專利名稱：一種基于dna計算模型的拉蒙賽圖的獲取方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機和生物技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于DNA (Deoxyribonucleic acid，脫氧核糖核酸)計算模型的Ramsey(拉蒙賽)圖的獲取方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
Ramsey數(shù)是指給定任意兩個正整數(shù)k、1，總存在一個最小的正整數(shù)r (k，1)，使得 任意r(k，1)個頂點的圖，或者含有k個頂點的團，或者含有1個頂點的獨立集。該最小的 正整數(shù) r(k，l)稱為關(guān)于(k，l)的 Ramsey 數(shù)。容易算出 r(l，l) =r(k，l) = l，r(2，l)= l，r(k，2) = k,r(k, 1)=『(1，10，其中1^，1)稱為經(jīng)典 Ramsey 數(shù)。上述的圖指有限、無向、簡單圖。設(shè)正整數(shù)m，n，ρ≥1，Ramsey (m，η)-圖是指既不 含m個頂點的團也不含η個頂點獨立集的圖；Ramsey (m，n，ρ)-圖是指階數(shù)為ρ的Ramsey (m， n)_ 圖。分別用 G(m，n)，G(m，n，p)表示所有 Ramsey (m，η)-圖，Ramsey (m，η，ρ)-圖的集合。 Ramsey數(shù)r(m，n)定義為不存在Ramsey (m，n，p)-圖的最小數(shù)ρ。目前已確定的經(jīng)典Ramsey 數(shù)有:r(3,3) =6，只有 1 個 Ramsey 圖；r (3，4) = 9，共有 3 個 Ramsey 圖；r (3，5) = 14，只 有 1 個 Ramsey 圖；r (3，6) =18，共有 191 個 Ramsey 圖；r (3，7) =23，共有 191 個 Ramsey 圖；r (3，8) =28，業(yè)已知道它有 430215 個 Ramsey 圖；r (3，9) = 36，只有 1 個 Ramsey 圖； r(4,4) = 18，只有 1 個 Ramsey 圖，r (4，5) = 25，業(yè)已發(fā)現(xiàn) 350904 個 Ramsey 圖(可能更 多)。目前已找至IJ 105個34階Ramsey (4，6)-圖，據(jù)推測35 40階Ramsey (4，6)-圖可 能存在。目前已找到656個42階Ramsey (5，5)-圖，可以推測43 49階Ramsey (5，5)-圖 可能存在。注意，每個Ramsey (5，5)-圖的補圖也是Ramsey (5，5)-圖。近來，電子計算機在求解Ramsey數(shù)問題的研究上起到了巨大的促進作用，如 Ramsey數(shù)r(3，8)和r(4，5)均是借助于電子計算機來完成的。但隨著問題規(guī)模的增大，如 r(3，10)至少需要從40個頂點的圖集中搜索是否存在Ramsey圖，而這個搜索次數(shù)理論上需 要約276°個圖，顯然電子計算機對此是無法實現(xiàn)的。這就迫使科學(xué)家在Ramsey數(shù)問題的研 究上另辟蹊徑。目前，DNA計算機的研究得到了長足的發(fā)展，業(yè)已建立了不少求解組合優(yōu)化中 NP-完全問題的DNA計算模型，但至今尚未見到關(guān)于求解Ramsey數(shù)這個組合數(shù)學(xué)領(lǐng)域困 難問題的DNA計算模型。在DNA計算機研究方面有一個消除解空間指數(shù)爆炸問題的新方 法(參見 Xu Jin, Qiang Xiaoli et al. A parallel type of DNA computing model for graph vertex coloring. Submitted to Journal of the ACM (Mar. 20, 2008)), ^^jtkSSiil 上建立了一個求解61個頂點圖的3-著色問題DNA計算模型并成功地進行了實驗，這標志 著DNA計算機不僅已經(jīng)具備了求解某些大規(guī)模信息處理的能力，而且也可以用于解決電子 計算機無法解決的問題了。