專利名稱：：一種基于dna自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)密碼和生物
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種基于DNA(Deoxyribonucleicacid,脫氧核糖核酸)自組裝計(jì)算破譯公鑰密碼RSA系統(tǒng)的大數(shù)分解的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：信息算法似乎是生物組織和處理的核心，小到基因信息的存儲和復(fù)制，大到由神經(jīng)系統(tǒng)執(zhí)行的復(fù)雜計(jì)算過程。就像人類科技用電子微處理器控制電子機(jī)制設(shè)計(jì)，生物組織也是用生化電路控制分子和化學(xué)事件的發(fā)生。生化電路中的(工程學(xué))操作和規(guī)劃將使得依賴于化學(xué)和納米構(gòu)造的材料的工業(yè)發(fā)生變革。盡管生化電路構(gòu)造自分子生物誕生至今依舊處于理論開發(fā)階段，有關(guān)生化算法的能力和可能的設(shè)計(jì)正在如火如荼的發(fā)展。在盡可能精細(xì)的尺度上控制物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是化學(xué)，材料科學(xué)和納米技術(shù)的一個主要目標(biāo)。一般地，現(xiàn)代密碼的安全性建立在以目前的計(jì)算能力搜索密鑰不可行的基礎(chǔ)上。而使用各種方式搜索密鑰、破譯密碼是關(guān)系到國家安全的重要內(nèi)容。RSA(以發(fā)明者RonRivest.AdiShamir和LeonardAdleman命名)是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現(xiàn)在已近二十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸為人們接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。RSA的安全性依賴于大數(shù)的因子分解，大數(shù)分解需要的計(jì)算量是現(xiàn)代公鑰密碼體系RSA算法的安全基礎(chǔ)，目前已有的大數(shù)分解方法都是建立在電子計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的，受到電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算模式限制。為了解決復(fù)雜計(jì)算問題，探索新的計(jì)算模式，RSA以發(fā)明者之一Adleman博士首創(chuàng)了DNA計(jì)算。算法自組裝的思想就是源于DNA計(jì)算求解組合問題，DNA雜交反應(yīng)的可編程能力可以用于指導(dǎo)自組裝依據(jù)簡單的規(guī)則，以DNA分子為“數(shù)據(jù)”，以生物酶和生物操作為信息處理“工具”的DNA計(jì)算模型。在Adleman實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生組合優(yōu)化的第一步中，DNA分子表示所有可能的目標(biāo)圖，通過DNA雜交反應(yīng)的自組裝，基本思想是用一系列的分子唯一的表示圖的點(diǎn)和邊，并且控制哪個點(diǎn)和哪條邊相連，雜交反應(yīng)的每種可能序列，以任何順序同時發(fā)生，產(chǎn)生一個雙鏈DNA分子，生成一維聚合反應(yīng)包括可編程的黏貼反應(yīng)。隨后，許多學(xué)者在此領(lǐng)域內(nèi)做出了杰出的工作。DNA計(jì)算是對DNA序列通過可控的生化反應(yīng)來進(jìn)行信息處理。更確切地講，DNA計(jì)算機(jī)的基本原理是DNA序列之間通過可控的“特異性雜交”來進(jìn)行信息處理。分子自組裝代表了一種“自下而上的”制造高精度復(fù)合物的方法。這個方法可以分兩步實(shí)現(xiàn)首先，通過合成化學(xué)的方法構(gòu)造出單個的分子；然后，把單個分子組裝成大的結(jié)構(gòu)。DNA分子由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和特有的分子間相互作用特性(Watson-Crick互補(bǔ)規(guī)則)，尤其適合于充當(dāng)自組裝的材料合成出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。Winfree設(shè)計(jì)二維晶體的方法是源于數(shù)學(xué)上的tiling理論——設(shè)計(jì)可編程相互作用的矩形模塊(稱為Wangtiles)，通過模塊的自組裝來模擬圖靈機(jī)的運(yùn)行，Wangtiles的規(guī)則如下想要的結(jié)構(gòu)是由一組帶有彩邊的tiles拼接而成的；只有顏色相同的邊才能靠在一起。作為一個DNA分子Wangtiles的初始展示，Winfree選擇了用DX模塊組合形成帶有周期性條紋的結(jié)構(gòu)，不同的DX模塊之間的拼接是通過粘性末端的匹配來實(shí)現(xiàn)的。