本文關(guān)鍵詞：基于改進(jìn)入侵雜草算法的DNA編碼研究

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【摘要】：隨著電子技術(shù)的發(fā)展,電子計(jì)算機(jī)越來越無法滿足人類的需求,而與此同時(shí),生物技術(shù)飛速發(fā)展,DNA計(jì)算這一新型計(jì)算模式便應(yīng)運(yùn)而生。DNA分子及生物酶是DNA計(jì)算的物質(zhì)基礎(chǔ),生化反應(yīng)是實(shí)現(xiàn)該計(jì)算的重要手段。DNA計(jì)算的出現(xiàn)引起了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。很多科研工作者已經(jīng)利用其高度并行性、海量存儲(chǔ)、耗能低和資源豐富等優(yōu)勢(shì)成功地解決了一些NP困難問題,如Hamilton回路問題、最大團(tuán)問題等。DNA編碼在DNA計(jì)算中充當(dāng)著重要的角色,編碼的質(zhì)量和數(shù)量對(duì)計(jì)算的精確度和效率有直接影響。為了使DNA計(jì)算更加可靠,大量的研究工作集中在DNA編碼問題。本文將著重于提高編碼質(zhì)量,以避免計(jì)算過程中不必要的雜交反應(yīng)的發(fā)生。主要工作有:(1)參考相關(guān)文獻(xiàn),認(rèn)真分析影響DNA編碼的因素,并對(duì)現(xiàn)有研究工作中涉及的主要約束條件(連續(xù)性約束、發(fā)夾結(jié)構(gòu)約束、相似性約束、H-measure約束、GC含量、解鏈溫度)進(jìn)行總結(jié)。建立了一套基于上述約束條件的多目標(biāo)評(píng)價(jià)體系來評(píng)價(jià)DNA編碼的好壞,并給出了具體的函數(shù)實(shí)現(xiàn)。(2)提出了一種基于小生境排擠機(jī)制的入侵雜草算法的DNA編碼序列優(yōu)化方法(簡(jiǎn)稱NCIWO)。采用入侵雜草優(yōu)化算法,并將小生境排擠機(jī)制應(yīng)用到算法中來解決多目標(biāo)優(yōu)化問題。同時(shí),對(duì)傳統(tǒng)入侵雜草優(yōu)化算法中的空間擴(kuò)散部分進(jìn)行改進(jìn),并設(shè)計(jì)出NCIWO的具體實(shí)現(xiàn)。結(jié)果證明,該算法是可行的且有效的。(3)提出了解決DNA編碼優(yōu)化問題的多目標(biāo)入侵雜草智能算法(簡(jiǎn)稱MA_IWO)。將非支配排序與入侵雜草算法結(jié)合構(gòu)成多目標(biāo)入侵雜草算法,并將自適應(yīng)引入到入侵雜草算法中的生長(zhǎng)繁殖階段,使每一代中的每個(gè)個(gè)體的標(biāo)準(zhǔn)差都能夠根據(jù)其適應(yīng)度值大小自適應(yīng)的進(jìn)行變化。設(shè)計(jì)出MA_IWO的具體實(shí)現(xiàn),生成的DNA序列的質(zhì)量明顯優(yōu)于前人的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：DNA計(jì)算 DNA編碼 約束條件 入侵雜草算法
【學(xué)位授予單位】：大連大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP38
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-17
• 1.1 課題背景和意義12-13
• 1.2 研究現(xiàn)狀綜述13-15
• 1.2.1 DNA計(jì)算國際研究進(jìn)展13-14
• 1.2.2 DNA計(jì)算國內(nèi)研究進(jìn)展14-15
• 1.3 本文主要內(nèi)容15-16
• 1.4 本文的創(chuàng)新之處16-17
• 2 DNA編碼約束模型研究17-32
• 2.1 DNA編碼的生物學(xué)基礎(chǔ)17-21
• 2.1.1 核酸分子的組成18-19
• 2.1.2 DNA分子的結(jié)構(gòu)19-20
• 2.1.3 DNA分子的變性和復(fù)性20-21
• 2.1.4 DNA分子的復(fù)制21
• 2.2 DNA編碼問題21-25
• 2.2.1 DNA編碼的定義22-23
• 2.2.2 DNA編碼的研究現(xiàn)狀23-25
• 2.3 DNA編碼的影響因素25-26
• 2.3.1 化學(xué)自由能變化 (?)G25
• 2.3.2 解鏈溫度25-26
• 2.3.3 DNA分子的組成26
• 2.3.4 生物酶26
• 2.4 DNA編碼約束模型26-31
• 2.4.1 DNA編碼約束條件27-30
• 2.4.2 約束優(yōu)化模型30-31
• 2.5 小結(jié)31-32
• 3 入侵雜草算法概述32-36
• 3.1 入侵雜草算法原理32
• 3.2 雜草算法的特點(diǎn)32-34
• 3.2.1 入侵雜草算法的優(yōu)點(diǎn)32-33
• 3.2.2 入侵雜草算法的缺點(diǎn)33-34
• 3.3 入侵雜草算法34-35
• 3.3.1 種群初始化34
• 3.3.2 繁殖34
• 3.3.3 空間擴(kuò)散34-35
• 3.3.4 競(jìng)爭(zhēng)性排除35
• 3.4 小結(jié)35-36
• 4 基于小生境排擠機(jī)制的入侵雜草算法的DNA編碼序列優(yōu)化設(shè)計(jì)36-45
• 4.1 引言36-37
• 4.2 改進(jìn)策略37-38
• 4.2.1 柯西分布37-38
• 4.2.2 小生境排擠機(jī)制38
• 4.3 適應(yīng)度函數(shù)38-40
• 4.4 NCIWO算法實(shí)現(xiàn)40
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析40-44
• 4.5.1 參數(shù)設(shè)置40-41
• 4.5.2 結(jié)果和分析41-44
• 4.6 小結(jié)44-45
• 5 基于多目標(biāo)入侵雜草算法的DNA編碼序列優(yōu)化設(shè)計(jì)45-57
• 5.1 引言45-46
• 5.2 改進(jìn)策略46-48
• 5.2.1 快速非支配排序46-48
• 5.2.2 自適應(yīng)機(jī)制48
• 5.3 多目標(biāo)優(yōu)化模型48-49
• 5.4 MA_IWO算法實(shí)現(xiàn)49-50
• 5.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析50-55
• 5.6 小結(jié)55-57
• 6 總結(jié)與展望57-59
• 6.1 總結(jié)57
• 6.2 展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64

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