生物計算是一種以DNA、RNA和蛋白質(zhì)等生物大分子為數(shù)據(jù)的計算。本書較為深入地探討DNA計算的各個方面，從基礎(chǔ)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(zhì)計算也進(jìn)行了概述。全書共12章。其中，第1章～第4章詳細(xì)介紹圖與計算復(fù)雜性、生物計算數(shù)據(jù)、生物計算算子（酶與生化操作），以及在DNA計算中發(fā)揮關(guān)鍵作用的技術(shù)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、并行型等多種DNA計算模型的構(gòu)建思路和優(yōu)缺點。第9章與第10章介紹一些DNA計算在密碼學(xué)、生物信息學(xué)、優(yōu)化問題等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。第11章與第12章介紹RNA計算與蛋白質(zhì)計算的相關(guān)理論與應(yīng)用。這樣的結(jié)構(gòu)安排旨在為讀者提供一個全面、系統(tǒng)的生物計算知識框架。
本書適合圖論與算法、分子生物學(xué)、計算機科學(xué)、生物信息學(xué)及人工智能等領(lǐng)域的科研人員、高等學(xué)校師生，以及對生物計算感興趣的讀者閱讀。
1.領(lǐng)域前沿：本書全面介紹了生物計算的三大領(lǐng)域DNA計算、RNA計算和蛋白質(zhì)計算，涵蓋了從基礎(chǔ)理論到實驗操作的全方位內(nèi)容，為讀者提供了一個系統(tǒng)的學(xué)習(xí)框架。
2.作者知名：由領(lǐng)域內(nèi)知名學(xué)者著述，整合了多年的研究成果和最新發(fā)現(xiàn)，確保了書籍內(nèi)容的權(quán)威性和實用性。
3.理論性與實用性兼?zhèn)洌翰粌H深入探討了生物計算的理論基礎(chǔ)，還詳細(xì)介紹了實驗操作和計算模型，使讀者能夠?qū)⒗碚撝R應(yīng)用于實際問題解決中。
4.案例分析豐富：書中提供了大量的實際案例分析，如DNA計算在求解NP完全問題上的應(yīng)用，增強了內(nèi)容的可讀性和實用性，使讀者能夠更好地理解和掌握生物計算技術(shù)。
5.跨學(xué)科視角：本書融合了計算機科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等多個學(xué)科的知識，為跨學(xué)科研究者提供了一個共同的交流平臺，具有廣泛的吸引力。
許進(jìn)，北京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。理學(xué)、工學(xué)雙博士，專注于組合優(yōu)化問題的研究。1996年，在國內(nèi)率先開展生物計算研究。提出求解圖著色的非枚舉型、并行型等DNA計算新方法，使生物計算搜索規(guī)模達(dá)359，實現(xiàn)迄今國際上最大規(guī)模的生物計算實驗。出版學(xué)術(shù)專著7部、譯著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇。作為第一完成人，獲國家自然科學(xué)二等獎1項、自然科學(xué)一等獎2項、湖北省自然科學(xué)一等獎1項。先后主持國家自然科學(xué)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(fā)計劃共超十項。擔(dān)任中國電子學(xué)會電路與系統(tǒng)分會副主任委員、中國通信學(xué)會云計算與大數(shù)據(jù)委員會副主任委員、中國網(wǎng)絡(luò)空間安全協(xié)會理事；Artificial Intelligence Review與《電子與信息學(xué)報》副主編。曾任軍委科技委領(lǐng)域?qū)＜�、電子學(xué)會圖論與系統(tǒng)優(yōu)化專委會理事長、湖北省運籌學(xué)會理事長、北京市運籌學(xué)會副理事長、網(wǎng)絡(luò)空間安全教咨委委員；第一、二、四、五、七、八屆國際生物計算機大會主席。
第 1 章 緒論 1
11 生物計算的產(chǎn)生 1
12 計算機的一般定義與計算模型 3
13 生物計算的研究意義與進(jìn)展 5
參考文獻(xiàn) 7
第 2 章 圖與計算復(fù)雜性 9
21 圖論基礎(chǔ) 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(gòu) 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(fù)雜性 36
241 P 問題與NP 問題 36
242 coNP 問題 42
參考文獻(xiàn) 43
第3 章 生物計算數(shù)據(jù)：DNA、RNA 與蛋白質(zhì) 47
31 DNA 分子 47
311 脫氧核苷酸 48
312 DNA 分子結(jié)構(gòu) 51
313 DNA 分子類型 53
314 DNA 分子特性 59
315 DNA 生化反應(yīng) 63
32 RNA 分子 65
321 RNA 分子的核苷酸 66
322 RNA 分子的結(jié)構(gòu) 68
323 RNA 分子的類型 69
33 蛋白質(zhì)分子 71
331 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 71
332 蛋白質(zhì)的類型 73
333 蛋白質(zhì)計算輸出檢測技術(shù) 74
參考文獻(xiàn) 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(nèi)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(shù) 92
424 變性與雜交 92
425 DNA 分子的擴(kuò)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 可用于生物計算的經(jīng)典生化操作技術(shù) 96
429 可用于生物計算的新型生化操作技術(shù) 98
4210 生物計算涉及的新型儀器 103
