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DNA
计算在
计算在计算在
计算在产品
产品产品
产品创新设计中
创新设计中创新设计中
创新设计中的应用
的应用的应用
的应用
张
张张
张
凯
凯凯
凯,
,,
,刘希玉
刘希玉刘希玉
刘希玉
(山东师范大学管理与经济学院,济南 250014)
摘
摘摘
摘 要
要要
要:
::
:将 DNA 计算应用于产品创新设计的建模过程中。建立经验产品模型库,对产品的功能、结构、外观等因素进行 DNA 编码。针对
用户需求,对目标产品进行编码,利用 DNA 计算实现联想记忆,构建计算模型。采用进化技术对建立的模型进行杂交、变异、布尔运算
等创新操作,产生各种创新产品。通过一个桌子创新设计实例验证该方法的可行性和实用性。
关键词
关键词关键词
关键词:
::
:DNA 计算;粘贴模型;创新设计;联想记忆;进化计算
Application of DNA Computation in Product Creative Design
ZHANG Kai, LIU Xi-yu
(School of Management and Economics, Shandong Normal University, Jinan 250014, China)
【
【【
【Abstract】
】】
】Apply DNA computation to the modeling process of new product innovative design. A product base is built, and the function, structure,
appearance, and other factors of products are expressed as DNA code. Aiming at the users’ needs, targeted product is also expressed as DNA code.
It implements the associative memory to build computing model. Then do innovative operation as crossover, mutation and Boolean operation to
build models, which can get kinds of innovate products. A case study of the creative design of table style is given to demonstrate the proposed
method.
【
【【
【Key words】
】】
】DNA computation; sticker model; creative design; associative memory; evolutionary computation
DOI: 10.3969/j.issn.1000-3428.2011.22.073
计 算 机 工 程
Computer Engineering
第 37 卷 第 22 期
Vol.37 No.22
2011 年 11 月
November 2011
·
··
·工程应用技术与实现
工程应用技术与实现工程应用技术与实现
工程应用技术与实现·
··
·
文章编号
文章编号文章编号
文章编号:
::
:1000—
——
—3428(2011)22—
——
—0219—
——
—03
文献标识码
文献标识码文献标识码
文献标识码:
::
:A
中图分类号
中图分类号中图分类号
中图分类号:
::
:TP391.72
1
概述
概述概述
概述
自
1994
年美国
Adleman L
博士用
DNA
解决有向图问题
以来,
DNA
计算受到越来越多的重视与研究。目前,
DNA
计算在数学、计算机科学、生命科学、密码学等领域都取得
了瞩目的成果
[1-2]
。
创新设计是系统借助于一定的科学思想和技术手段,充
分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科技成果进行
创新构思,自动设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用
性的事务或方法的一种实践活动
[3]
。创新设计最初也是最重
要的一步是模型的建立。本文将
DNA
计算应用于创新设计
的建模过程,提供了一种新的产品设计思路。
2 DNA
计算原理及粘贴模型
计算原理及粘贴模型计算原理及粘贴模型
计算原理及粘贴模型
2.1 DNA
计算原理
计算原理计算原理
计算原理
DNA
是由
2
条极长的脱氧核苷酸链组成的。每一分子
的脱氧核苷酸是由一分子的磷酸、一分子脱氧核糖和一分子
的含氮碱基组成的。
含氮碱基共有
4
种,分别为腺嘌呤
(A)
、鸟嘌呤
(G)
、胞
嘧啶
(C)
和胸腺嘧啶
(T)
。其内部是通过碱基配对形成的有规
则的双螺旋结构,其中,
A
与
T
配对;
G
与
C
配对。
DNA
计
算正是利用
DNA
特殊的双螺旋碱基互补配对的原理,编码
进行实际应用。将问题转化成分子链,在
DNA
溶液中利用
生物酶进行高速并行的可控生化反应,最后将反应产物即数
据结果进行输出。
2.2
粘贴模型
粘贴模型粘贴模型
粘贴模型
粘贴模型
[4]
是以单链和双链混合的
DNA
链作为运算对
象,将信息编码在
DNA
链上,并进行
4
种基本生化运算:
合并,分离,设置与清除获得计算结果。其中,运算的主体
单链与双链混合的
DNA
链称为存储混合物,存储混合物由
存储链和粘贴链组成。存储链为单链
DNA
分子
(
含有
n
个由
m
个碱基组成的不重叠的子链
)
。粘贴链由与存储链上的子链
互补的单链
DNA
分子
(
含有
m
个碱基
)
形成。存储链上的一
个特定子链或者是开、或者是关。如果一个粘贴链退火到存
储链中它的匹配子链上,则这个特定的子链称为开,反之称
为关。存储复合体表示二进制数,其中,开
(
关
)
的子链表示
1(0)
。因此,存储复合体就是一个部分为双链的
DNA
串,如
图
1
所示。
图
图图
图
1
存储复合体
存储复合体存储复合体
存储复合体、
、、
、存储链和粘贴链
存储链和粘贴链存储链和粘贴链
存储链和粘贴链的示意图
的示意图的示意图
的示意图
3
创新设计的实现
创新设计的实现创新设计的实现
创新设计的实现
产品设计可以定义为一个过程,该过程根据人类的需要
建立需求,并把这些需求用规范和功能表示出来,然后将这
些规范和功能映射并转换为满足特定限制的设计解。设计者
基金项目
基金项目基金项目
基金项目:
::
:国家自然科学基金资助项目(60873058);山东省自然科学
基金资助项目(J05G01);山东省信息化专项建设基金资助项目(2008
R00038)
作者简介
作者简介作者简介
作者简介:
::
:张 凯(1987-),男,硕士研究生,主研方向:DNA 计
算,产品创新设计;刘希玉,教授、博士生导师
收稿日期
收稿日期收稿日期
收稿日期:
::
:2011-05-26 E-mail:
::
:kai11328@163.com
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