借助于電子計算機在求解經(jīng)典Ramsey數(shù)模型的研究上，Mckay等人作出了杰出 的貢獻(參見 Mckay B D, Radziszowski S P. R(4,5) = 25. Journal of Graph Theory,1995，19 :309 322.禾口 Mckay B. D. , Zhang K. M. The Value of the Ramsey Number R(3, 8) · Journal of Graph Theory, 1992，16 99 105.)。他們所建立模型的基本思想是利用圖 的自同構(gòu)群來刪除同構(gòu)子圖，其具體做法是首先建立10個頂點所有非標定子圖的集合， 然后以這10個頂點非標定子圖的集合為基礎(chǔ)，進一步構(gòu)造所需要的圖集合。Mckay等人在進一步構(gòu)造所需的圖集合時，一般通過每次增加一個頂點來完成的。 但是，即就如此，一下子增加的非解也是很多，從而導(dǎo)致電子計算機在一定的范圍內(nèi)就無能 為力。這也就是目前利用電子計算機求解Ramsey數(shù)停滯不前的根本原因所在 。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法和系 統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中由于采用通過每次增加一個頂點的方法來構(gòu)造所需的圖集合，而造 成增加過多非解的缺陷。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲 取方法，所述方法包括以下步驟按照Δ -編碼方法對ρ-階Ramsey圖的邊序列進行編碼； 建立存儲庫；按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey圖。其中，所述Δ-編碼方法具體為對于具有P個頂點的圖G，令圖的頂點集V = V(G) =Iv1, V2,…，vp}，邊集E = {{Vi，VjI ；i, j e V, i ^ j}；編碼的序列，即邊的排列序列為 1,2,…，(^；其中1，2，…，Cg所表示的邊為圖G相鄰矩陣
ιr )
21
32 344 5 6
5 789 10
· · · · ·
c2p[cu+l C^1+2 C^1+3 ……c y中下三角陣依次從左到右、從上到下的次序。其中，所述建立存儲庫的步驟具體包括根據(jù)Ramsey數(shù)的可能規(guī)模確定編碼的數(shù) 目，并估算每個編碼的長度；根據(jù)雜交的類型確定DNA序列的約束條件；根據(jù)所述約束條件 建立算法模型，并確定DNA序列；由確定的DNA序列和雜交的類型確定探針。其中，所述按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey 圖的步驟中，包括從標定的所有P-階子圖集合Gp中刪除含有Km和Nn的子圖集合，具體為 從對應(yīng)的序列Lq中刪除對應(yīng)含有所有可能的構(gòu)成&對應(yīng)的邊集合對應(yīng)位，以及含有所有可 能的構(gòu)成Nn的所有邊的對應(yīng)位的序列集合。其中，所述刪除的步驟具體為構(gòu)造出含有可構(gòu)成m-階完全子圖Km的C；1個集合； 應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序列中的位置集合；構(gòu)造出含有可構(gòu)成Π-階完全空圖Nn的C〗個集合；應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序 列中的位置集合。其中，在所述按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey圖的步驟之后，還包括采用PCR、測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)獲取，所述系 統(tǒng)包括存儲單元，用于按照Δ -編碼方法對ρ-階Ramsey圖的邊序列進行編碼，并建立存 儲庫；運算單元，用于按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey 圖。
