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）膜计算模型中新的计算模型的建议：新模型的“尖峰神经p-systems”的建议，将神经细胞系统作为模型，以及接收器和发电机类型的多功能计算能力。表现出性别。 （2）在平衡状态下的有效计算方法的发展：响应于相结合的反应系统，与输入分子的大小相比，我们已经建立了一个一般理论来计算状态。已经建立了平衡条件计算是将整个系统中自由能最小化的问题，并且已经开发了一种新算法以显着减少变量的数量。 （3）安装细菌细胞自动机进行细胞并行计算：开发一种自主和编程的细菌计算机，可以使用细胞内分子反应机制作为一种使用细胞的第一步，可以使用细胞内的分子反应机制来实现细胞。这证明该计算是使用细菌在世界上首次进行的。 （4）对抽象化学反应计算模型的研究：通过计算器实验和数学分析，尤其是Belousov-Zhabotinsk（BZ）数学模型，很难在微分方程中进行化学反应系统的检查。到少量分子用于毛lus和俄勒冈州。 （5）分子计算模拟器：建立并实现了一个典型的计算模型编码方法，用于对处理层次结构和连接结构的层次重写模型的表达力验证。在对环境计算的编码中，实现了基于自我调整的分布式命名系统。在编码纯λ计算时，膜的使用比常规方法更简洁。

项目成果

An Investigation of the Brusselator on the mesoscopic scale

介观尺度上的 Brusselator 的研究

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems 22
• 作者: 田端俊英;狩野方伸;Mai Umeki and Yasuhiro Suzuki;Yasuhiro Suzuki;Yasuhiro Suzuki
• 通讯作者: Yasuhiro Suzuki

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。

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

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

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