DNA計算機中隊列數據結構探討

于海鈺

摘要：隨著現代科學信息技術的不斷發展，計算機發展也在更新換代，新一代DNA計算機，以其智能性和人性化成為了未來發展的必然趨勢，這種新型的計算機，完全不同于傳統的電子計算機普通的計算模式，實現了人工智能計算方式。本文主要闡述DNA計算機的數據結構所具有的一些特征，并且通過一些分析、研究，提出了一些觀點和看法。

關鍵詞：DNA計算；數據結構；問題：研究

引言：隨著信息化時代的到來，計算機發展也在不斷地更新換代，在計算機研究領域提出DNA計算機，這是一種全新的計算機設計理念，完全不同于傳統的電子計算機普通的計算模式，實現了智能計算方式。DNA計算機完全是模擬生物分子DNA的結構，并通過生物分子技術研究出來的新型計算機， 這種新型的DNA計算機。如果DNA計算機能夠走上實際應用的道路，那么DNA計算機就會像傳統的電子計算機一樣，同時會具備很多傳統的計算機無法達到的功能[1] 。由于 DNA計算機中具備合理的數據結構，能夠有效地組織需要處理的數據信息，相信這些這些方面的發展，對DNA計算機在理論應用研究上，都將極大地推動DNA計算機功能的發展。

一、DNA計算機數據結構的智能化分析

DNA計算機數據結構決定著DNA計算機的功能，取代了傳統的計算機二進制的運算方式，在運行速度上和人工智能方面發生了驚人的變化。運用DNA計算在到二十一世紀，已經不再是一個陌生的概念，通過DNA計算可以使很多復雜的計算問題，變得簡單起來，DNA的計算所存在的巨大優勢，不斷地沖擊著傳統的計算機領域，成為了當今社會計算機智能發展的前沿，由于DNA計算機能夠模擬人的智能行為，解決各類不確定、非邏輯、比較復雜的問題，所以才能具有非常廣闊的發展前景， DNA計算的誕生為智能計算的家族增添了新生的力量，拓展了計算機在智能的研究領域。DNA計算的核心內容就是充分利用有機分子的有效信息，就當前的很多復雜的NP完全的問題的存在性，對于傳統的電子計算機已經無能為力，所以才會有新型的DNA計算機來取代傳統的計算機。DNA計算機的發展，將成為下一代計算機研究的主題。然而，由于DNA以其鏈能所具有的高密度的存儲信息，要想進行大量的拷貝并非輕而易舉，在理想的情況下，當兩條單鏈在結合時，相對于這兩條單鏈的兩個堿基會出現彼此互補的現象[2]。DNA的聚合鏈組成，也就是經常提到的DNA鏈，是DNA計算的最小單元， DNA計算正是由于充分利用了DNA分子，所具有大量的存儲遺傳密碼，具有著生化反應的并行性的特征。因而，才會實現以DNA計算模型，作為DNA計算機的發展背景而產生的DNA計算機，在這種隊列數據結構組合下設計出DNA計算機，必然會具有驚人的運行速度 ，遠遠大于普通計算機的速度，一般會是普通計算機的n倍，如圖一。

二、DNA計算機中隊列數據結構分析

1、具有堿基配對互補的規律

DNA計算機以其生物性智能的特點，使計算機的發展進一步體現出“人性化”的的特征，這種特征將成為計算機發展的顯著優勢，為未來的科學發展奠定出堅實的基礎。DNA計算機所以能夠具有這樣的優勢，跟它的的隊列數據結構有著直接的關系，DNA計算機中DNA分子鏈中，是依靠運用共價鍵的方式達到相互結合，使生物活性分子與不溶性載體兩者有機地結合在一起，通過表面的接觸，使基團發生化學反應形成共價鍵，從而使這種共價鍵在一般情況下，達到很穩定的效果，這種基團之間發生化學反應形成共價鍵，不容易出現斷裂或者損壞[3]。在生物活性酶的作用下，運用這種化學反應的方式，有可能會對共價鍵造成一定的破壞。而在DNA計算機的運用的過程中，則會表現為可以將計算機數據當中，在數值與數值之間所存在的載體進行相應的處理，而載體的體現則是通過共價鍵將數據結構，在電磁場的作用下固定到電極針上，不同的電極表面，需要采用不同的共價鍵的匹配，來對數值進行堿基配對，以此來實現數值的編碼與解碼之間的問題。

2. 對新的基因進行標記

DNA計算機中隊列數據結構規律，在進行遺傳試驗與育種實踐的過程中，發現了新的基因，就需要對這個基因進行標記。在對數據進行配對的方法中，也可以依靠這種標記的形式，對所運用的數據進行編碼。在這里可以通過例子進行說明，在計算機所應用的進制中，可以分為二進制、八進制、十六進制等進行運算。而在對計算機數據運用當中，可以對數據結構所存在的一些特殊的數據進行編碼，這樣不僅可以緩解在處理數據時，可能出現的亂碼，以及編碼不正確的現象，還能使得數據的計算速率的準確程度，得到大幅度的提高，從而實現最大限度地避免計算中的錯誤，達到提高錯誤糾正率的目的[4]。

從以上對于根據DNA分子的數據結構的特性進行分析，可以看出在DNA計算問題中， DNA分子所具有的穩定性，是直接影響DNA分子雜交效率的主要因素，只有不斷地將其應用與計算機當中，才能夠最大限度地提高解碼檢測的精確度和靈敏度，最終實現高密度和高效率。

總之，DNA計算機是現代科技中一項新型的信息技術，是在原有的計算機基礎之上，進一步發展和提升，并且結合了生物工程技術，是人工智能發展中的一個非常顯著的亮點。DNA計算機的誕生，將會使計算機的整體性能，得到飛越性的提升，這項新型的科學技術，在發展和研究的過程中將會任重而道遠，需要經過長期探索和實踐，才會在發展的進程中不斷地突破，使得科學技術的研究得以不斷地更新?！?/p>

參考文獻

[1]吐爾根·依布拉音.DNA計算的原理及應用[J].現代計算機,2005年08期,7-8.

[2]張智佳.DNA計算機的生物基礎和應用[J].才智;2008年08期,12-13.

[3]劉文斌,朱翔鷗,王向紅,陳麗春.DNA計算的研究進展[J].電子學報;2006年11期,3-4.

[4]宋玉階,劉毅,DNA計算的原理及研究進展[J].微計算機信息,2006年34期,17-18.