其中，所述系統(tǒng)還包括解的檢測單元，用于采用PCR、測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。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)點本發(fā)明通過對Ramsey圖的邊序列進行編碼的方法，提前刪除非解，使得非解空間 大大降低，減少了計算機的工作量。


圖1是本發(fā)明的一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法的流程圖；圖2是本發(fā)明的一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)獲取的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 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)明的一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法如圖1所示，包括以下步 驟步驟SlOl，按照Δ -編碼方法對ρ-階Ramsey圖的邊序列進行編碼。由于本發(fā)明 所采用信息處理的“數(shù)據(jù)”是線性DNA序列，因而必須將一個給定圖的全部信息在一個序列 中完整地反應(yīng)出來。眾所周知，用圖的頂點序列是不可能反應(yīng)出圖的完整的信息，而圖的邊 序列可完整地反應(yīng)出圖的信息。為了反應(yīng)出所有可能的ρ-階圖的信息，本發(fā)明針對P-階完全圖進行編碼。P-階 完全圖共有邊的數(shù)目是 因此，給定的編碼序列為1，2，…，C=。對于序列1，2，…，C=中每個元素與這條 邊1-1的對應(yīng)問題，本發(fā)明選擇Δ-編碼方法。具體方法如下對于具有P個頂點的圖G， 令圖的頂點集 V = V(G) = Iv1, v2，...，vp}，邊集 E= {{vi; VjI ；i, j G V，i 乒 j}。編碼的 序列，即邊的排列序列為1，2，…，C|。其中1，2，…，g所表示的邊為圖G相鄰矩陣 中下三角陣依次從左到右、從上到下的次序?，F(xiàn)在以ρ = 6為例給予說明V = Iv1, v2, v3, v4, v5, v6}，序列的長度為C62 =15 ,即 序列為1，2，…，15，其中，1 = Iv1, ν2}, 2 = Iv1, V31, 3 = {v2, v3} ,4 = Iv1, ν4}, 5 = {ν2, ν4} ,6 = {ν3, ν4} ,7 =(V1, V51,8 = {ν2, V51,9 = {ν3, V51,10 = {ν4, V51,11 = Iv1, ν6}, 12 = {ν2, ν6}, 13 = {ν3, ν6}，14 = {ν4, ν6}, 15 = {ν5, ν6}。這種編碼的特點是將碼分成了 ρ-1類，第i類中的邊的構(gòu)成是{Vl，Vi+1}，{v2，vi+1}， {v3, vi +1}, Ivi, vi+1},其中，i = 1,2, ...，ρ-1。按照這種編碼，長度為Cg的0-1序列集合與具有ρ個頂點的所有標定子圖構(gòu)成的
集合之間，通過映射
Jl 若可建立起1-1對應(yīng)的關(guān)系。也就是說，任意一個長度為Cj的0-1序列，通過(1)式 唯一對應(yīng)一個階數(shù)為P的標定圖；反過來，任意一個階數(shù)為P的標定圖唯一對應(yīng)于一個C的 0-1序列。步驟sl02，根據(jù)Ramsey數(shù)的可能規(guī)模確定編碼的數(shù)目，并估算每個編碼的長度。本發(fā)明針對邊序列Lq進行編碼。由上述方法所確定的邊序列中，每個位i用兩個 DNA序列來表示，分別記做η, b,，i = l,2,---,q = C2p(2)其中ri表示在第i位存在邊；而h則表示在第i位不存在邊。其實，這種編碼實 際上已經(jīng)給出了圖的相鄰矩陣的編碼。眾所周知，一個圖G可唯一地用一個相鄰矩陣A(G)來表示。對于一個簡單無向圖 而言，由于A(G)是對稱的，且主對角線上的元素全為0，故我們只需要下三角陣(或上三角 陣)即可，即若A = A(G) = (Bij)pxp為
an an a13 .·· Cilp^i alp
a2\ a22 a23 .·· a2p-l aIpA= an a32 a33 ■·· a3p_, aip
