生物計算
許進
相關主題
商品描述
生物計算是一種以DNA、RNA和蛋白質等生物大分子為數據的計算。本書較為深入地探討DNA計算的各個方面，從基礎理論到實驗操作，再到解的檢測，都囊括其中。同時，書中對RNA計算和蛋白質計算也進行了概述。全書共12章。其中，第1章～第4章詳細介紹圖與計算復雜性、生物計算數據、生物計算算子（酶與生化操作），以及在DNA計算中發揮關鍵作用的技術和方法。第5章重點闡述DNA編碼理論與算法。第6章～第8章深入探討枚舉型、非枚舉型、並行型等多種DNA計算模型的構建思路和優缺點。第9章與第10章介紹一些DNA計算在密碼學、生物信息學、優化問題等領域的應用案例。第11章與第12章介紹RNA計算與蛋白質計算的相關理論與應用。這樣的結構安排旨在為讀者提供一個全面、系統的生物計算知識框架。
本書適合圖論與算法、分子生物學、電腦科學、生物信息學及人工智能等領域的科研人員、高等學校師生，以及對生物計算感興趣的讀者閱讀。
作者簡介
許進，北京大學教授，博士生導師。理學、工學雙博士，專註於組合優化問題的研究。1996年，在國內率先開展生物計算研究。提出求解圖著色的非枚舉型、並行型等DNA計算新方法，使生物計算搜索規模達359，實現迄今國際上最大規模的生物計算實驗。出版學術專著7部、譯著1部，發表學術論文300餘篇。作為第一完成人，獲國家自然科學二等獎1項、教育部自然科學一等獎2項、湖北省自然科學一等獎1項。先後主持國家自然科學基金重點、重大國際合作、專項基金、重大儀器專項、“863”、國家重大工程、國家重點研發計劃共超十項。擔任中國電子學會電路與系統分會副主任委員、中國通信學會雲計算與大數據委員會副主任委員、中國網絡空間安全協會理事；Artificial Intelligence Review與《電子與信息學報》副主編。曾任軍委科技委領域專家、電子學會圖論與系統優化專委會理事長、湖北省運籌學會理事長、北京市運籌學會副理事長、教育部網絡空間安全教咨委委員；第一、二、四、五、七、八屆國際生物電腦大會主席。
目錄大綱
第 1 章 緒論 1
11 生物計算的產生 1
12 電腦的一般定義與計算模型 3
13 生物計算的研究意義與進展 5
參考文獻 7
第 2 章 圖與計算復雜性 9
21 圖論基礎 9
211 圖的定義與類型 9
212 圖的度序列 15
213 圖的運算 16
214 圖的同構 20
215 圖的矩陣 22
216 圖著色 24
22 圖靈機 30
221 圖靈機的起源 30
222 圖靈機的原理、類型及圖靈等價性 32
23 可計算性 35
24 計算復雜性 36
241 P 問題與NP 問題 36
242 coNP 問題 42
參考文獻 43
第3 章 生物計算數據：DNA、RNA 與蛋白質 47
31 DNA 分子 47
311 脫氧核苷酸 48
312 DNA 分子結構 51
313 DNA 分子類型 53
314 DNA 分子特性 59
315 DNA 生化反應 63
32 RNA 分子 65
321 RNA 分子的核苷酸 66
322 RNA 分子的結構 68
323 RNA 分子的類型 69
33 蛋白質分子 71
331 蛋白質的結構 71
332 蛋白質的類型 73
333 蛋白質計算輸出檢測技術 74
參考文獻 75
第4 章 生物計算算子：酶與生化操作 78
41 生物計算常用工具酶 78
411 限制性內切核酸酶 78
412 DNA 聚合酶 81
413 DNA 連接酶 85
414 DNA 修飾酶 87
415 核酸酶 87
42 生物計算的生化操作 88
421 DNA 分子的合成 88
422 DNA 分子的切割、連接及粘貼 89
423 DNA 重組技術 92
424 變性與雜交 92
425 DNA 分子的擴增 92
426 DNA 分子的分離與提取 93
427 DNA 分子的檢測與讀取 95
428 可用於生物計算的經典生化操作技術 96
429 可用於生物計算的新型生化操作技術 98
4210 生物計算涉及的新型儀器 103
43 生物計算的關鍵技術：電泳 111
431 基本原理 111
432 凝膠電泳 112
433 免疫電泳 113
434 毛細管電泳 114
435 介電電泳 115
436 等速電泳 117
44 生物計算的關鍵技術：聚合酶鏈反應 117
441 PCR 發明之旅 118
442 基本原理 119
參考文獻 124
第5 章 DNA 編碼理論與算法 132
51 DNA 編碼的背景與發展 132
52 DNA 編碼問題 136
521 DNA 編碼的常見約束 137
522 編碼問題及其數學模型 143
523 當前DNA 編碼算法分類 144
53 基於GC 含量的DNA 編碼計數理論 146