Winfree在理論上提出了二維DNA自組裝是可以用來實(shí)現(xiàn)Wangtile理論的，因此是具有圖靈完全運(yùn)算能力的計(jì)算模型。在實(shí)驗(yàn)上，Winfree首次證實(shí)了用DX模塊進(jìn)行DNA自組裝是可行的。2000年，LaBean等在JACS上發(fā)表文章，構(gòu)造出幾種DNA鏈纏繞成三排的自組裝模塊，統(tǒng)稱為TX模塊。雖然Winfree和Rothemund已經(jīng)用DX模塊組裝出了大規(guī)模的二維和三維結(jié)構(gòu)，但是DNA納米技術(shù)和DNA計(jì)算領(lǐng)域都需要有更多的DNA自組裝模塊以供選擇。LaBean的TX模塊，其命名是相對于DX模塊而言的。由于DX表示兩個邊對邊的雙螺旋組成的自組裝模塊，故用TX表示三個邊對邊的雙螺旋組成的自組裝模塊。TX模塊的價值在于(1)TX中含有參與形成3個雙螺旋的DNA鏈，這些鏈可以在DNA計(jì)算中充當(dāng)報告鏈；(2)TX組裝成的二維格子結(jié)構(gòu)上是有縫隙的，為容納溶液中的其它分子提供了空間；(3)TX為納米機(jī)械裝置提供了大的位移量(TX的IOnm>DX的6nm)。該研究證實(shí)了TX模塊是一種非常穩(wěn)定的新的DNA自組裝模塊。TX模塊也被成功的應(yīng)用于分子計(jì)算領(lǐng)域，例如加法運(yùn)算禾口XOR運(yùn)算中。理論上，DNA自組裝計(jì)算模型由于其巨大的并行性，在解決困難的NP-完全問題上優(yōu)于電子計(jì)算機(jī)。因而，目前已經(jīng)建立了不少用于求解NP-完全問題的DNA自組裝計(jì)算模型，且大部分給出了相應(yīng)的生化實(shí)驗(yàn)。由于DNA自組裝計(jì)算模式在解決復(fù)雜計(jì)算問題上具有的獨(dú)特優(yōu)勢，該運(yùn)算模式也開始應(yīng)用于信息安全特別是大數(shù)分解領(lǐng)域。但是，要研制出具有實(shí)用性的DNA計(jì)算機(jī)，需要克服當(dāng)前DNA計(jì)算研制中所遇到的種種困難，特別是“解空間指數(shù)爆炸問題”(即隨著問題規(guī)模的增大，所需要的DNA分子量呈指數(shù)上升)、解的檢測問題等。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例要解決的問題是提供一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法和系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中隨著問題規(guī)模的增大，所需要的DNA分子量呈指數(shù)上升的缺陷。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟基于DNA自組裝技術(shù)構(gòu)建分解整數(shù)的邏輯運(yùn)算架構(gòu)；形成初始的運(yùn)算TILE，包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，控制溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；解的檢測，尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。其中，待分解的大整數(shù)是兩個大素?cái)?shù)的乘積，大整數(shù)的半數(shù)低位信息用于確定滿足多種素?cái)?shù)對，整數(shù)的半數(shù)高位信息用于檢測在多個素?cái)?shù)對中的最終的分解。其中，兩個素?cái)?shù)的位數(shù)與大整數(shù)相同，其半數(shù)高位的數(shù)值為零，半數(shù)低位的信息根據(jù)運(yùn)算結(jié)構(gòu)確定。其中，根據(jù)DNA自組裝計(jì)算分解大整數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建整體的邏輯運(yùn)算圖。其中，根據(jù)整體的邏輯運(yùn)算圖，設(shè)計(jì)基本運(yùn)算TILE單元，用于執(zhí)行邏輯運(yùn)算圖中的運(yùn)算功能。其中，根據(jù)DNA自組裝的生化反應(yīng)特點(diǎn)，將溶液控制在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，以降低TILE的錯配率。本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案還提供一種DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括起始單元，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的大整數(shù)分解的整體邏輯運(yùn)算框架，由已知的大整數(shù)出發(fā)，形成一個初始框架，其中包含了待分解大整數(shù)的所有位置的信息；運(yùn)算單元，用于根據(jù)兩個數(shù)的乘法運(yùn)算法則，對逐位運(yùn)算的0-1序列進(jìn)行編碼；數(shù)據(jù)傳輸單元，用于對先前參與運(yùn)算的比特信息通過一定的數(shù)據(jù)傳遞方式，逐步傳遞到合適的位置，從而保證整個運(yùn)算的連貫性；報告鏈提取單元，用于尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，并根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。