5、多值DNA计算：原理、优势与挑战

多值DNA计算：原理、优势与挑战

1. DNA计算的工作原理

计算可以被视为算法的执行，算法是一系列明确定义的指令，它接收输入、处理输入并产生结果。在DNA计算中，信息用四个字符的遗传字母表（A[腺嘌呤]、G[鸟嘌呤]、C[胞嘧啶]和T[胸腺嘧啶]）来表示，而非传统计算机使用的二进制字母表（1和0）。这是因为可以按需合成任意序列的短DNA分子。

1.1 基本流程

• 输入表示 ：在最简单的情况下，算法的输入由具有特定序列的DNA分子表示。
• 指令执行 ：通过对分子进行实验室操作来执行指令，例如根据长度对它们进行排序或切割包含特定子序列的链。
• 结果定义 ：结果被定义为最终分子集合的某些属性，例如特定序列的存在或不存在。

1.2 以旅行商问题为例

Adleman证明了DNA可以以一种方式组装，使得一试管的DNA块可以自行组装，同时编码旅行商问题中的所有可能路径。在DNA中，遗传编码由四个不同的分子A、T、C和G表示。将这四种分子混合到试管中，它们会自然地组装成DNA链。如果这些分子的某些组合代表一个城市和一条飞行路径，那么每条DNA链可以代表推销员的不同飞行路径，所有这些路径在DNA链的合成过程中并行计算。然后，只需过滤掉较长的路径，直到只剩下最短的路径。

1.3 速度问题

尽管Adleman在几秒钟内就将旅行商问题的答案编码到了试管中的DNA链中，但在找到他所寻求的理想解决方案之前，他花了几天时间来排除错误的选