王 宾李 亚 赵宏伟

(大连大学先进设计与智能计算省部共建教育部重点实验室 大连 116622)

1 引言

随着大数据时代的到来，计算机需要处理大量的数据。虽然当前的电子计算机能较好地处理这些数据，但是在并行计算和存储能力方面也面临着发展的瓶颈，因此设计具有并行性、运算快和大容量的DNA计算机成为必然的趋势。自Adleman[1]解决了哈密顿路径问题以来，DNA计算受到越来越多学者的关注。一些重要的DNA计算技术和计算模型被提出，其中DNA链置换是重要的技术之一。

DNA链置换[2,3]操作简单，具有自主性[4]。目前，DNA链置换已广泛用于生物逻辑电路[5–7]、催化放大器[8]以及DNA编码等领域[9–12]。例如，Seelig等人[13]基于DNA链置换设计了AND,OR和NOT门，这为逻辑电路的发展奠定了基础。Zhang等人[14]实现了一个用于放大信号的电路，包括具有动态特性的前馈级联电路和具有指数增长动态特性的正反馈电路。另外，Lakin等人[15]提出了一个监督学习框架，使用缓冲的DNA链置换网络开发自适应分子电路，该框架扩展了现有的DNA链置换电路架构。Song等人[16]构建了加法、减法和乘法的基本门，基于这些门，描述了如何构建用于计算输入多项式函数的DNA电路。

近年来，DNA链置换用来构造神经网络取得了令人瞩目的成果。例如，Qian等人[17]使用112条DNA链进行级联，设计了一个4神经元的Hopfield联想记忆。然而由于Hopfield联想记忆在实现“猜心术”游戏时，网络规模较大，Genot等人[18]通过赢家通吃(Winner-Take-All,WTA)效应推广到仅含DNA链的电路，缩小了电路并展示只有23条DNA链构造的“猜心术”游戏。……