DNA存儲與生物計算專輯序

許 進

隨著計算機與網絡技術的飛速發展，人類對于復雜計算問題的求解、人工智能的本質等問題認識進一步拓展，并發展了生物計算、量子計算等非傳統計算模型.這些非傳統計算模型試圖通過新的數學理論模型與新物理、生化技術，突破現有的理論計算模型與芯片架構，研究具備在三維空間解決一般圖結構數據計算問題的新型計算機系統，為發展具備類人思維能力的所謂“強人工智能”提供理論模型基礎與實現技術手段.

《廣州大學學報(自然科學版)》關注信息與計算機科學的這一前沿動態，已經組織了一系列諸如DNA計算、量子計算、DNA納米技術、圖與組合優化問題和P與NP問題等前沿文獻綜述專輯，向讀者介紹非傳統計算領域的前沿研究進展.

本期專輯重點關注近年來DNA存儲領域的新進展.DNA作為未來數據的存儲介質具有巨大的潛力.近年來，DNA自組裝技術發展迅速，其中DNA折紙(origami)和DNA瓦片(tile)設計及組裝技術已經實現了納米結構的原子級精度.DNA自組裝納米結構因其具有空間可尋址性、可編程性等優點，為基于DNA自組裝的信息存儲提供了發展平臺.南京郵電大學材料科學與工程學院晁潔教授綜述了基于DNA自組裝技術的兩種組裝模型及DNA信息存儲領域的發展現狀，總結了當前基于DNA單鏈、DNA折紙和DNA瓦片的信息存儲，概述了當前基于DNA的信息存儲領域中面臨的挑戰，最后描繪了DNA自組裝及其在信息存儲領域的應用前景.

廣州大學的劉文斌教授團隊則關注了DNA存儲技術的復雜度問題， DNA以其超高的數據密度，超長的存儲時間，較低的維護成本，成為了極具潛力的新型存儲媒介.目前DNA存儲技術的發展仍然面臨著幾大挑戰.其一，遠高于傳統存儲技術的錯誤率；其二，明顯的DNA存儲分子分布不均；其三，存儲分子的丟失.本研究給出了現有DNA存儲技術的主要框架，包括3個主要步驟：合成、PCR和測序，并且依據存儲框架中主要過程的相關描述，依次分析了DNA存儲技術復雜度的3個方面.最后還指出了現有DNA存儲技術中硬件和軟件方面的改進方向，以及對未來DNA存儲技術發展的期望.此外，本輯還邀請了湖南大學曾湘祥教授綜述了生物計算中膜計算領域的新進展.膜計算是一種生物啟發式計算，其來源于對細胞組織或器官結構及其功能的抽象模擬. 細胞間最多建立一條鏈接，這條鏈接又稱為突觸. 突觸上有與其相關的通道狀態. 根據此生物現象提出的計算模型稱為帶有通道狀態的通訊膜系統. 這類膜系統是一類分布式并行計算模型，系統中細胞間的通訊主要依賴于細胞膜通道上同向/異向轉運規則的使用，其中每個通道上的規則以一種串行的方式執行，且通道上的狀態用來控制細胞間或細胞與環境間的通訊. 該文根據帶通道狀態的同向/異向轉運規則對細胞型通訊膜系統、組織型通訊膜系統、帶有細胞分裂和通道狀態的細胞型識別通訊膜系統和帶有細胞分裂和通道狀態的組織型識別通訊膜系統的概念分別進行了介紹，并說明了這些系統的計算能力以及計算復雜性，最后進行了總結并給出了未來展望.浙江師范大學的周昌軍教授等則根據生物啟發算法構建了股票的預測模型，通過實驗驗證了生物計算模型的表現超越了現有的主流預測模型.

廣州大學學報將持續關注計算機科學、網絡空間安全領域的最新進展，后續將推出量子計算、網絡空間安全和理論計算機等系列專輯，敬請期待!