计算机的基因信仰

计算机科学与技术(计算机通信)11003004 陈夏君提要:本文主要论述生物基因对计算机发展的作用

关键字:计算机、生物基因

一、向基因学计算

早在十九世纪中叶,以为名叫汉密尔顿的爱尔兰天文学家和数学家发明了一种有趣的棋类游戏——Lcosian Game,规则是用最快的速度走遍正十二面体上的所有顶点,最后又能回到起点。后来成为名噪一时的数学问题——“汉密尔顿路径问题”也被称为“旅行推销员问题”。我们先看一个简单的例子。假定推销员是从北京(起点)到武汉、广州、上海(终点)。可以找到两条路径符合要求但最短路径只能是北京、武汉、广州、上海,它比另一条路径的距离短1204公里。可以想象,随着城市数数目的增加,汉密尔顿问题会变得越来越复杂,寻求最短路径的工作量也会越来越大。比方说,当成是数目达到100个时,一台电子计算机就需要大约好几百年的时间!而且寻求最短路径在应用数学中也成为“汉密尔顿路径最小化”,他在工程优化、交通管理、物流成本和进度控制等方面都有很大应用,在此基础上不断发展的“赋权汉密尔顿最优解方法”已成为上诉领域不可或缺的关键技术。1994年底,美国南加州大学的一位名叫阿德勒曼(Leonard M. Adleman)的计算技数学和分子生物学教授在世界著名的《Science》杂志上发表了一篇颇为轰动的文章。他在自己的实验室的试管中采用DNA技术完成了一个能解决7个城市的汉密尔顿路径最短问题的实验。这一个命性的进步,从此拉开了基因计算的帷幕,使之迅速成为生命科学与信息科学交叉领域的前沿,也为解决数学和计算科学的众多复杂问题带来了新的希望之光。

二、超级存储器

如果将CPU比作计算机的心脏,那存储器就该称得上计算机的胃了。胃的容量和胃的动力的大小保证了我们的身体有足够的能量去进行各种活动,同样存储器的存储和并行处理也是计算机强大计算功能的坚强后盾。以大规模集成电路为基础的传统计算机的发展已将达到理论极限——1平方毫米的所能容纳的元件数不能超过25万个(散热、防漏电、相会干扰等因素制约着集成电路的规模)从而制约了计算机的工作速度和存储容量的提高,按照目前的速度,计算机的发展遵循“摩尔定律”(每18个月芯片速度翻一倍,价格降一半)在2007会失效。直到阿德勒曼第一次设计和实现了DNA计算之后,人们像淘金者突然发现金子般喜不自胜。这是为什么呢?原来人们日思夜想、苦苦寻找的超级存储器远在天边,近在眼前,

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