^aPl ap2 aP3 ··· aPP-X iVy則只需要其中的上三角陣中的數(shù)據(jù)即可a21a31 a32......apl ap2 Bp3-Bpp^1其中，/1若圖的頂點V,與、相鄰....” =|0否則’”力U=Uw (3)這些數(shù)據(jù)代表了圖的所有可能邊的位置信息。這就是說，一個長度為Cg的0-1序 列唯一地對應(yīng)一個標定圖，P個頂點的標定圖共有個。顯然，隨著P的增大，這是一個很 大的數(shù)字。若要從這么多圖集合中找出我們所需要Ramsey圖，即既不含Km，又不含Nn的 Ramsey數(shù)r(m，n)的一個圖，其搜索次數(shù)也是一個很大的數(shù)字，因而導(dǎo)致當今的電子計算機 幾乎無法涉入，而DNA計算機的優(yōu)勢卻逐漸顯露出來。本發(fā)明的編碼設(shè)計方案如下所示 顯然，在本模型中，具有ρ個頂點的圖需要的編碼數(shù)位為
(4)例如，當ρ = 40時，需要的編碼數(shù)為1560個。若每個編碼用長度為60bp來代表， 則其長度為60X780 = 46800bp。步驟sl03，根據(jù)雜交的類型確定DNA序列的約束條件。影響編碼的主要因素有化學(xué)自由能、溫度、生物酶、編碼的距離、DNA分子的組成 等。本發(fā)明主要考慮降低分子雜交時的非特異性來進行編碼，按照如下3個步驟進行其 一、弄清楚所編的碼所受到的各種約束條件；其二、在所確定的約束條件的基礎(chǔ)上，將約束 條件轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)學(xué)約束條件；其三、在約束條件的基礎(chǔ)上，給出編碼的具體算法，并編 出碼來。這里本發(fā)明根據(jù)一定的實驗條件，建立了利用該模型進行求解Ramsey數(shù)編碼的 約束條件1.所設(shè)計的每個編碼Xi都由20個堿基組成，其中A、T、G、C四種堿基隨機分布；2.所有編碼沒有超過4個A，4個T，4個C或4個G連續(xù)出現(xiàn)；3.任意編碼的GC含量在40 60%之間；4.任意兩條編碼沒有連續(xù)8個以上的堿基是相同的，也就是說，編碼的最小子串 為8;5.任意一條編碼自身不存在連續(xù)4個堿基的互補序列。步驟sl04，根據(jù)所述約束條件建立算法模型，并確定DNA序列。根據(jù)上述約束條件，本發(fā)明在此以某圖G的前65條邊為例給予說明。本發(fā)明用長度為20個堿基的寡核苷酸序列表示圖G中前65條邊的可能的著色，
記為Xi，Xi G Iri, bj, i = 1,2,…，65，它的Watson-Crick互補序列則用〒表示。對于每
個Xi, g所對應(yīng)的具體的寡核苷酸序列如表1所示。表1 r535'-gCACTCCCAATgTgTTATgA-3 ‘；535'-TCATAACACATTgggAgTgC-3'
b535'-AggCTCCATCTTgAgAACTg-3'b535 '-C AgTTCTC A Ag ATgg AgCCT-3'
r545'-gCTggCgACTACTATTTACg-3'r545'-CgTAAATAgTAgTCgCCAgC-3'
b545'-gCTCTCCCTTATggAATgAT-3，b545'-ATCATTCCATAAgggAgAgC-3'
r555'-CACTAAACAACgCAgggTTC-3'r555'-gAACCCTgCgTTgTTTAgTg-3' ~
b555 '-C AgC A ACC AC ATCggTgATA-3'b555 '-TATCACCgATgTggTTgCTg-3'
r565'-gACCTCCTgAAAgAgTACgA-3'r565'-TCgTACTCTTTCAggAggTC-3 ‘
b565'-gTCACCTgCTAggAggATTC-3'bS65'-gAATCCTCCTAgCAggTgAC-3'
r575'-gAgTCgTCggAgATAAggTT-3'r575'-AACCTTATCTCCgACgACTC-3'
b575'-gAATACCTgTgCTACCgAgT-3'b575'-ACTCggTAgCACAggTATTC-3'
r585'-ggATAgCgATTgACTgAACg-3'r585'-CgTTCAgTCAATCgCTATCC-3'
b585'-CTgAgTCCTTTgAgTAAgCC-3'b585'-ggCTTACTCAAAggACTCAg-3，
