DNA計(jì)算中的編碼設(shè)計(jì)優(yōu)化算法.pdf

1、DNA計(jì)算是以DNA分子和生物酶等為載體，以生化反應(yīng)作為“信息處理工具的”一種嶄新的計(jì)算模式。由于DNA計(jì)算所具有的巨并行性、海量存儲(chǔ)以及低能耗等優(yōu)點(diǎn)，DNA計(jì)算顯示了巨大的生命力。但生化反應(yīng)中由于各種外界因素以及編碼本身的缺陷，會(huì)存在非特異性雜交，這種隨機(jī)性為后續(xù)計(jì)算進(jìn)程帶來(lái)了很大的不確定性，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致生化反應(yīng)不可控，進(jìn)而造成計(jì)算失敗，有效的編碼設(shè)計(jì)能夠提高DNA計(jì)算的可靠性。
　　 本文重點(diǎn)研究了DNA編碼問(wèn)題，研究重

2、點(diǎn)主要集中在如何設(shè)計(jì)出可以減少不合法反應(yīng)的DNA編碼序列集合。介紹了DNA編碼的相關(guān)約束條件，并進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，研究現(xiàn)有流行的智能進(jìn)化算法。在此基礎(chǔ)上提出兩種DNA編碼的優(yōu)化算法。本文的主要工作包括：
　　 1.分析DNA計(jì)算中編碼序列設(shè)計(jì)的影響因素、總結(jié)了現(xiàn)有研究主要考慮的六個(gè)數(shù)學(xué)約束條件：H-measure約束、連續(xù)性約束、相似度約束、發(fā)央結(jié)構(gòu)約束、解鏈溫度、GC含量。建立一套基于以上六個(gè)約束條件的多目標(biāo)評(píng)價(jià)體系的DNA編碼序

3、列組合優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)出了適應(yīng)度函數(shù)Fitness的具體實(shí)現(xiàn)。
　　 2.提出一種基于離散粒子群的DNA編碼優(yōu)化方法(簡(jiǎn)稱DPSO)。根據(jù)DNA編碼問(wèn)題離散量的特點(diǎn)，對(duì)DPSO算法粒子的位置、速度等量及運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行了重新定義，滿足了六種約束條件，引入基于權(quán)重的適應(yīng)度函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)DNA序列集合，并設(shè)計(jì)出了DPSO算法的具體實(shí)現(xiàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，DPSO算法大大降低了計(jì)算復(fù)雜度，并且參數(shù)設(shè)置和調(diào)整非常方便。
　　 3.提出一種基于文

4、化粒子群(cultural-based PSO，CBPSO)的DNA編碼序列優(yōu)化方法。種群空間利用了DPSO的快速演化能力，通過(guò)接收精英個(gè)體送入信念空間。同時(shí)利用文化算法模型中的遺傳操作，對(duì)個(gè)體選擇，交叉，變異等，影響種群空間的粒子來(lái)增加DPSO群體多樣性和全局搜索能力。并設(shè)計(jì)出CBPSO的具體實(shí)現(xiàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到了較高質(zhì)量的DNA編碼序列，驗(yàn)證算法的有效性。
　　 4.用Java實(shí)現(xiàn)了DNA計(jì)算編碼設(shè)計(jì)系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)采取了五層