其中，所述運(yùn)算單元包括輸入模塊，所述輸入模塊包括即將參與運(yùn)算的三類TILE，所述TILE包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；輸出模塊，用于讀取所述運(yùn)算單元輸出的待著色圖的頂點(diǎn)著色方案集合。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明有機(jī)地將優(yōu)化計(jì)算方法、DNA序列的編碼、各種生化操作、解的檢測問題與解空間規(guī)模等有機(jī)地結(jié)合起來，提高了分解大整數(shù)的求解效率。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所用到的基本TILE單元以及抽象結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所用到的所有運(yùn)算單元示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的數(shù)據(jù)傳輸TILE示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的起始TILE示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中的起始運(yùn)算框架示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中的分解大數(shù)的DNA自組裝第一步示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例中的成功分解大數(shù)的DNA自組裝最終示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例中的一個實(shí)例的示意圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例中的錯誤分解的例子；圖11為本發(fā)明實(shí)施例中的錯誤分解的例子續(xù)；圖12為本發(fā)明實(shí)施例的一種DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實(shí)施例的一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法如圖1所示，為避免現(xiàn)有分解大數(shù)的DNA自組裝方法中任意找兩個數(shù)相乘，然后比較其結(jié)果是否等于待分解的大數(shù)的這種盲目性，本發(fā)明實(shí)施例采用有選擇的逐位刪除非解的非枚舉型DNA自組裝計(jì)算優(yōu)化模型。參照圖1，本實(shí)施例包括以下步驟步驟SlOl，基于DNA自組裝技術(shù)構(gòu)建分解整數(shù)的邏輯運(yùn)算架構(gòu)；步驟sl02，形成初始的運(yùn)算TILE，包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；步驟sl03，在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，控制溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；步驟sl04，解的檢測，尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。本發(fā)明實(shí)施例給出的逐位刪除非解的非枚舉型DNA自組裝計(jì)算優(yōu)化模型中，利用生物計(jì)算的高度并行性以及海量的存儲能力，從理論上建立了在DNATILE層面上可以分解任意位數(shù)的大整數(shù)的模型。相對現(xiàn)有的一些分解大數(shù)的DNA計(jì)算模型而言，本方法具有以下特點(diǎn)只需構(gòu)建一種初始框架，該框架巧妙的將待分解的大數(shù)的每一位信息嵌套其中，由于分子自組裝具有自下向上的生長特點(diǎn)，大數(shù)將從低位到高位逐位行使判斷個功能，一旦遇到不滿足條件的數(shù)對，該自組裝系統(tǒng)將被中止。此特點(diǎn)有效的節(jié)省了溶液中資源的不必要的浪費(fèi)，有效的避免了盲目的自組裝過程。