鏈式反應模擬編程

⑴ 計算機在科學研究中能做什麼

自己看下，很抽象的。
計算機模擬在科學研究中的作用 齊磊磊 （華南師范大學公共管理學院，廣州，510006） 摘要：機算機模擬在科學研究中具有重要作州：它輔助或替代了傳統分析式的數學模 型，提高了對復雜系統的認知程度；作為一種靈活有效的模擬工具，它積極參與建立知識框 架，處理了用傳統的實驗方法不能進行研究的問題，是一種特殊的科學實驗。 關鍵詞：計算機模擬；復雜系統；科學實驗：有效性確認 科學研究的目的是為了更好地認識世界，這個認識的過程主要是通過對世界上各種事物、 現象進行闡釋分析來實現的：但實際上，世界上大部分的事物紛繁復雜，並不可能都簡單地 只用傳統的數學分析或統計力學這樣的科學方法就可以理解掌握。隨著認識對象復雜度的增 加，要想分析隨處可見的復雜系統，計算機模擬不失為一個極好的選擇。 一、計算機模擬及其可行性 計算機模擬，也稱為計算機模擬，是一種以計算機為基礎的模擬技術。由於計算機所具 有的獨特的計算速度快、存儲量大、精確度高等特點，使它適於解決那些規模大、難以解析 化以及不確定性問題。計算機模擬正是隨著計算機的快速發展而發展起來的，它的第一次大 規模的發展發生在二戰時期的曼哈頓計劃中對核爆炸過程的模擬，當時對核爆炸過程的模擬 使用的是蒙特卡羅（Monte Carlo）演算法四對12個硬球的模擬。因為一方面，核爆炸的威力和 對生態環境造成的嚴重危害以及核試驗的經費成本等問題決定了直接對核爆炸的鏈式反應過 程進行頻繁的實驗是不切合實際的；另一方面，核武器中的原子核數量極其巨大，簡單的數 學解析式不可能對如此復雜而龐大的系統進行建模。同時，原子核之間發生反應的短暫性、 核材料的純度、種類以及核彈頭的儲存時間和周圍環境等因素的影響促使實驗人員把目光轉 向了一種新的領域——計算機模擬核試驗。這種模擬試驗除了計算機以外，幾乎不需要任何 實驗設備，但卻能得出大量相當有價值的數據，是一種既經濟又實用的實驗方法。隨後這種 極具潛力的模擬方法被廣泛應用到諸多領域中，為人類探索其他學科的發展開辟了新的道路。 一般情況下，計算機模擬始於一個計算機模型的建立，然後是設計一個實現這個模型的 程序。也就是說，它是一個對特定系統的抽象模型進行建模的可運算的計算機程序，是一種 將模型和計算很好地結合起來的方法。傳統上，系統的形式模型由數學模型發展而來，這種 數學模型試圖從一系列參量和初始條件中預測出系統行為這樣一類問題中得到解析解，所阻 計算機模擬主要用來輔助或替代數學模型。在實際應用中，計算機模擬的對象通常是復雜系 統，即那種子系統間具有非線性相互作用的復雜系統或復雜適應系統，如地球生命出現以前 的導致生命的前生命化學反應、生物進化本身、個體生命有機體以及生命系統等等。計算機 模擬方法的涉及領域極其廣泛，在物理、化學和生物學等自然科學中，在管理學和語言學等 社會科學中以及經濟學、心理學等處於自然科學和人文科學的邊緣學科中，計算機模擬已經 成為建模的一個有用的部分，它提高了我們辨明系統真正性質的能力，使我們對這些系統內 ①蒙特卡羅方法是計算機模擬的基礎，它基於對大量事件的統計結果來實現一些確定性問題的計算 �9�9 166�9�9 部的活動有更深入的了解。目前看來，計算機模擬在科學領域內的應用實例已經是數見不鮮， 但作為一種科學研究的方法，從方法論的角度對它進行分析卻比較少見，所以本文的主要目 的並不是介紹計算機模擬的具體方法，而是分析它在幫助我們認知世界尤其是世界中的復雜 系統時的積極作用及其局限性。首先對計算機模擬的可行性進行簡要的說明： 作為計算機模擬方法的運行平台，計算機本身就是人類思維和創造中模擬的產物：計算 機硬體系統是對認知系統的一種形式模擬；而計算機軟體系統則是對人在認知過程中思維和 創造方式的一種模擬。顯然，計算機身兼二職，它既是模擬的產物，反過來又是對人類思維 進行模擬的工具。由於人們對事物的認識過程實際上是一種大腦對事物的建模過程，而計算 機本身所具有的這種雙重特性，使計算機建模成為可能，即它的模擬過程就是一種把人類的 先驗知識轉化給計算機的過程。計算機對思維的模擬特性使得它從理論上可以表徵所有的人 類知識，包括外部環境和對人類自身的知識。