531 DNA 編碼計數理論 147
532 GC 含量相等的DNA 編碼設計 150
54 模板編碼理論與算法 151
541 模板編碼理論 151
542 模板編碼的搜索算法 153
543 編碼的熱力學穩定性 154
544 模板集的優化 155
55 進化多目標優化DNA 編碼理論與算法 156
551 進化多目標優化DNA 編碼理論 157
552 基於進化多目標優化的DNA 編碼算法框架 159
56 隱枚舉編碼理論與算法 160
561 隱枚舉編碼理論 161
562 隱枚舉算法的應用 162
參考文獻 165
舉型DNA 計算模型 173
61 有向哈密頓路徑問題的DNA 計算模型 173
62 可滿足性問題的DNA 計算模型 176
63 圖的最大團與最大獨立集問題的DNA 計算模型 181
64 0-1 規劃問題的DNA 計算模型 184
65 圖頂點著色問題的DNA 計算模型 186
參考文獻 190
第7 章 非枚舉型圖頂點著色DNA 計算模型 194
71 基本思想 194
72 生物實現 195
721 生物操作步驟 195
722 實例分析與相關生化實驗 196
73 計算模型分析 207
74 其他非枚舉型DNA 計算模型 208
參考文獻 210
第8 章 並行型圖頂點著色DNA 計算模型 212
81 模型與算法 212
811 子圖劃分與橋點的確定 213
812 子圖頂點排序與子圖中每個頂點顏色集的確定 216
813 DNA 序列的編碼 218
814 根據探針圖確定探針 219
815 初始解空間的合成 221
816 非解刪除 221
817 子圖逐級合並與非解刪除 222
818 解的檢測 222
82 具體算例 223
821 子圖劃分與顏色集確定 223
822 編碼 223
823 構建初始解空間 223
824 子圖刪除非解 224
825 子圖合並與非解刪除 227
83 復雜性分析 230
831 降低初始解空間的復雜性 230
832 提高並行性 232
參考文獻 236
第9 章 探針機 237
91 探針機的產生背景 237
92 探針機的原理 239
921 圖靈機機理分析 239
922 探針機的數學模型 240
93 探針機求解哈密頓問題 251
94 連接型探針機的一種實現技術 254
95 傳遞型探針機與生物神經網絡 258
96 探針機功能分析 259
961 圖靈機是探針機的一種特殊情況 260
962 圖靈機能否模擬探針機 261
963 探針機的優勢 261
參考文獻 262
第 10 章 DNA 算法自組裝 265
101 DNA Tile 計算 265
1011 DNA Tile 類型 266
1012 DNA Tile 計算實例 269
102 圖靈等價的DNA Tile 計算 274
1021 DNA Tile 計算的數學模型 274
1022 DNA Tile 計算的圖靈等價性 277
103 可編程DNA Tile 結構 280
104 單鏈DNA Tile 計算 281
105 基於SST 的通用DNA 計算 288
1051 基於SST 的迭代布爾電路計算模型 288
1052 基於可重復SST 的填充計算模型 292
106 DNA Origami 計算 294
1061 DNA Origami 技術 294
1062 DNA Origami 的可編程自組裝 296
1063 DNA Origami 錶面計算 298
1064 可計算DNA Origami 結構 299
參考文獻 301
第 11 章 RNA 計算 305
111 RNA 分子的計算特性 305
112 解決NP 問題的RNA 計算模型 306
113 RNA 計算在邏輯門與邏輯電路方面的相關研究 308
1131 RNA 分子結構預測與設計 309
1132 基於分子自動機的RNA 計算 310
1133 結合RNA 乾擾技術的RNA 計算 312
1134 結合核酶與適配體技術的RNA 計算 314
1135 結合CRISPR/Cas 基因編輯技術的RNA 計算 315
1136 與合成生物學技術結合的RNA 計算 317
參考文獻 319
第 12 章 蛋白質計算 325
121 基於蛋白質構建邏輯運算器 325
1211 酶介導的邏輯運算器 326
1212 非酶介導的邏輯運算器 336
1213 基於人工設計的蛋白質的邏輯運算器 339
122 基於蛋白質構建算術運算器 340
123 基於蛋白質分子解決NP 完全問題 342
124 蛋白質存儲 343
1241 基於細菌視紫紅質的蛋白質存儲 343
1242 蛋白質基憶阻器 345
參考文獻 350