下面結(jié)合附圖，以對如表1所示的2η位的大整數(shù)為例詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>第一步、基于DNA自組裝技術(shù)構(gòu)建分解整數(shù)的邏輯運(yùn)算架構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例分解整數(shù)N，因?yàn)槿我馄鏀?shù)位數(shù)的數(shù)原則上都可以通過將最高位前面補(bǔ)零，從而將其轉(zhuǎn)換成偶數(shù)位數(shù)的數(shù)。所以不失一般性，設(shè)待分解的整數(shù)N的表達(dá)式如下N=N2lriN2lrfN2l^…N3N2N1Nci，現(xiàn)在的目的是尋找它的兩個素因子ρ和q，設(shè)其表達(dá)式分別為Pn-iPn-2PnV··P3P2PiPO和qn-iqn-2qn-3···%%%(!。。根據(jù)乘法法則，根據(jù)Ν的低η位的信息就足以確定出P和q，但是這樣的P和q組合可能有許多種，到底哪一對才是N最終的因子，還需要用N剩下的一半信息來檢測。為了方便DNA自組裝繼續(xù)生長，以完成整個分解運(yùn)算，這里我們采用一個小小的技巧，即假設(shè)P和q也都是2η位的數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，只需要在兩個數(shù)的最高位分別補(bǔ)上η個0，即ρ=P2lriP2nVPnVP2P1I,q=Q2lriq2n-2…qn_r"Q2Q1I，其中P2lri=p2n_2=…=pn=0，q2n_!=q2n_2=…=qn=0。正如在表1中所示，我們所需要的所有信息都表示出來，從這個乘法表的右邊往左邊看，它用來與Ni比較的信息是逐位增加的，這一點(diǎn)恰恰符合DNA自組裝的特點(diǎn)。第二步、形成運(yùn)算TILE，包括起始TILE，計(jì)算TILE，以及數(shù)據(jù)傳遞TILE；由于DX表示兩個邊對邊的雙螺旋組成的自組裝模塊，故用TX表示三個邊對邊的雙螺旋組成的自組裝模塊。TX模塊的價值在于(I)TX中含有參與形成3個雙螺旋的DNA鏈，這些鏈可以在DNA計(jì)算中充當(dāng)報告鏈；(2)TX組裝成的二維格子結(jié)構(gòu)上是有縫隙的，為容納溶液中的其它分子提供了空間；(3)TX為納米機(jī)械裝置提供了大的位移量(TX的IOnm>DX的6nm)。該研究證實(shí)了TX模塊是一種非常穩(wěn)定的新的DNA自組裝模塊。TX模塊也被成功的應(yīng)用于分子計(jì)算領(lǐng)域，本發(fā)明考慮到TX模塊的這些優(yōu)點(diǎn)，將其作為運(yùn)算的基本組成單元，其結(jié)構(gòu)如圖2左邊所示，為了方便討論，我們將其抽象成右邊的方塊，四個角上的字母代表TX模塊的四個黏貼末端，我們將根據(jù)運(yùn)算的需要對其做特異性的編碼，從而使其能夠引導(dǎo)DNATILE做特異性的自組裝，這個組裝的過程也就是分解大數(shù)N的過程。本發(fā)明中關(guān)鍵的部分就在于運(yùn)算TILE的設(shè)計(jì)，圖3給出了所有運(yùn)算TILE的類型。如圖4(b)所示，該運(yùn)算TILE中間的“Pi+qi”形式上表示數(shù)對(Pi,Qi)做加法，編碼時，用代表限制性酶切位點(diǎn)的序列BamHI(GGATCC)，EcoRI(GAATTC)，HindIII(AAGCTT)，SalI(GTCGAC)分別代表(Pi,Qi)的四種組合(1,1),(1,0),(0，1)和(0,0)。其中Xil和an的運(yùn)算規(guī)則遵循以下兩個函數(shù)，即F1和F2,Xil=F1(piqiBi^ljl),an=F2(Pi,qi;Bi^ia).對于函數(shù)F1和F2共有8種輸入，兩個函數(shù)的具體映射關(guān)系如下F1(LLl)=1，F(xiàn)1(LLO)=0，F(xiàn)1(LOjO)=1，F(xiàn)^LO,1)=0，F(xiàn)1(0,0,1)=1，F(xiàn)1(0,0,0)=0，F(xiàn)1(0,1,0)=1,F1(0,1,1)=0.F2(1,1，1)=1，F(xiàn)2(1,1,0)=1，F(xiàn)2(1,0,0)=0，F(xiàn)2(1，0，1)=1，F(xiàn)2(0，0，1)=0,F2(0,0,0)=0，F(xiàn)2(0，1，0)=0，F(xiàn)2(0，1，1)=1·圖3(a)可以視作(b)的一種特殊情況，即ai_ia為0的情況。圖3(C)給出了另外一種運(yùn)算法則，xi+J,k+1和ai+j,k+1遵循下列運(yùn)算規(guī)則，xi+J,k+1=F3(Pi,qj,xi+J,k,ai+J_ljk+1)，ai+J,k+1=F4(piqj;xi+J,k，ai+J_ljk+1)。命使得F3=1，F(xiàn)4=1成立的四元序列所組成的集合分別為《,實(shí),使得F3=OjF4.=O成立的四元序列所組成的集合分別為對，劣，則有S；={(1,1,1,1),(1,1,0,0),(1,0,1,0),(1,0,0,1),(0,0,1,0),(0,0,0,1),(0,1,1,0),(0,1,0,1)}，實(shí)={(1,1,1,1),(1,1,1,0),(1,1,0,1),(1,0,1,1),(0,0,1,1),(0,1,1,1)},S10={(1,1,1，0),(1,1，0,1)，(1，0，1,1),(1,0,0，0),(0,0，1，1),(0,0,0，0),(0，1,1，1)，(0,1，0,0)},S02={(1,1,0,0),(1,0,1,0)，(1,0,0,0),(1,0，0,1)，(0,0,1，0),(0，0,0,0)，(0,0，0,1),(0,1,1,0),(0,1,0,1),(0,1,0,0)}.