r595'-CAgATAgACTCCgCTgAggT-3 ‘r595'-ACCTCAgCggAgTCTATCTg-3'
b595'-gAgTTCCATTgTggCAgAAg-3'b595'-CTTCTgCCACAATggAACTC-3'
r605'-gCATTTCACAgTCTTCTCgC-3'r605 '-gCgAgAAgACTgTgA A ATgC-3'
b605'-CCAgACgATCTACgCTgATg-3'b605'-CATCAgCgTAgATCgTCTgg-3'
r615'-CAgTTACATTgAgCggAAgC-3'r615’-gCTTCCgCTCAATgTAACTg-3，
b615’-CAAgTATggCTCACATTCgT-3’b615'-ACgAATgTgAgCC ATACTTg-3'
r625 '-CAAACAggCgTCTCTTTATg-3'r625 '-C ATAAAgAgACgCCTgTTTg-3'
b625'-CAAgCAgCACgATgACTCTA-3'b625'-TAgAgTCATCgTgCTgCTTg-3'
r635'-gACTTgCTCTgCgTgAgATT-3，r635'-AATCTCACgC AgAgC AAgTC-3'
b635 '-gACATTgCTgAATCAgTggT-3'b635'-ACCACTgATTCAgCAATgTC-3'
r645'-gCTACTgCTAAgggTAATgC-3'r645'-gCATTACCCTTAgCAgTAgC-3'
b645'-gCACTgTATgACAggTCACg-3'b645'-CgTgACCTgTCATACAgTgC-3'
r655'-CgTTAggACCTgggATAATC-3'r6S5'-gATTATCCCAggTCCTAACg-3'
b65~5'-gATTACTCCACCCTCgTgTA-3'b655'-TACACgAgggTggAgTAATC-3'步驟S105，由確定的DNA序列和雜交的類型確定探針。為了構(gòu)建初始解空間，本發(fā)明根據(jù)所得到的編碼，按照如下的方法確定探針按照 圖的標定順序，用后一個DNA序列的后10個堿基與前一個DNA序列的前10個堿基組合成 長度為20bp的DNA序列，然后對每個序列反向取補。其中，所需要的探針分別如下
r,r2 ’ rxb2 ’ Zj1T2 , b}b2 ； r2r3 ’ r2b^ ’ b2r3 ’ b2b3 ； r3r4 ’ r3b4 , b3r4 ’ b3b4 ；
Vs，rA , V5 ’ b4b5 ； r5r6 , r5b6 , b5r6 , b5b6 ； r6r7，r6b7 , b6r7，b6b7 ■’r7rg , ^bi , bnr% , b7bs ·’ r8r9， rsb9 , b%rg , b&b9 ； r9r10 ’ r9bw , b9rl0 , b9bw ； rIorIi ’ rItAi ’ ^iorH， b1Qbu ； rnrn ’ rnbn， bnru， bnbn ； C13 ’ rnbn ’ bnr13，
辦 12 辦 13 ; ri3ri4 ’ ri3 辦 14 ’ 辦 13 Γ14 ’ 辦 13 辦 14 ； Γ14Γ15，， ^14 Γ15 ’ 辦 14 辦 15 ； Γ15Γ16 ’’ 步驟S106，按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和n_階完全空圖Nn的Ramsey 圖。該步驟包括從標定的所有P-階子圖集合Gp中刪除含有Km和Nn的子圖集合，具體為從 對應(yīng)的序列Lq中刪除對應(yīng)含有所有可能的構(gòu)成&對應(yīng)的邊集合對應(yīng)位，以及含有所有可能 的構(gòu)成Nn的所有邊的對應(yīng)位的序列集合。也就是說，需要刪除的次數(shù)是 本實施例中，Gp的頂點集合用{1，2，…，ρ}來代替Iv1, ν2，…，νρ}，并在此強調(diào)構(gòu) 成表示圖集合Gp的所有序列構(gòu)成的集合Lp的第i位用Ii表示，這里，i = 1，2，…，？ = g。總之，對于r(m，n)而言，需要實實在在地運行次，特別當m = η時，可設(shè)計 使運行次數(shù)為次。且刪除的步驟具體為首先構(gòu)造出含有可構(gòu)成m-階完全子圖KmWC^ 個集合；然后應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序列中的位置集合；再構(gòu)造出含有可構(gòu)成η-階完全空圖Nn的個集合；最后應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序列中的位置集合。