DNA計算機開山之作“推銷員問題”的解決是怎麽壹回事啊，有木有人知道啊，求具體的操作過程？

與由芯片和電路組成的傳統計算機不同計算機的原材料是人工制作的片斷傳統計算機是將數據轉化成和後再進行處理而計算機則是將數據轉化成堿基序列傳統計算機依靠電信號來控制而計算機則通過控制分子間的生化反應來完成運算。 由以色列魏茨曼研究所研制的這種計算機只有幾個納米大它能察覺到細胞中信使核糖核酸的異常。信使的作用是充當生成蛋白質的中間媒介傳遞遺傳信息。在試管實驗中該計算機對與肺癌和前列腺癌相關的異常信使非常敏感。在發現異常的信使後它便釋放出由控制生成的抗癌藥這種藥物能抑制與腫瘤相關的基因表達。計算機的研制尚處起步階段要將其應用到臨床可能還需要等待數十年。但是美國威斯康星大學的計算機專家勞埃德·史密斯說“這種新型計算機是第壹種使用做原料並釋放藥物的計算機首次實現了輸入和輸出的生物化。這就意味著它能夠與活的生物系統相融合。” 目前這種計算機只能在特殊的鹽溶液中發揮作用。研究人員指出要用它來真正診治癌癥還必須解決許多難題其中最重要的就是使其在生物環境中持續工作。研究人員預測未來的計算機要比目前這種樣機復雜得多。它應該能夠識別與癌癥相關的多種分子而不僅是信使。另外它還能釋放多種藥物而不只限於藥品。在這種計算機真正用於臨床之前還必須進行組織培養液、低等生物、哺乳動物和人體試驗 上海交通大學生命科學研究中心和中科院上海生命科學院營養科學研究所最近於試管中完成了DNA計算機的雛形研制在實驗上把自動機與表面DNA計算結合到了壹起。這在中國乃屬首次相關論文已發表在中國《科學通報》49卷第1期的英文版上。 據介紹這壹DNA計算機采用雙色熒光標記對輸入與輸出分子進行同時檢測用測序儀對自動運行過程進行實時監測用磁珠表面反應法固化反應提高可控性操作技術等以至最終在壹定程度上完成模擬電子計算機處理0.1信號的功能將來通過計算芯片技術把電子計算機的計算功能進行本質上的提升在理論上和潛在的應用上都有重大意義。 近年來利用遺傳物質DNA分子中蘊含的計算能力開發具有強大功能的DNA計算機成為計算機科學家和生物學家的夢想。1994年埃德曼用DNA分子解決了電子計算機原則上不能解決的“郵遞員問題”揭開了DNA計算機研究的新紀元。2001年由以色列魏茨曼研究所首先完成的基於DNA分子的自動機模型被評選為當年的國際十大新聞。 上海交通大學生命科學研究中心主任賀林教授認為目前的DNA計算機尚處在繈褓階段還不具商業運用價值但是其強大的並行運算能力和以生物分子為計算物質的特征是傳統電子計算機所不具備的。 賀林教授說在不久的將來DNA計算機可被用來開發新壹代的基因分型技術處理基因組的信息或用註入到人體內的DNA計算機進行基因治療。如果DNA代表生命科學計算機代表信息科學DNA計算機這個典型的交叉課題或許是後基因組時代生命學科與信息學科大融合、大碰撞的壹個縮影。編輯王秀 埃胡德教授以及以色列魏茲曼學院的研究人員在數年前就建造了最小的生物分子計算機現在在實驗室的實驗中他們已經能夠使它分析生物信息發現和治療前列腺癌和肺癌。埃胡德說我們已經給它增加了輸入/輸出系統它能夠診斷出疾病並在試管中制造出相應的藥物。 這種計算機的尺寸非常地小壹滴水中就可能包含有1成億個計算機。它的輸入/輸出模塊以及軟件都是由DNA分子構成的。 這壹技術能夠給癌癥等疾病在未來的診治帶來革命性的變化無需再進行切片檢查DNA計算機能夠在人體內的組織中診斷疾病。埃胡德說我們的醫療計算機可能被看作壹種藥物由血液帶到全身的各處檢查每個細胞是否已經發生了病變。 它能夠使醫生在腫瘤形成前治療癌癥如果疾病已經擴散到身體的其它部分它會向“頑固的”細胞釋放藥物。不同的輸入模塊能夠診治不同的疾病。 現在生物計算機還只能在鹽溶液中工作要把它應用到實際的疾病診斷中還有很多障礙需要突破。