摘 要：隨著電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，同時計(jì)算機(jī)的技術(shù)也越來越高端、功能也越智能化。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存貯量的多少和計(jì)算機(jī)的反應(yīng)速率也來越受到人們的重視。DNA計(jì)算機(jī)可以貯存的信息是普通電腦硬盤所能貯存的數(shù)億倍，而解決各種繁蕪雜亂的問題所耗費(fèi)的時間僅為現(xiàn)今最具效率的超級計(jì)算機(jī)的一小部分。而DNA計(jì)算機(jī)也無疑成為高信息時代的一個重要的新發(fā)明。
　　關(guān)鍵詞：DNA計(jì)算機(jī);隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
　　
　　一、基本原理
　　機(jī)器計(jì)算的歷史可以追溯到1641年，當(dāng)年18歲的法國數(shù)學(xué)家帕斯卡爾成功地制造了一臺齒輪傳動的八位加法計(jì)算機(jī)。這使人類計(jì)算方式、計(jì)算技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段。后經(jīng)人們數(shù)百年的艱辛努力，終于在1945年成功地研制出了世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)。從此，人類進(jìn)入了一個全新的計(jì)算技術(shù)時代。到了21世紀(jì)，可以說是信息時代的大爆炸。新型芯片的誕生使得計(jì)算機(jī)越來越小，越來越普及。從最早的帕斯卡爾齒輪機(jī)到今天最先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)，其計(jì)算方式都是一種物理性質(zhì)的符號變換，具體是由“加”和“減”這種基本動作構(gòu)成的。將計(jì)算數(shù)據(jù)運(yùn)用進(jìn)制的方式輸入電腦中，使得人們的計(jì)算量加大，并且計(jì)算精準(zhǔn)度也相對較高。然而，目前的DNA計(jì)算則有了本質(zhì)的變化，計(jì)算不再是一種物理性質(zhì)的符號變換，而是一種化學(xué)性質(zhì)的符號變換，即不再是物理性質(zhì)的“加”“減”操作而是化學(xué)性質(zhì)的切割和粘貼、插入和刪除。這種新的計(jì)算方式的變革是前所未有的，具有劃時代的意義。
　　DNA分子鏈，是一條雙螺旋長鏈，上面布滿了核苷酸，共擁有四種堿基：腺瞟呤（A）、鳥瞟呤（T）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（G），DNA分子的不同排列方式構(gòu)成了大千世界中生物細(xì)胞的信息。數(shù)學(xué)家、生物學(xué)家、化學(xué)家以及計(jì)算機(jī)專家從中得到了啟迪，他們利用DNA能夠編碼信息的特點(diǎn)，先合成具有特定序列的DNA分子，使它們代表要求解的問題，然后通過生物酶的作用（相當(dāng)于加減乘除運(yùn)算），使他們相互反應(yīng)，形成各種組合，最后過濾掉非正確的組合而得到的編碼分子序列就是正確答案。
　　二、目前DNA計(jì)算機(jī)存在的問題
　　1.空間指數(shù)暴增的問題
　　隨著問題規(guī)模的不斷增大，所需要的DNA數(shù)據(jù)量也會成一定比例的遞增趨勢。數(shù)值在運(yùn)算過程中，隨著數(shù)據(jù)輸入的增多而計(jì)算機(jī)根據(jù)DNA鏈的原理將數(shù)據(jù)進(jìn)行捆綁式計(jì)算。這樣會增加計(jì)算的反應(yīng)難度，降低了計(jì)算程序的反映速率。對于數(shù)據(jù)程序的控制要求非常高，造成數(shù)值或指數(shù)暴增的問題。
　　2.編碼難的問題
　　作為較大規(guī)模的DNA計(jì)算問題，在編碼上存在一定的問題。這就要求一個DNA分子數(shù)據(jù)在編碼的時候需要四個相應(yīng)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行編碼，在編碼的時候還不能出現(xiàn)差錯和編碼不一的情況，編碼不一會導(dǎo)致DNA分子的變異。在數(shù)據(jù)上則表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的亂碼和出錯問題，而這也是解決DNA計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)處理上的一大難題。
　　3.解碼檢測難的問題