步驟s 107，采用PCR、測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。本發(fā)明的一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)獲取如圖2所示，包括存儲單 元21、運算單元22和解的檢測單元23。其中運算單元22分別與存儲單元21和解的檢測 單元23連接。 存儲單元21用于按照Δ -編碼方法對ρ-階Ramsey圖的邊序列進行編碼，并建立 存儲庫；存儲單元21重點研究編碼與DNA分子的合成，本實施例只給出基本型編碼問題。運 算單元22用于按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey圖，本 實施例通過采用可定量信息處理的PCR技術(shù)來實現(xiàn)運算。解的檢測單元23用于采用PCR、 測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。存儲單元21中按照Δ -編碼方法對ρ-階Ramsey圖的邊序列進行編碼，并建立存 儲庫的過程在步驟SlOl sl05中已經(jīng)說明，下面對運算單元22和解的檢測單元23的建 立過程進行說明。一、建立運算單元22步驟1、建立初始解空間建立的方法可用電子計算機來實現(xiàn)首步，也可直接用DNA分子的合成與刪除方法 進行，本發(fā)明以擬完成的r(5，5)圖為例說明，假設(shè)要找具有6個頂點，既不含K5又不含N5 的所有子圖，有兩種方法，第一種方法是用電子計算機將既不含K5又不含N5所有子圖對應(yīng) 的0-1序列找到，然后將每個0-1序列用DNA分子合成即可，這種方法用電子計算機所耗時 間幾乎是不考慮的，但是電子計算機算出的標定的6-階不含K5且不含N5的圖共有25600 個，這個數(shù)字要合成是很麻煩的！事實上，本發(fā)明在具體操作中只選擇其中的若干個。第二種方法，即用生物技術(shù)來建立數(shù)據(jù)庫。即采用DNA自動合成儀合成初始ρ-階 子圖數(shù)據(jù)庫。目前，固相亞磷酸酰胺法是絕大部分DNA自動合成儀所使用的方法，其原理與 步驟如下首先將欲合成的寡核苷酸鏈3'末端核苷(Ni)與固相載體偶聯(lián)，m的5'-羥基 用二甲氧基三苯甲基保護。然后從m開始逐步地接長寡核苷酸鏈。ι個合成循環(huán)包括4 步，即保護、偶聯(lián)、加帽和氧化反應(yīng)。每完成ι輪循環(huán)，接長ι個核苷酸。接長的鏈始終被固 定在不溶的固相載體上，過量的未反應(yīng)物或分解物則通過過濾或洗滌除去。當整個鏈達到 預(yù)定的長度后，從固相載體上切下，脫去保護基，并經(jīng)過分離純化得到所需要的最后產(chǎn)物。利用這種方法，本發(fā)明可以合成行如式(5)所示的DNA鏈。X = {χιχ2…x65 ;Xi e {rpbj，i = 1，2，...，65} (5)以合成好的DNA鏈為模板，以<、^5>為引物對，進行擴增，得到長度為1300bp的 DNA序列集合即為初始解空間。步驟2、刪除非解在此仍以求解r(5，5)為例給予說明，主要通過以下步驟來實現(xiàn)對非解的刪除第一步從X中刪去部分含有K5的DNA鏈，即從上述合成的DNA鏈中刪除包含有 以下序列的DNA鏈{1,2,3,4,5} = {12，13，23，14，24，34，15，25，35，45} = (I1, I2, I3, 14，I5, I6, I7,
工8，工9，IltJ
{1，2，3，4，6} = {12，13，23，14，24，34，16，26，36，46} = {11 12，13，14，15，16，I11, 丄12，丄13，U{1，2，3，5，6} = {12，13，23，15，25，35，16，26，36，56} = {11 12，13，17，18，19，I11, ll2，工13，{1，2，4，5，6} = {12，14，24，15，25，45，16，26，46，56}=隊，14，15，17，18，I1。，I11, 112，114，I15I{1，3，4，5，6} = {13，14，34，15，35，45，16，36，46，56} = {12，14，16，17，19，110，ln， 113，114，I15I{2，3，4，5，6} = {23，24，34，25，35，45，26，36，46，56} = {13，15，16，18，19，110，112， 113，114，I15I第二步完成第一步驟后，我們對剩下的DNA鏈進行加位處理。由于加位后會引入 含有K5或N5的非解。利用與上述相同的方法，對這些非解進行刪除。本發(fā)明采用酶切技術(shù)或PCR等技術(shù)來實現(xiàn)刪除非解這一操作
