構造的分子計算理論-自律的計算系の解析と設計のための基礎理論

结构分子计算理论-自主计算系统分析与设计的基础理论

• 批准号: 14085205
• 负责人: 上田 和紀
• 金额: $ 26.56万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14085205/
• 关键词: 自律計算; 配列設計; バクテリアコンピュータ; 自然計算; 非線形科学; 少数分子系; 階層グラフ書換え; DNAコンピュータ; 情報基礎; 自己組織化; 生体機能利用; 分子機械

(1)膜計算モデルにおける新しい計算モデルの提案:神経細胞系をモデルとして,膜計算の新しいモデル「Spiking Neural P-Systems」を提案し,受理器と生成器の両タイプにおいてその計算能力の万能性を示した。(2)平衡状態の効率の良い計算手法の開発:入力分子のサイズに比して会合の結果生成される分子複合体の個数が組合せ論的な爆発をするような反応系に対して,平衡状態を計算するための一般論を構築した。平衡状態計算を系全体の自由エネルギーの最小化問題として定式化し,変数の個数を著しく削減する新しいアルゴリズムを開発した。(3)細胞並列計算に向けたバクテリアセルオートマトンの実装:細胞を用いたセルオートマトンの実現に向けての第一歩として,細胞内分子反応メカニズムを用いて自律的でプログラム可能なバクテリアコンピュータを開発した。これは世界で初めてバクテリアを用いて計算が実行できたことを証明するものである。(4)抽象化学反応計算モデルの研究:微分方程式系などでは解析が困難な少数分子の化学反応系の振る舞いについて計算機実験と数理的解析により検討し,特にBelousov-Zhabotinsk (BZ)反応の数理モデルであるBrruselatorとOregonatorについて,分子数が少数になることによる不安定性について解析した。(5)分子計算シミュレータ:階層構造と接続構造の両方を扱う階層グラフ書換えモデルLMNtalの表現力検証のために,代表的計算モデルのエンコード法の確立と実装を行った。Ambient計算のエンコードにおいては自己調整に基づく分散名前管理方式を実現した。純粋λ計算のエンコードにおいては,膜を活用することで従来手法よりもはるかに簡潔な方法を実現した。

(1) membrane computing モ デ ル に お け る new し い computing モ デ ル の proposal: god 経 cell line を モ デ ル と し て, membrane computing の new し い モ デ ル "Spiking Neural P Systems" を proposal し, accepts the apparatus と generator の struck タ イ プ に お い て そ の computing の universal sex を shown し た. (2) balance の い の good working rate calculation methods の open 発 : molecules into force の サ イ ズ に than し meet て の results generated さ れ る molecular complex number が の combination theory of せ な detonation 発 を す る よ う な anti 応 department に し seaborne て, equilibrium を computing す る た め を の general theory to construct し た. Free equilibrium calculation を department all の エ ネ ル ギ ー の minimization problem と し て demean し, - count の を the し く cut す る new し い ア ル ゴ リ ズ ム を open 発 し た. (3) cell parallel computing に to け た バ ク テ リ ア セ ル オ ー ト マ ト ン の be loaded: cells を using い た セ ル オ ー ト マ ト ン の be am に to け て の first step と し て, intracellular molecules against 応 メ カ ニ ズ ム を with い て self-discipline で プ ロ グ ラ ム may な バ ク テ リ ア コ ン ピ ュ ー タ を open 発 し た. こ れ は め the early で て バ ク テ リ ア を with い て computing が line be で き た こ と を prove す る も の で あ る. (4) the abstract chemical anti 応 computing モ デ ル の research: differential equations of な ど で は parsing が difficult な handful の chemical anti 応 の vibration る dance い に つ い て computer be 験 と mathematical analytical に よ り 検 for し, trevor に Belousov - Zhabotinsk (BZ) against 応 の mathematical モ デ ル で あ る Brruselator と Oregonator に つ い て, number of molecules が minority に な る こ と に よ る labile に つ い て parsing し た. (5) the molecular computing シ ミ ュ レ ー タ : class structure と meet 続 の struck party を Cha う class グ ラ フ book for え モ デ ル LMNtal の expressive 検 card の た め に, on behalf of the calculation of モ デ ル の エ ン コ ー の ド method established と line be loaded を っ た. Ambient computing <s:1> エ コ コ ドにお ドにお て て た adjust the に base づく to disperse the pre-name management method を occurrence た た. Pure 粋 lambda computing の エ ン コ ー ド に お い て は, membrane を use す る こ と で 従 to technique よ り も は る か に concise を な method be presently し た.

项目成果

LMNtal:a Language Model with Links and Membranes

LMNtal：具有链接和膜的语言模型

• 发表时间: 2005
• 期刊: Lecture Notes in Computer Science 3365
• 作者: Ueda;K. and Kato;N
• 通讯作者: N

An Attempt to Analyze the Dynamics of Abstract Rewriting Systems on Multisets

分析多重集抽象重写系统动力学的尝试

• 发表时间: 2006
• 期刊: Pre-proceedings of Membrane Computing, International Workshop
• 作者: Tsujikawa;K.;Ichijo;T.;Moriyama;K.;Tadotsu;N.;Sakamoto;K.;Sakane;N.;Fukada;S.;Furukawa;T.;Saito;H.;Yamamoto;H.;Y.Suzuki
• 通讯作者: Y.Suzuki

Modeling P53 signaling network by using Abstract Rewriting System on Multisets, a class of P Systems

使用一类 P 系统多重集上的抽象重写系统对 P53 信令网络进行建模

• 发表时间: 2005
• 期刊: Applications of Membrane Computing, Natural Computing series, Springer-Verlag.
• 作者: Y.Suzuki;H.Tanaka
• 通讯作者: H.Tanaka

A DNA-based Computational Model using a Specific Type of Restriction Enzymes

使用特定类型限制性内切酶的基于 DNA 的计算模型

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Automata, Languages and Combinatorics 9・1
• 作者: Y.Sakakibara;H.Imai
• 通讯作者: H.Imai

Y.Sakakibara, H.Imai: "A DNA-based Computational Model using a Specific Type of Restriction Enzyme"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 290-300 (2002)

Y.Sakakibara、H.Imai：“使用特定类型限制性酶的基于 DNA 的计算模型”计算机科学讲义，Springer。