计算机科学论坛--DNA计算机10年内将问世功能强大用途更广

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假如DNA开始思考，人类就会会心地微笑，因为人类就是创造这种思考的上帝。

　　通过增加DNA的量来轻松提高计算机的性能，这也许在不久后即可实现。《科学》杂志新近报道，美国科学家们发现了如何让DNA分子之间自发地组成具有计算能力的办法。

　　电影“终结者”中所描绘的天网智能很有可能在不久的将来实现，也许就在10年之后的2015年。

　　DNA也能组成计算机

　　硅芯片经过近10年的发展，科学家很难有办法将它变得又快又小。可是，要提高计算机芯片的处理性能，就得有更小的晶体管。最近，美国科学家有了主意———让自动集合的DNA来生产更小的晶体管。

　　科学家选择具有自我复制能力的DNA来生产人造DNA，并使人造DNA能通过一定的方式进行配对，自发形成三维空间的双螺旋结构。

　　科学家设法让这些DNA吸附上其他物质，如双色荧光标记，来跟踪其复制过程，同时还用测序仪对自动运行过程进行实时监测等，以最终完成模拟电子计算机来处理信号的人造DNA处理品。

　　将硅纳米管吸附到这种人造DNA分子的终端，两个硅纳米管之间的DNA接口处镀上金属，就可以自发形成回流电路，进行运算。无数的DNA电路放在同一块板上，就形成了芯片。目前，科学家已经将1万亿个这样的微小电路放在同一芯片上进行处理工作。

　　科学家表示，由于自我复制过程中会出现错误，因此，在电路的设计中可以适当地多增加一些人造DNA，以掩盖可能出现的错误。设计的关键是要让电路系统具有大量的简单成分，这样，任何一个电路失灵对整个系统的影响都会极小。

　　把计算分子DNA倒在桌上即可计算

　　这种DNA自发组成的计算机将会变得特别小，运行速度特别快，成本特别便宜且耗电特别少。

　　麻省理工大学的艾伯肖教授说：“如果想要计算功能，我只需要把计算分子DNA从瓶子里倒在桌子上，它们就能自己组成相应的计算单元，如果觉得运算能力还不够，只要再倒一些在桌子上就可以了。每一个组成的计算单元大小是量子级的，而且计算单元之间可以协同计算。如此强大的计算功能其造价又是如此的低。”

　　这些科学家还鼓励大家使用麻省理工大学在网上公布的免费资料来一起研究。为了更好地合作研究，麻省理工大学的实验室已经允许远程控制了，所以希望对此有兴趣的朋友访问一下麻省理工的主页，也许那个使科学家纸上的理论变为现实中的产品的人就是你！

　　DNA计算机功能强大、用途广

　　科学家表示，虽然目前的DNA计算机还不具有商业运用的价值，但是其强大的并行运算能力和以生物分子为计算物质的特征是传统的电子计算机所不具备的。

　　由于这一计算机系统具有双向平行的多路电路结构，最适合处理最优化问题。

　　比如，你要旅行许多国家，最好的旅行路线是什么？回答这样的问题要经过非常复杂的计算，要很大的计算能力才能完成。

　　科学家表示，在不久的将来，DNA计算机最终将会用于纳米晶体管、纳米电路和纳米芯片的模板，可被用来开发新一代的基因分型技术，处理基因组的信息，或用注入到人体内的DNA计算机进行基因治疗，以帮助身体如骨头的缝合与康复。

　　根据现有的进度，科学家将其产品化时间保守的定为10年。不过，人类的力量是伟大的，也许这个时间将会大大缩短！

来源: 北京科技报

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计算机之所以和算盘不一样,本质的区别不是速度快(那只是它的优势,不是本质区别.)
而是通用性,实际的DNA计算可以做某一个具体应用,但目前能做通用计算吗?不能的话,
就还只能是计算器(computing mechine),而并不是计算机(computer).

DNA计算机改变了硬件,软件怎末实现?系统如何设计?靠怎样的控制机制保证它的
通用处理能力?物理过程改成了生化过程,逻辑层面呢?如采用传统控制思路,怎样保
证其生物学实现?如采用不同的控制思路,那又是什末?