既要確保計算機能夠在人體內的生物環境下繼續正常工作又不能對人體自身的免疫系統造成混亂即要做到絕對安全這顯然是非常必要的夏皮羅說。 它們也應該比現在的原型要復雜不僅僅是辨認跟癌癥有關的RNA還要分配各種藥物也不僅僅是DNA療法。它們需要接受在細胞環境、組織、單個器官和動物體內的實驗最終才能用在人身上。 試管中參與生化反應的分子很多相當於大批的DNA計算機在同時工作盡管生化反應有時需要很長的時間但極其大量壹個摩爾的DNA溶液含有10的23次方個分子每個分子都是壹臺計算機的DNA計算機同時運算運算速度能達到每秒10億次的高速。而且DNA計算機的能耗非常低耗能只有電子計算機的壹百億分之壹而它的存儲密度卻大約是人們通常使用的磁盤存儲器的10000億倍這些都是DNA計算機的優點。” 夏院士對記者說“但DNA計算機也存在兩大缺陷由於生化反應本身存在壹定的隨機性所以這種運算的結果也就不完全精確。另外參與運算的DNA分子之間不能像傳統計算機壹樣進行通訊只能‘各自為戰’這對於DNA計算機今後處理壹些大型計算也是壹種缺陷。” “最主要的是DNA計算機面對的這些障礙現在看來都是‘難以逾越的’所以除了針對壹些特定問題DNA計算機在實際應用上還不如納米計算機更有希望。”夏院士最後強調說。 新浪科技訊 據美國《新科學家》網站美國東部時間8月18日北京時間8月19日消息 世界第壹臺可運行遊戲程序的DNA計算機現已面世。該系統命名為“MAYA”是目前第壹個互動式DNA計算處理系統。該系統是以生化酶為計算基礎來運算簡單遊戲。 DNA計算機是美國南加州大學萊昂納德-阿德爾博士於1994年提出的奇妙構思DNA計算機通過控制DNA分子間的生化反應來完成運算。DNA分子之間的反應可取代CPU進行計算處理 。目前的DNA計算技術都必須將DNA溶於試管液體中。 該DNA計算系統是由美國哥倫比亞大學米蘭-斯托賈諾維克Milan Stojanovic和新墨西哥大學達克-斯蒂芬維克Darko Stefanovic研制開發的。以色列魏茨曼科學研究所科比-貝尼桑Kobi Benenson稱“用復雜的DNA分子反應作為邏輯通道進行數據處理並實現具體的遊戲程序是DNA計算處理技術上的壹個裏程碑。” 通過生化酶不同的反應可實現比井字遊戲更為復雜的計算處理。但是斯托賈諾維克和斯蒂芬維克表示“盡管DNA計算機可順利運行而無需人為性幹預。但是DNA計算機遠不及矽芯片計算機因為在人機交互處理中人為操作與DNA計算機的交互不能像矽芯片計算機那樣很好地結合在壹起。”目前很少有人能戰勝MAYA斯托賈諾維克已經輸給MAYA100多次。他指出“我們應該改動遊戲程序讓電腦輸幾次使玩家感受到勝利的喜悅。” 倫敦大學計算機科學家彼得-本特利Peter Bentley說“這是壹項非常有趣的研究成果。但是該系統只是壹個新奇的事物目前僅限於井字遊戲尚不能拓展至更廣闊的 新華網華盛頓3月18日電記者毛磊美國科學家利用簡單的DNA計算機在實驗中為壹個有24個變量、100萬種可能結果的數學難題找到了答案。這是迄今利用非電子化計算手段解出的最復雜數學問題表明DNA計算機研制又邁出了重要壹步。 美國南加利福尼亞大學教授阿德勒曼將這壹研究成果發表在新壹期美國《科學》雜誌上。 DNA脫氧核糖核酸是生物遺傳的物質基礎它通過4種核苷酸的排列組合存儲生物遺傳信息。將運算信息排列於DNA上並通過特定DNA片段之間的相互作用來得出運算結果是DNA計算機工作的主要原理。 阿德勒曼教授是DNA計算機研究領域的先驅。他於1994年在實驗中演示DNA計算機可以解決著名的“推銷員問題”首次論證了這種計算技術的可行性。“推銷員問題”用數學語言來說是要求在7個城市間尋找最短的路線這壹問題相對簡單心算就可以給出答案。 但這次阿德勒曼教授用DNA計算機演示新問題難度就大多了靠人腦的計算能力基本無法處理。這壹邏輯問題名叫“NP完全3-SAT問題”聽起來不知所雲但可以形象化地表述如下 假設妳走進壹個有100萬輛汽車的車行想買壹輛稱心的車。