1)酶切技術(shù)酶切技術(shù)主要是利用限制性內(nèi)切酶來切割DNA分子內(nèi)部的磷酸二酯鍵，根據(jù)切割 內(nèi)容，切割位點以及切割方法而不同。在DNA計算中，酶切技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。本發(fā)明采 用酶切技術(shù)對非解進行刪除。以刪除K5為例，將選用10種限制性內(nèi)切酶，通過這些酶的酶 切反應(yīng)來刪除非解。具體的操作方法，首先將得到代表解空間的DNA鏈平均分成10份，然 后在每份溶液中加入對應(yīng)的限制性內(nèi)切酶，切斷對應(yīng)位上為1的DNA序列。反應(yīng)結(jié)束后，合 并這些溶液，則這些溶液中不含有10條邊同時為1的DNA序列。也采用同樣的方法可以刪 除對應(yīng)位點為0或者1的DNA序列。2) PCR 技術(shù)聚合酶鏈式反應(yīng)(polymerase chain reaction，PCR)是目前生物技術(shù)中應(yīng)用最為 廣泛的DNA體外擴增法，也是在DNA計算中可以定量化的技術(shù)。3)綜合技術(shù)本發(fā)明將多種生物技術(shù)手段綜合考慮，或者采用優(yōu)化思想和DNA計算相結(jié)合的辦 法，將非解程序化刪除。當然，本發(fā)明根據(jù)這里選用的不同的生化反應(yīng)技術(shù)的選取，將會反饋至DNA計算 的編碼，根據(jù)每個特定的反應(yīng)，建立綜合性編碼方案及適用于不同反應(yīng)的編碼約束條條件。二、建立解的檢測單元23經(jīng)過運算單元22后，所剩下的DNA序列就可能代表可能的Ramsey圖。本發(fā)明利 用DNA測序技術(shù)將所剩下的DNA鏈進行測序。DNA的序列測定是分子生物學(xué)領(lǐng)域的重要技 術(shù)之一，是了解基因結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。在DNA計算有些時候也需要對DNA鏈進行序列分 析，來判斷變量的存在狀態(tài)。目前通用的兩種DNA序列測定法有兩種，Maxam-Gilber化學(xué) 法和Sanger的雙脫氧終止法，它們都是建立在分辨率極高的變性聚丙烯酰胺凝膠電泳的 基礎(chǔ)上。這種電泳可將相差僅為一個核苷酸的單鏈DNA區(qū)分開來。本發(fā)明通過對Ramsey圖的邊序列進行編碼的方法，在非解的刪除上與Mckay等 人借助電子計算機求解經(jīng)典Ramsey數(shù)的模型相比，只增加一個位，也就是說，只增加一條 邊所占位置的一半，這樣可以提前刪除非解，使得非解空間大大降低，減少了計算機的工作量。例如，對于一個P階圖而言，按照Mckay的方法，需要增加的位數(shù)是2 (p_l)，而按照本發(fā) 明的方法，僅僅1位。也就是說，Mckay 一次增加的解空間為^(”1)倍，而本發(fā)明僅為2倍。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，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和潤飾，這些改進和潤飾 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟按照Δ-編碼方法對p-階Ramsey圖的邊序列進行編碼；建立存儲庫；按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和n-階完全空圖Nn的Ramsey圖。