无论如何,这里人为的设计是很复杂的,否则,几个DNA自己是不可能知道对
通用问题怎样求解的,在生物界,目前唯一能做到这一点的是大脑,它不是人设计的.

DNA计算机算法理论和经典的比会有哪些变化,基于DNA算法的计算机程序又该怎样实现呢?

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碱基实现，基因的数学（包括进位制规则）

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楼上说的是,碱基实现,不过这个是微观和底层,就象有了二进制,有了电子管,还远不是计算机.

我相信,DNA计算机也是要分层的,不可能把无数的四进制单元直接组合成一台计算机.

碱基是程序的生物载体,它们怎样组织,来完成它们在计算机中的逻辑功能?

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需要信息运算，超越数字运算，另类运算

以下是引用zhaoming在2005-4-26 15:46:47的发言：
楼上说的是,碱基实现,不过这个是微观和底层,就象有了二进制,有了电子管,还远不是计算机.
我相信,DNA计算机也是要分层的,不可能把无数的四进制单元直接组合成一台计算机.
碱基是程序的生物载体,它们怎样组织,来完成它们在计算机中的逻辑功能?

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本人对此看法抱悲观态度，这些消息也是说说而已，也有说光计算机将取代电子计算机，
光网络取代现在的网络（这个可能性大一些）。只是专业人士的设想而已。我们这辈子恐怕看不到了。

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信息的数理新定义与广义信息运算

邓宇等
清华大学第一附属医院 100016

关键词信息定义信息定序信息的化学变化语义定序语义信息

Shannon的经典信息理论对信息统计的定义、信息量的计算是纯数字、数量比特的运算，对语义确爱莫难助。属于两难：一是信息定义没有语义属性的本质的表述；再一就是语义、属性信息数理的比较定量（定序=定量）的疑难。在先期我们新给出的信息属性语义类定义之后又尝试给出该定义的数理表述及运算。

1. 信息新定义
根据我们新提出的信息实质新定义[]：信息是事物现象（事体、事件）属性标识的集合。可以给出信息数理新定义。
信息数理定义：若事体T(事物现象)有属性
          A={a1,a2,…,ana}，
且属性的标识，或属性可标记为
          S={s1,s2,….,sns}，
则集合
          M={m1,m2,…,mn}，
被称为是事体T的信息（集合）。
这属性是广义的属性，比如包括该事物现象的组分特性C、关系特性R、规律特点L等。事件，属性、标记、信息间有
映射A®S，S®M；映象  M®S，S®A。
其属性语义数理定义的推出，及相应信息演算的信息质的运算，信息数的计算。广义信息运算。

2. 信息运算：是信息的信息运算或信息的语义运算。还有信息的符号运算。类似集合的代数运算，部分矩阵的运算方式。符号演算，语义运算（信息的化学变化），有信息运算的定义，由两个信息集A，B和另一个信息集C。
定义：一个A☻B到C的映射（反应）叫做一个A☻B到C的信息运算。
A☻B，运算符a☺b. åA☻B=åC，åa☺b=åc.
通式，åA=åB。有物理性的运算，如合成，还有化学性的运算，如化合，即信息的化学变化。
描写信息运算的符号，因信息有人性化和语义的内涵，故选择人性化的笑脸☺做他的运算演算符号，传统的映射表示为
☺：  (a,b)→c=☺(a,b)
☺(a,b)完全是一个符号，简便化后写成，a☺b,而不写成☺(a,b)
    ☺:   (a,b)→c=a☺b

2.1. 信息加法：相当于信息的合成或化合，既信息的创造。对于信息集A，B，C，AB，或信元a,b,c,ab,有信息加法
A+B=C
或A+B=AB,a+b=c,a+b=ab。一般情况下，C=AB，c=ab,属于语义或信息的化学合成，或信息语义的集成性创造、二次创新、增量创新。在信息或语义的原始创新下，常常有C>AB,c>ab,的源头创新、一次创新，既信息语义创造的首次创造或首次发现。如，信息+化学变化=信息的化学变化，化学+信息=化学信息，信息的化学变化≠化学信息，比物质的化学信息更广义。通常a☺b≠b☺a，特殊情况下也有a☺b=b☺a；事或物质的属性+标识=信息，事或物质的属性+标识≠物质！信息的算术（加法）创造。
对集合是加，对集合中的元素是排列组合样的加法，即信息集中，行矩阵与列矩阵信元相乘的积。
2.2. 信息减法：
C－A=B,
或AB－A=B,C－B=A,c-a=b,c-b=a,ab-a=b,ab-b=a, AB－B=A类似信息化学变化的消元，分解，复分解法等。特别的，信息减法的创造C－A=c，C∩(AB)’=C，C∩A’=C，(AB)’ 是AB的非、补集。A’，A的补集。C是信息的创造集或意外集，是出乎AB集意料之外的新的创意、创造、创新集。

