptasmidDNAcomputinghasallcompatiblemeritsofDNAcomputing．Atthesanletime，forthepeculiarqualitiesofitscyclicstructure，plasmidDNAcarriercouldbeusedastheuniteffectivelyofDNAcomputer．TheplasmidDNAcomputingmodela

5、ndtheapplicationincombinatorialandoptimizationproblemsofthegrapharemainlypublishedinthispaper．PlasmidDNAuniquemolecularstructureandbiochemicalcharacteristicarein拄oducedinthispaperatfirst．ThemathematicsmodeldescriptionbasedontheworkofT．Head，etcisderivedfurther．Andtherestrictionenzymeofplas

6、midDNAcanguaranteetorealizeacculm-tecomputing．Akindofself-assembleG瑚dgralnn2arruletosetinformationsitesstructureofptasmidDNAisproposed．AndacodemethodreliedonGCcontenttochangethemeltingtemperatureispublishedatthemeantime．Thiskindofmethodcailavoidtruthexpressionin—accuratecausedbytoolongDNA

7、array．Itisthemaingoaltosolvethedynamicprogrammingprobleminthispaper．TheDNAcomputationalanalysisoftheZKPand0-1programmingproblemhasbeenproposed．WeintroducedthestrategyofHofmeistertooptimizeinitialsolutionandtheTGGEcodemethodofchangingGCcontent．Atlastwegiveouttheevalu