　　DNA解碼的檢測充滿了整個計(jì)算的始終，如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)行解碼也是一個很重要的問題。在將計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行了編碼之后，在進(jìn)行計(jì)算的時候在進(jìn)行一組一組的解碼也是問題的關(guān)鍵所在，找不到合理的解碼方式會導(dǎo)致前面所做的編碼也是一個無用功，在編碼的時候就應(yīng)該有解碼的相應(yīng)處理，解碼也是DNA計(jì)算機(jī)的重要癥結(jié)所在。
　　三、DNA計(jì)算機(jī)中隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
　　1.“堿基配對互補(bǔ)”原則
　　在DNA分子鏈中是運(yùn)用共價(jià)鍵的方式結(jié)合在一起，使生物活性分子與不溶性載體表面上的反應(yīng)基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成共價(jià)鍵，而這種共價(jià)鍵一般情況下是很穩(wěn)定的不容易出現(xiàn)斷裂或是損壞。在活性酶的作用下運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)的方式才能對共價(jià)鍵造成一定的破壞。而在DNA計(jì)算機(jī)的運(yùn)用當(dāng)中則表現(xiàn)為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)當(dāng)中數(shù)值與數(shù)值之間存在的載體的處理，而這一載體的體現(xiàn)，通過共價(jià)鍵將數(shù)據(jù)以電磁的方式固定到電極針上，根據(jù)不同的電極表面，可采用不同的共價(jià)鍵的方法來對數(shù)值進(jìn)行“堿基配對”從而達(dá)到數(shù)值的編碼與解碼問題。
　　2.分子標(biāo)記
　　在遺傳試驗(yàn)與育種實(shí)踐中，如果發(fā)現(xiàn)了新的基因，就需要對基因進(jìn)行標(biāo)記。而在數(shù)據(jù)的配對原則中，也可以根據(jù)這種標(biāo)記的方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的編碼。舉個例子說明：在計(jì)算機(jī)的進(jìn)制中我們可以將其分為二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制等。而在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)當(dāng)中我們也可以對一些特殊的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，特別專門進(jìn)行解碼。這樣就緩解了數(shù)據(jù)在處理時出現(xiàn)的亂碼或者編碼不正確的情況，使得它的計(jì)算速率和錯誤糾正率得到很大的提高。
　　DNA計(jì)算機(jī)是一項(xiàng)新型的信息技術(shù)，在原有計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)上將會使計(jì)算機(jī)的整體性能得到很大的提高，這項(xiàng)技術(shù)的研究任重而道遠(yuǎn)，需要長期的不斷探索，在技術(shù)的研究上要不斷地更新。同時，根據(jù)DNA分子的特性進(jìn)行一定的分析與探討?？梢钥闯觯贒NA計(jì)算問題中，探針DNA分子固定的穩(wěn)定性是影響著與靶DNA分子雜交效率的重要因素，將其應(yīng)用與計(jì)算機(jī)當(dāng)中，能夠極大地提高解碼檢測的靈敏度。高密度和高效率固定化將成為目標(biāo)，使其在DNA計(jì)算中的應(yīng)用日趨成熟，進(jìn)一步提高DNA計(jì)算的有效性和檢測的靈敏度。
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］許進(jìn)，王淑棟，潘林強(qiáng).DNA計(jì)算：一種新的計(jì)算模式.清華大學(xué)出版社，2004.
　?。?］方剛.基于三鏈核酸與壓電基因傳感器DNA計(jì)算研究與探索.華中科技大學(xué)，2006：2－9.
　　［3］許進(jìn)，譚鋼軍.DNA計(jì)算機(jī)：原理、進(jìn)展及難點(diǎn)（Ⅳ）：論DNA計(jì)算模型.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2007，30（6）：881－893.
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