2.3. 信息乘法（除法），放大，缩微。信息数字乘法。矩阵乘法AB={}其中，列矩阵与行矩阵的积。从符号元角度，意外新奇变化不多，其语义会有奇异的变换，生成。信息的指数运算。数字信息乘，信息信息乘。k×M，A☻B=A×B。信息的数字乘，往往是信息信号的放大，或拷贝复制，是物理性的扩大，无信息语义的本质变化，理论上说。若噪音巨长，可以改变原信息、语义，出错误的奇异的变种信息。信息的信息乘有信息自身或语义的新扩张，即信息或语义的几何创造，爆炸创新。
2.4. 信息数字除
信息乘法的逆运算，有数字除，信息除。信息的数字除，是物理性的信息信号、符号的缩小，语义不变。化学样的信息转导（乘法里也有），基因信息的遗传，与表达。缩微映象。
2.5. 信息的逆，信息的补，超补——创新集Ac
信元a有单位元e，及a的逆a-1，有a-1a=e。在信息的全集合中有，1-A=A’,特别的信息集又有1-(A+A’)=Ac，称A’是A的补集；Ac是全集（A+A’）的超级补集，不妨称为创新集。

见《中华医药杂志》将发表的“信息的化学变化：广义信息间的化学样反应（模式）”。

3. 语义定序定量：语义定量难度，语义定量的停止，广义信息论的桎梏。同义息、近义息、反义息（同义词、反义词、近义词）。升序，或降序的排列定序（定量），序权重、序编号。语义上的次序。语义秩，秩参量。语义度量。
4. 信息集的运算（信元运算）
物质的化学变化：是物质的分子组成、性质（分子）结构、等方面发生的变化。化学反应：物质发生化学变化而产生性质、成分、结构与原来不同的新物质的过程。化合：两种或多种（两种以上）物质经过化学反应而形成的新的物质。信息式：用信息符号表示各种信息的信息元组成的式子。物理变化：物质只改变形态不改变化学成分的变化。
5. 信息的化学变化：是有新信息创造或新语义产生的变化。即信息的内容、内涵、语义（元）、标识等发生的本质（根本）变化。信息的物理变化：信息的形式发生改变，但信息的内容、内涵、语义等没有发生变化的变化。信息的化合：两种或多种信息经过信息的化学样反应而形成新的信息。不确定度的减少。信息的合成，有物理合成，和化学合成（化合）两种。物理合成就是两或多种信息（语义）的简单加和、组合、合并，其内容、语义、标记无本质变化，即与原信息无根本的超越和区别，A+B=C=AB，即1+1=2，而不是1+1=3。信息的化学合成，简称信息化合：两种或多种（两种以上）信息经过化学样反应而形成的新的信息。A+B=C≠AB，即1+1=3的新、离奇创造。

参考文献
1. 张禾瑞，近世代数基础，高等教育出版社，1991。
2. 张家龙，公理学、元数学与哲学，上海人民出版社，1983。
3. 邓宇，信息守恒律与信息实质定义，中华医学荟萃杂志，
4. 邓宇，中医气广义量子波，数理医药学杂志，
5. 邓宇，生物-非生物界的信息守恒律与超大双循环世界图景，数理医药学杂志。

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以下是引用luantan100在2005-5-10 8:50:18的发言：
需要信息运算，超越数字运算，另类运算

[quote]以下是引用zhaoming在2005-4-26 15:46:47的发言：
楼上说的是,碱基实现,不过这个是微观和底层,就象有了二进制,有了电子管,还远不是计算机.

我相信,DNA计算机也是要分层的,不可能把无数的四进制单元直接组合成一台计算机.

碱基是程序的生物载体,它们怎样组织,来完成它们在计算机中的逻辑功能?
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