圖4中的TILE單元主要起著連接的作用，將運(yùn)算結(jié)果從下方往上方傳遞。圖5中的TILE用來搭建起始框架，用于TILE自組裝實(shí)現(xiàn)大數(shù)分解。第三步、給出一定的實(shí)驗(yàn)條件，將所有的運(yùn)算單元置于其中，控制溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；圖6表示自組裝的起始框架，圖7表示自組裝的第一步，圖7表示大數(shù)N被分解的最終情形。其中所用到的基本TILE類型總共為78個，不隨待分解的整數(shù)的規(guī)模增大，這一點(diǎn)恰恰與傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)分解大數(shù)的計(jì)算模式形成鮮明對比，這也正是本發(fā)明的優(yōu)勢之一。其次，對于一個2η位的待分解大數(shù)而言，DNA自組裝總共需要m=4(2n_l)-2=8n-6=0(n)步就能最終得到N的兩個因子。圖9為一個具體的實(shí)例，演示了用DNA自組裝將整數(shù)143分解成11和13的乘積。圖10以及圖11分別表示分解錯誤的情況，一旦一組數(shù)對不滿足，整個自組裝就會呈現(xiàn)出不完整的組裝，這也是DNA自組裝排除非解的過程。第四步、解的檢測，尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。正如圖8所示，一條紅色的DNA單鏈貫穿了所有的TILE"P^qi”，自組裝的最后，就是尋找出形如圖8的自組裝結(jié)構(gòu)，在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，提取其中紅色的報告鏈，就能最終讀取N的兩個因子的數(shù)值。本發(fā)明的一種DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)如圖12所示，所述系統(tǒng)包括起始單元，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的大整數(shù)分解的整體邏輯運(yùn)算框架，由已知的大整數(shù)出發(fā)，形成一個初始框架，其中包含了待分解大整數(shù)的所有位置的信息。運(yùn)算單元，用于根據(jù)兩個數(shù)的乘法運(yùn)算法則，對逐位運(yùn)算的0-1序列進(jìn)行編碼，大致包括4種運(yùn)算方式，分別記作4種函數(shù)，函數(shù)的輸入是0-1序列，通過一定的映射關(guān)系，對應(yīng)于每一組輸入可以得到唯一一種輸出；這四種函數(shù)的主要功能在于完成加法運(yùn)算和進(jìn)位運(yùn)算；所述運(yùn)算單元包括輸入模塊和輸出模塊，所述輸入模塊包括即將參與運(yùn)算的三類TILE，所述TILE包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；所述輸出模塊用于讀取所述運(yùn)算單元輸出的待著色圖的頂點(diǎn)著色方案集合。數(shù)據(jù)傳輸單元，因?yàn)榛贒NA自組裝的分解大數(shù)系統(tǒng)的整體邏輯運(yùn)算圖的特征，對于先前參與運(yùn)算的比特信息有必要通過一定的數(shù)據(jù)傳遞方式，逐步傳遞到合適的位置，從而保證整個運(yùn)算的連貫性。報告鏈提取單元，用于尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，并根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果；整個運(yùn)算的最終結(jié)果，即我們需要的分解出來的兩個因子的信息主要集中在一條彼此相連的報告鏈上，通過變性等生化操作，可以提取出該報告鏈，進(jìn)而讀取其上的比特信息，從而尋找出大數(shù)的兩個因子。本實(shí)施例將待分解的大整數(shù)每一位的信息按照從低到高的順序融入到初始框架中，經(jīng)過運(yùn)算系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)交替出現(xiàn)，并結(jié)合DNA自組裝計(jì)算的并行性，利用TILE黏貼末端的特異互補(bǔ)性，逐位獲得滿足乘積等于待分解整數(shù)的數(shù)對，而且隨時可以排查掉不滿足的數(shù)對。該方法有機(jī)地將優(yōu)化計(jì)算方法、DNA序列的編碼、各種生化操作、解的檢測問題與解空間規(guī)模等有機(jī)地結(jié)合起來，提高了分解大整數(shù)的求解效率以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟基于DNA自組裝技術(shù)構(gòu)建分解整數(shù)的邏輯運(yùn)算架構(gòu)；形成初始的運(yùn)算TILE，包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，控制溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；解的檢測，尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。