許 進(jìn)

隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類對(duì)于復(fù)雜計(jì)算問題的求解、人工智能的本質(zhì)等問題認(rèn)識(shí)進(jìn)一步拓展，并發(fā)展了生物計(jì)算、量子計(jì)算等非傳統(tǒng)計(jì)算模型.這些非傳統(tǒng)計(jì)算模型試圖通過新的數(shù)學(xué)理論模型與新物理、生化技術(shù)，突破現(xiàn)有的理論計(jì)算模型與芯片架構(gòu)，研究具備在三維空間解決一般圖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)計(jì)算問題的新型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為發(fā)展具備類人思維能力的所謂“強(qiáng)人工智能”提供理論模型基礎(chǔ)與實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段.

《廣州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》關(guān)注信息與計(jì)算機(jī)科學(xué)的這一前沿動(dòng)態(tài)，已經(jīng)組織了一系列諸如DNA計(jì)算、量子計(jì)算、DNA納米技術(shù)、圖與組合優(yōu)化問題和P與NP問題等前沿文獻(xiàn)綜述專輯，向讀者介紹非傳統(tǒng)計(jì)算領(lǐng)域的前沿研究進(jìn)展.

本期專輯重點(diǎn)關(guān)注近年來DNA存儲(chǔ)領(lǐng)域的新進(jìn)展.DNA作為未來數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)介質(zhì)具有巨大的潛力.近年來，DNA自組裝技術(shù)發(fā)展迅速，其中DNA折紙(origami)和DNA瓦片(tile)設(shè)計(jì)及組裝技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精度.DNA自組裝納米結(jié)構(gòu)因其具有空間可尋址性、可編程性等優(yōu)點(diǎn)，為基于DNA自組裝的信息存儲(chǔ)提供了發(fā)展平臺(tái).南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院晁潔教授綜述了基于DNA自組裝技術(shù)的兩種組裝模型及DNA信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了當(dāng)前基于DNA單鏈、DNA折紙和DNA瓦片的信息存儲(chǔ)，概述了當(dāng)前基于DNA的信息存儲(chǔ)領(lǐng)域中面臨的挑戰(zhàn)，最后描繪了DNA自組裝及其在信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用前景.

廣州大學(xué)的劉文斌教授團(tuán)隊(duì)則關(guān)注了DNA存儲(chǔ)技術(shù)的復(fù)雜度問題， DNA以其超高的數(shù)據(jù)密度，超長(zhǎng)的存儲(chǔ)時(shí)間，較低的維護(hù)成本，成為了極具潛力的新型存儲(chǔ)媒介.目前DNA存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展仍然面臨著幾大挑戰(zhàn).其一，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)存儲(chǔ)技術(shù)的錯(cuò)誤率；其二，明顯的DNA存儲(chǔ)分子分布不均；其三，存儲(chǔ)分子的丟失.本研究給出了現(xiàn)有DNA存儲(chǔ)技術(shù)的主要框架，包括3個(gè)主要步驟：合成、PCR和測(cè)序，并且依據(jù)存儲(chǔ)框架中主要過程的相關(guān)描述，依次分析了DNA存儲(chǔ)技術(shù)復(fù)雜度的3個(gè)方面.最后還指出了現(xiàn)有DNA存儲(chǔ)技術(shù)中硬件和軟件方面的改進(jìn)方向，以及對(duì)未來DNA存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展的期望.此外，本輯還邀請(qǐng)了湖南大學(xué)曾湘祥教授綜述了生物計(jì)算中膜計(jì)算領(lǐng)域的新進(jìn)展.膜計(jì)算是一種生物啟發(fā)式計(jì)算，其來源于對(duì)細(xì)胞組織或器官結(jié)構(gòu)及其功能的抽象模擬. 細(xì)胞間最多建立一條鏈接，這條鏈接又稱為突觸. 突觸上有與其相關(guān)的通道狀態(tài). 根據(jù)此生物現(xiàn)象提出的計(jì)算模型稱為帶有通道狀態(tài)的通訊膜系統(tǒng). 這類膜系統(tǒng)是一類分布式并行計(jì)算模型，系統(tǒng)中細(xì)胞間的通訊主要依賴于細(xì)胞膜通道上同向/異向轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)則的使用，其中每個(gè)通道上的規(guī)則以一種串行的方式執(zhí)行，且通道上的狀態(tài)用來控制細(xì)胞間或細(xì)胞與環(huán)境間的通訊. 該文根據(jù)帶通道狀態(tài)的同向/異向轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)則對(duì)細(xì)胞型通訊膜系統(tǒng)、組織型通訊膜系統(tǒng)、帶有細(xì)胞分裂和通道狀態(tài)的細(xì)胞型識(shí)別通訊膜系統(tǒng)和帶有細(xì)胞分裂和通道狀態(tài)的組織型識(shí)別通訊膜系統(tǒng)的概念分別進(jìn)行了介紹，并說明了這些系統(tǒng)的計(jì)算能力以及計(jì)算復(fù)雜性，最后進(jìn)行了總結(jié)并給出了未來展望.浙江師范大學(xué)的周昌軍教授等則根據(jù)生物啟發(fā)算法構(gòu)建了股票的預(yù)測(cè)模型，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了生物計(jì)算模型的表現(xiàn)超越了現(xiàn)有的主流預(yù)測(cè)模型.

廣州大學(xué)學(xué)報(bào)將持續(xù)關(guān)注計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)空間安全領(lǐng)域的最新進(jìn)展，后續(xù)將推出量子計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)空間安全和理論計(jì)算機(jī)等系列專輯，敬請(qǐng)期待!