43 生物計算的關(guān)鍵技術(shù)：電泳 111
431 基本原理 111
432 凝膠電泳 112
433 免疫電泳 113
434 毛細(xì)管電泳 114
435 介電電泳 115
436 等速電泳 117
44 生物計算的關(guān)鍵技術(shù)：聚合酶鏈反應(yīng) 117
441 PCR 發(fā)明之旅 118
442 基本原理 119
參考文獻(xiàn) 124
第5 章 DNA 編碼理論與算法 132
51 DNA 編碼的背景與發(fā)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(shù)學(xué)模型 143
523 當(dāng)前DNA 編碼算法分類 144
53 基于GC 含量的DNA 編碼計數(shù)理論 146
531 DNA 編碼計數(shù)理論 147
532 GC 含量相等的DNA 編碼設(shè)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(xué)穩(wěn)定性 154
544 模板集的優(yōu)化 155
55 進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化DNA 編碼理論與算法 156
551 進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化DNA 編碼理論 157
552 基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)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(yīng)用 162
參考文獻(xiàn) 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(tuán)與最大獨立集問題的DNA 計算模型 181
64 0-1 規(guī)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(xiàn) 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(xiàn) 195
721 生物操作步驟 195
722 實例分析與相關(guān)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(xiàn) 210
第8 章 并行型圖頂點著色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(jù)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 子圖逐級合并與非解刪除 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(gòu)建初始解空間 223
824 子圖刪除非解 224
825 子圖合并與非解刪除 227
83 復(fù)雜性分析 230
831 降低初始解空間的復(fù)雜性 230
832 提高并行性 232
參考文獻(xiàn) 236
第9 章 探針機 237
91 探針機的產(chǎn)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(shù)學(xué)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(xiàn)技術(shù) 254
95 傳遞型探針機與生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 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(yōu)勢 261
參考文獻(xiàn) 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(shù)學(xué)模型 274
1022 DNA Tile 計算的圖靈等價性 277
103 可編程DNA Tile 結(jié)構(gòu) 280
104 單鏈DNA Tile 計算 281
105 基于SST 的通用DNA 計算 288
1051 基于SST 的迭代布爾電路計算模型 288
1052 基于可重復(fù)SST 的填充計算模型 292
106 DNA Origami 計算 294
1061 DNA Origami 技術(shù) 294
1062 DNA Origami 的可編程自組裝 296
1063 DNA Origami 表面計算 298
1064 可計算DNA Origami 結(jié)構(gòu) 299
參考文獻(xiàn) 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(guān)研究 308
1131 RNA 分子結(jié)構(gòu)預(yù)測與設(shè)計 309
1132 基于分子自動機的RNA 計算 310
1133 結(jié)合RNA 干擾技術(shù)的RNA 計算 312
1134 結(jié)合核酶與適配體技術(shù)的RNA 計算 314
1135 結(jié)合CRISPR/Cas 基因編輯技術(shù)的RNA 計算 315
1136 與合成生物學(xué)技術(shù)結(jié)合的RNA 計算 317
參考文獻(xiàn) 319
第 12 章 蛋白質(zhì)計算 325
121 基于蛋白質(zhì)構(gòu)建邏輯運算器 325
1211 酶介導(dǎo)的邏輯運算器 326
1212 非酶介導(dǎo)的邏輯運算器 336
1213 基于人工設(shè)計的蛋白質(zhì)的邏輯運算器 339
122 基于蛋白質(zhì)構(gòu)建算術(shù)運算器 340
123 基于蛋白質(zhì)分子解決NP 完全問題 342
124 蛋白質(zhì)存儲 343
1241 基于細(xì)菌視紫紅質(zhì)的蛋白質(zhì)存儲 343
1242 蛋白質(zhì)基憶阻器 345
參考文獻(xiàn) 350
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