2.如權(quán)利要求1所述的基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，待分解的大整數(shù)是兩個大素?cái)?shù)的乘積，大整數(shù)的半數(shù)低位信息用于確定滿足多種素?cái)?shù)對，整數(shù)的半數(shù)高位信息用于檢測在多個素?cái)?shù)對中的最終的分解。3.如權(quán)利要求2所述的基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，兩個素?cái)?shù)的位數(shù)與大整數(shù)相同，其半數(shù)高位的數(shù)值為零，半數(shù)低位的信息根據(jù)運(yùn)算結(jié)構(gòu)確定。4.如權(quán)利要求3所述的基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，根據(jù)DNA自組裝計(jì)算分解大整數(shù)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)建整體的邏輯運(yùn)算圖。5.如權(quán)利要求4所述的基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，根據(jù)所述整體的邏輯運(yùn)算圖，設(shè)計(jì)基本運(yùn)算TILE單元，所述基本運(yùn)算TILE單元用于執(zhí)行邏輯運(yùn)算圖中的運(yùn)算功能。6.如權(quán)利要求1所述的基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，其特征在于，根據(jù)DNA自組裝的生化反應(yīng)特點(diǎn)，將溶液控制在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，以降低TILE的錯配率。7.—種DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括起始單元，用于根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的大整數(shù)分解的整體邏輯運(yùn)算框架，由已知的大整數(shù)出發(fā)，形成一個初始框架，其中包含了待分解大整數(shù)的所有位置的信息；運(yùn)算單元，用于根據(jù)兩個數(shù)的乘法運(yùn)算法則，對逐位運(yùn)算的0-1序列進(jìn)行編碼；數(shù)據(jù)傳輸單元，用于對先前參與運(yùn)算的比特信息通過一定的數(shù)據(jù)傳遞方式，逐步傳遞到合適的位置，從而保證整個運(yùn)算的連貫性；報告鏈提取單元，用于尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，并根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。8.如權(quán)利要求7所述的DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算單元包括輸入模塊，所述輸入模塊包括即將參與運(yùn)算的三類TILE，所述TILE包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；輸出模塊，用于讀取所述運(yùn)算單元輸出的待著色圖的頂點(diǎn)著色方案集合。全文摘要本發(fā)明公開了一種基于DNA自組裝計(jì)算的分解大整數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟基于DNA自組裝技術(shù)構(gòu)建分解整數(shù)的邏輯運(yùn)算架構(gòu)；形成初始的運(yùn)算TILE，包括起始TILE、計(jì)算TILE和數(shù)據(jù)傳遞TILE；在預(yù)先設(shè)定的實(shí)驗(yàn)條件下，控制溫度以及溶液的濃度，保證DNA自組裝順利完成組裝；解的檢測，尋找出運(yùn)算完整的自組裝結(jié)構(gòu)，分離并提取其中的報告鏈，根據(jù)編碼原則讀取結(jié)果。本發(fā)明還公開了一種DNA自組裝計(jì)算系統(tǒng)。本發(fā)明有機(jī)地將優(yōu)化計(jì)算方法、DNA序列的編碼、各種生化操作、解的檢測問題與解空間規(guī)模等有機(jī)地結(jié)合起來，提高了分解大整數(shù)的求解效率。文檔編號G06F19/00GK101814109SQ20091007828公開日2010年8月25日申請日期2009年2月24日優(yōu)先權(quán)日2009年2月24日發(fā)明者潘林強(qiáng),石曉龍,程珍,許進(jìn),陳智華,黃玉芳申請人:北京大學(xué)