妳向銷售員提出了壹大堆條件如“想買壹輛4座和自動檔的”“敞蓬和天藍色的”寶馬車等等加起來多達24項。在整個車行中能滿足妳所有條件的車只有壹輛。從理論上說銷售員必須壹輛輛費勁地找。傳統的電子計算機采用的就是這種串行計算的辦法來求解。 阿德勒曼等設計的DNA計算機則對這壹問題進行了並行處理。他們首先利用DNA片段編碼了100萬種可能的答案然後將其逐壹通過不同容器每個容器都放入了代表24個限制條件之壹的DNA。每通過壹個容器滿足特定限制條件的DNA分子經反應後被留下並進入下壹個容器繼續接受其它限制條件的檢驗不滿足的則被排除出去從解決這個問題的過程中可以看出理論上DNA計算機的運算策略和速度將優於傳統的電子計算機。阿德勒曼教授說雖然他們的新實驗進壹步提高了DNA計算機模型的運算能力但總的來說DNA計算機錯誤率還是太高要真正超越電子計算機還需要在DNA大分子操縱技術等方面有大的突破。 人們正在探索將光電子學和生物工程這兩個最尖端的技術引入計算機領域研制超小型、超高速、超大容量的新型計算機並對此充滿信心。人們對光子計算機的設想是1根據光學空間的多維特性為計算機設計新的邏輯結構和運算原理。2充分利用光子元件體積小傳送信息速度快的特點用超高速大容量的光子元件替代目前計算機中使用的矽化學元件用光導纖維或光波代替普通金屬導線。 仿生計算機的設計思路與光子計算機有異曲同工之妙1通過對生物的腦和神經系統中信息傳遞、信息處理等原理的進壹步研究設計全新的仿生模式計算機並與人工智能的研究相互借鑒、***同發展。2模擬生物細胞中的蛋白質和酶等物質的產生過程制造出仿生集成芯片來替代目前計算機中使用的半導體元件。 50年前年輕的美國科學家詹姆斯·沃森和英國科學家弗朗西斯·克裏克正式提出了DNA脫氧核糖核酸的雙螺旋結構模型。DNA結構這壹分子生物學中最基本的謎團揭開後釋放出了驚人的能量。這50年來因為DNA的研究而湧現出來的基因克隆、基因組測序、聚合酶鏈式反應等技術直接促進了現代生物技術產業的興起。可以說DNA雙螺旋結構的發現為現代基因工程奠定了基礎。 事實上DNA的影響力遠不止於生物領域它直接啟發了區別於傳統電子計算機計算模式的DNA計算機的出現。1994年DNA計算機誕生於南加利福尼亞大學萊昂那多·阿德萊曼Leonard Adleman教授的試管中據說這壹設想是受到沃森所著的《基因分子生物學》教科書的啟發。雖然在9年之後的今天DNA計算機還只是科學之樹的“嫩枝”科學界對其態度也見仁見智。但在“尋找矽的替代物”已成為壹場如火如荼的運動的今天DNA計算依然是值得探索的方向。 DNA啟發計算。與傳統的矽電子計算機“看得見、摸得著”並有著越來越精致的外型不同的是目前的DNA計算機還都只是躺在試管裏的液體。之所以會構造出如此古怪的計算機其原因在於科學家普遍認為目前計算機的縮微化已接近極限。摩爾定律告訴我們芯片制造商大約每18個月就會把擠在指甲蓋那麽大的矽片裏的晶體管數量增加壹倍而事實的確如此。物理學定律則認為這種成倍增長的速度不會永遠持續下去。最終晶體管會變得非常小小到只有幾個分子那麽大。在這樣小的距離裏起作用的將是古怪的量子定律電子會從壹個地方跳到另外壹個地方而不穿過這兩個地方之間的空間就像破漏的消防水管中的水這時的電子會越過導線和絕緣層從而產生致命的短路。因此人們需要掌握能制造出體積更微小的計算機的技術目前談得較多的DNA計算機、量子計算機、光子計算機、分子計算機就是這壹領域主要的探索方向。 就現在的情況下還難以預測下壹代計算機將會是什麽樣的或許未來的計算機芯片是壹滴溶液。可千萬別小看這壹滴溶液阿德萊曼當年就是用壹滴溶液解決了著名的“推銷員問題”即哈米爾頓Hamilton的路徑問題要求在7個城市間尋找最短路線雖然這壹問題相對簡單人類的心算就可以解決但這是對DNA計算技術可行性的首次論證。