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质粒DNA计算模型的研究与应用

作　者: 张连珍
导　师: 许进
学　校: 华中科技大学
专　业: 系统工程
关键词: 质粒DNA NP-完全问题规则 GC含量编码 0-1规划序列设计支持系统 DNA重组 TGGE
分类号: Q523
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

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DNA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。本文同时给出构建基于质粒DNA计算0-1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。

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