…所以藉助計算機模擬方法，可以對真實世界進 行模擬。隨著科學研究的深入，計算機模擬成為一種重要的研究方法，它的積極作用也日益 彰顯。 二、計算機模擬的積極作用 （1）計算機模擬解決了傳統數學分析方法所不能解決的問題 傳統的數學分析只是孤立地研究某個組成部分，並不考慮相互作用的整體行為，它只適 用於各個部分相加之和等於整體行為的系統，也就是系統的組成部分之間存在線性關系時， 它才是有效的。但是，在我們生活的每一個地方都面臨著復雜的非線性系統，特別是在生命、 行為、社會和環境科學以及現代技術或醫學的應用領域中（例如癌症的研究、衰老研究），涉 及非常重要的復雜性的問題領域。由於這些領域內的非線性系統並不遵循疊加原理，即使我 們把非線性的復雜系統分解成我們能夠認知的簡單子系統，但由於眾多的子系統之間存在著 相互作用，這使得系統的整體行為要比各個子系統的行為復雜得多。所以我們要想揭開這些 復雜系統其中的奧秘，解決與人類生存狀況密切相關的問題，並從中得出更深層次的解釋， 牛頓的經典數學和統計方法已不能獨自完成。復雜性科學的先驅者之一霍蘭（Holland）在研 究復雜系統變數之間的這種「相互作用」時指出，即使各部分間只存在極少量的簡單的相互 作用，我們也不能再用分析的方法給出復雜性研究的結論。 面對無法用傳統方法進行分析的復雜的系統，從20．世紀80年代末開始，美國聖菲研究 所（Santa Fe Institute）從事復雜性研究的科學家們試圖找到控制復雜系統作用的基本原理， 他們以計算機為工具，發起了計算機模擬實驗的方法論革命。同是聖菲研究所和洛斯亞拉莫 斯國家實驗室成員的拉斯穆森和巴里特指出：由於與生俱來的系統復雜性（如復雜的生命現 象），在科學和工程這兩個研究領域中，如果只使用分析性的方法並不能為自己感興趣的性 質或引起一種現象的詳細情況建立一個適當的、明確的模型，即使是在其他的並不是很復雜 的情況下，這個現象的模型仍然沒有被推導出來。【2】由於計算機模擬能把分析上難以處理的問 題（如三體問題）變成計算上易於處理的問題，所以在分析性方法不易處理的情況下，人們 開始越來越多地使用計算機模擬的綜合方法。 （2）計算機模擬是一種靈活有效的模擬工具，為建構理論知識提供一個主要方法 作為一種模擬工具，計算機模擬是靈活的。根據計算機模擬的定義，計算機模擬指的是 對一個系統演化過程進行動態模擬的可運算的計算機程序。也就是說，計算機模擬之所以能 模擬諸多現象，主要藉助的是它的程序。計算機的程序設計語言被證明是便於進行模擬的， 而計算機的程序設計語言又是極其豐富的（自20世紀50年代出現FORTRAN語言以來，已 有數百種計算機高級程序設計語言，最常見的也有幾十種），這些豐富的編程語言可以方便、 靈活地描述系統的狀態以及復雜的進程。同時計算機程序中涉及的基本語句少，但卻具有強 大的功能，如可以靜態地表示邏輯關系、表示模糊數值或隨機數值：也可以動態地進行數值 計算、表示時間進程和活動的過程。所以有人說，當一切方法都用盡，再也沒辦法解決問題 時，不妨試試計算機模擬。【j1 在眾多科學學科中，有些學科（如物理學）的理論發展較為成熟，但有些新興學科或者 是綜合學科（如生命科學、心理學、系統科學等）中卻缺少那些對現象進行解釋的簡潔優美 的理論，在這些學科中，對現象的解釋典型地是用自然語言敘述表達出來，而且並不總是建 立在明確完整的範式基礎之上的。而計算機模擬是一個從代表了系統行為的計算模型的執行 過程中獲得結果的動態過程，它可以通過復制系統的行為提供獲取計算模型的途徑。按照這 個觀點，計算機在模擬過程中並不需要一種用於分析的結論性的理論，就能動態地模擬出較 為直觀、較為清晰的結果，如可以列印的數據、動態變化的圖形等等。這樣，在缺乏滿意理 論的前提下，計算機模擬的結果，可以積極參與建立理論框架，在創立科學理論中發揮著重 要的作用。 （3）計算機模擬是一種特殊的科學實驗 在科學研究中，並不是所有的科學問題都能直接付諸於實驗的，隨著研究的深入，越來 越多地出現了許多非實驗所能解決的問題，這主要是指那些由數量大、關系復雜的子系統所 組成的非線性系統引起的問題。面對這些復雜系統，計算機模擬無論在應用方面還是在認識 論方面都表現出重要的作用，它可以幫助科學家研究那些不能用傳統的實驗方法進行研究的 問題。