去年阿德萊曼又利用簡單的DNA計算機為壹個有著24個變量、100萬種可能結果的數學難題這壹邏輯問題名為“NP完全3-SAT問題”找到了答案而這樣的計算就連傳統計算機都不易做到。其實DNA計算機的最大優點在於其驚人的存貯容量和運算速度。壹立方厘米的DNA上存儲的信息比壹萬億張光盤存儲的還多十幾小時的DNA計算就能相當於所有電腦自問世以來的總運算量。 更重要的是DNA計算機的能耗非常低只有電子計算機的壹百億分之壹。雖然目前單個DNA計算機的運算速度比傳統計算機慢得多但由於它能夠同時執行大量的運算如壹根試管可容納壹萬億個DNA計算機這些計算機可以同時並發運算如此看來“稚嫩”的DNA計算機至少非常適合於解決那些需要窮盡各種計算結果的“組合問題”。 何時突破“試管”壹些科學家預計十到二十年後DNA計算機將進入實用階段。當然也有不少科學家對此提出了質疑。畢竟九年的時間對於看清楚可能會對未來產生重大影響的技術的前途來說實在太短。不說別的可自動運行的DNA計算機也才誕生了不足兩年早先的DNA計算機需要研究人員的壹點“手工”推動如改變溫度或添加化學物。 這臺世界上首次在輸入、輸出系統及軟硬件均由生物分子制成的自動編程運算式DNA計算機誕生在以色列的魏茨曼學院該學院的埃胡德·沙皮羅教授在發表這項成果的同時表示“目前這種計算機的功能尚顯單壹在現實生活中不能馬上應用而且太小了人們每次無法僅使用其中的壹臺。”另外參與運算的DNA分子之間並不能像傳統計算機壹樣進行通訊只能“各自為戰”。DNA計算機的弊端還不僅如此。當年阿德萊曼的“試管計算機”在幾秒內得出了所有可能的哈米爾頓路徑後卻不得不再花費數周去揀出那些正確的答案。阿德萊曼在演示了其DNA計算機是如何解決“NP完全3-SAT問題”後也表示雖然他們的新實驗進壹步提高了DNA計算機模型的運算能力但總的來說DNA計算機錯誤率還是太高要真正超越電子計算機還需要在DNA大分子操縱技術等方面有大的突破。盡管如此種種的不足並沒有阻礙DNA計算機的進壹步發展尤其是其商業化的腳步。 2002年年初奧林巴斯公司與東京大學聯合開發出了全球第壹臺能夠真正投入商業應用的DNA計算機用於基因的診斷。該計算機由分子計算組件和電子計算部件兩部分組成前者用來計算分子的DNA組合以實現化學反應搜索並篩選出正確的DNA結果而後者則對這些結果進行分析並且能將原來人工分析DNA需要的3天時間縮短為6個小時。除了在醫療領域外如新材料開發領域也在探討DNA計算機的應用力圖通過有效的配置分子達到生產出新材料的目的。這些足以說明DNA計算機正試圖走出只能解決數學問題的有限用途真正開始深入產業。 更令人期待的是壹旦微小的計算機成為現實這些“理想”如巨型計算機裝在口袋裏嵌入衣服裏的計算機會告訴洗衣機應當用什麽水溫洗滌衣服筆芯中的墨水即將用完時嵌在筆中的計算機能提醒更換筆芯等等都能成真。 四進制與生物計算機。如果計算機采用了四進制會有什麽好處其中最大的好處是能立即節省壹半的運算單元並能提高系統的整體運算速度。如果某臺電腦需要二十萬個運算單元在采用了四進制後只需十萬個運算單元就能發揮相同的效果。相對於電子計算機生物電腦的運算元件絕對不可能是集成電路或電子管這些與生物特性完全不相幹的東西就像DNA計算機其本身依靠DNA中的A、T、G、C四個獨立堿基構成先天性的形成了壹個四進制組合這與目前半導體開合動作所形成的二進制壹樣。 事實上目前最可能成為生物計算機運算單元的也就是DNA或RNA核糖核酸。當然生物電腦仍存在很難突破的瓶頸。僅以運算元件來說DNA或RNA分子的控制畢竟不如集成電路容易況且是控制數以十萬、百萬計的DNA或RNA分子更別提如何辨別這些分子。不過正如當年的核融合技術在真正實現以前也曾遭遇過種種困難最終在海森堡、奧本海默、費曼等物理學家的努力下還是取得了成功壹樣相信隨著人類科技的飛速發展待生物科技成熟後具有人工智能的、能為人類造福的全新計算機技術會在不遠的將來誕生。