2.如權(quán)利要求1所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征在于，所述 Δ_編碼方法具體為對于具有P個頂點的圖G，令圖的頂點集V = V(G) = Iv1, ν2，…，νρ}，邊集E= {{Vi， VjI ；i, j e V, i ^ j}；編碼的序列，即邊的排列序列為1，2，...，C2,’ 其中1，2，…，所表示的邊為圖G相鄰矩陣 1 f 、 2 1 中下三角陣依次從左到右、從上到下的次序。
3.如權(quán)利要求1所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征在于，所述 建立存儲庫的步驟具體包括根據(jù)Ramsey數(shù)的可能規(guī)模確定編碼的數(shù)目，并估算每個編碼的長度； 根據(jù)雜交的類型確定DNA序列的約束條件； 根據(jù)所述約束條件建立算法模型，并確定DNA序列； 由確定的DNA序列和雜交的類型確定探針。
4.如權(quán)利要求1所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征在于，所述 按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey圖的步驟中，包括從 標定的所有P-階子圖集合Gp中刪除含有Km和Nn的子圖集合，具體為從對應(yīng)的序列Lq中刪除對應(yīng)含有所有可能的構(gòu)成&對應(yīng)的邊集合對應(yīng)位，以及含有所 有可能的構(gòu)成Nn的所有邊的對應(yīng)位的序列集合。
5.如權(quán)利要求4所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征在于，所述 刪除的步驟具體為構(gòu)造出含有可構(gòu)成m-階完全子圖Km的C;個集合； 應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序列中的位置集合； 構(gòu)造出含有可構(gòu)成η-階完全空圖Nn的個集合； 應(yīng)用對照表，得到所刪除對應(yīng)序列中的位置集合。
6.如權(quán)利要求1至5任一項所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，其特征 在于，在所述按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和η-階完全空圖Nn的Ramsey圖的步 驟之后，還包括采用PCR、測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。
7.一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)獲取，其特征在于，所述系統(tǒng)包括 存儲單元，用于按照A -編碼方法對p-階Ramsey圖的邊序列進行編碼，并建立存儲庫；運算單元，用于按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和n-階完全空圖Nn的Ramsey圖。
8.如權(quán)利要求7所述的基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)獲取，其特征在于，所述 系統(tǒng)還包括解的檢測單元，用于采用PCR、測序技術(shù)對DNA鏈進行測序。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的獲取方法，所述方法包括以下步驟按照Δ-編碼方法對p-階Ramsey圖的邊序列進行編碼；建立存儲庫；按位逐步構(gòu)造出不含m-階完全子圖Km和n-階完全空圖Nn的Ramsey圖。本發(fā)明還公開了一種基于DNA計算模型的Ramsey圖的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲單元和運算單元。本發(fā)明通過對Ramsey圖的邊序列進行編碼的方法，提前刪除非解，使得非解空間大大降低，減少了DNA計算的工作量。
文檔編號G06F17/30GK101847145SQ20091008065
公開日2010年9月29日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者李菲, 許進 申請人:北京大學(xué)