在這種意義上，可以把計算機模擬看成是一種區別於傳統的實驗方法的特殊的科學實 驗。我們這里所說的傳統的實驗指的是為實現某種目的，實驗人員在實驗室中對實驗儀器的 操作過程。以生物學為例，這種傳統的實驗指的是在生物體內或在生物體外（如在試管內） 完成的實驗。相對於傳統的實驗模式，計算機模擬處理速度快且經濟安全，它能起到實驗的 作用且它的應用領域又不只局限於實驗。 以計算機模擬形式完成的特殊實驗通常被稱為硅實驗，這類實驗是通過運行計算機程序 來完成的，它具有兩種功能：第＿個功能是干預（加快或減慢或中斷）實驗過程，如可以隨 時運行、停止、接受檢查，並可以在新的條件下重新開始運行，這些都是難以從實際實驗中 得到的，而在大多數現實的動態系統中也是無法實現的（如生態系統和經濟系統）。藉助這個 功能，在需要推動事物的正常發展過程時，計算機模擬可以實現這種目標；第二個功能是模 塊化。這里我們所說的模塊化主要是從功能角度而言，模塊類似「黑箱」，更形象地說就是將 其「打包」或者是「封裝」，也就是在對系統進行模擬實驗時，無需了解它的各令子系統的內 部結構，只需知道它具有什麼功能就可以了。其優點是在對被模擬系統進行計算機模擬時不 用深究其變動機理，只要從實際數據或直觀感覺出發，進行模擬，然後根據模擬結果進行反 饋控制，修改模擬程序，最後使模擬結果盡可能地接近真實數據。 另外，由於實際實驗的局限性，常用計算機模擬來代替實際的實驗來研究那些難以達到 的系統，如對微觀或宏觀世界中的許多系統進行探索時，計算機模擬方法扮演著重要的作用。 由於這個原因，模擬被看成是在現實中不可能完成的實驗的替代物，這里的不可能性是從理 論或者是實踐的角度而言：從理論的角度來說，不可能的實驗指的是分析與事實相反的情況， 例如去研究與真實事物有差別的某些基本常數（如，電子的電荷）可能具有的數值；從實踐 �9�9 168�9�9 的角度來說，不可能的實驗指的是對我們不可能接近的諸如一顆恆星的內部結構這樣的對象 進行的研究或操作。所以在科學研究中，計算機模擬不只是實驗，它是一種特殊的科學實驗， 一種理論上的模型實驗，一種思想實驗，它是聯系理論與實驗之間的橋梁。〔41 盡管計算機模擬方法還存在著諸多局限性，∞但這與它在科學研究中的推動作用比較而言 則是小巫見大巫。以系統科學的發展為例，現代系統思想在上世紀初就已經在科學和工程中 初露端倪，但直到20世紀的40年代末50年代初期全電子數字計算機出現後，它的重要性才 日趨顯現並在短短幾年的時間里迅速發展起來。計算機模擬方法的出現說明了為什麼在計算 機技術出現之前，對具有復雜性特徵的系統的研究無法獲得成功的原因，也說明了為什麼現 在系統科學的發展與計算機技術的發展關系如此密切。《一種新科學》（ANew Kind ofScience） 的作者沃爾夫拉姆曾經提出，科學正處在一種新型研究方法變革的重大時期，這種新型的研 究方法就是計算機模擬實驗。〔5】以計算機為運行平台的模擬方法是自1 7世紀伽利略創建受控 實驗的科學方法以來的又一種具有劃時代意義的科學研究方法，它不僅彌補了人類思維的弱 點，也緩解了人們在研究工具上的局限性。計算機模擬方法的蓬勃發展承載著社會的發展， 促進了科學研究的進步，提高了人類認識的能力。計算機模擬方法作為一種科學的研究方法， 無論在實踐上還是在理論上，都具有重要的作用，是不可或缺的。

⑵ PCR的反應包括三個主要步驟

PCR由變性-退火-延伸三個基本反應步驟構成：

1、模板DNA的變性：模板DNA經加熱至93℃左右一定時間後，使模板DNA雙鏈或經PCR擴增形成的雙鏈DNA解離，使之成為單鏈，以便它與引物結合，為下輪反應作準備；

2、模板DNA與引物的退火（復性）：模板DNA經加熱變性成單鏈後，溫度降至55℃左右，引物與模板DNA單鏈的互補序列配對結合；

3、延伸：DNA聚合酶由降溫時結合上的引物開始沿著DNA鏈合成互補鏈。此階段的溫度依賴於DNA聚合酶。該步驟時間依賴於聚合酶以及需要合成的DNA片段長度。

傳統的Taq估計合成1000bp大概需要1分鍾、較新的Tbr（來自於嗜熱菌Thermusbrockianus）約40秒、商業公司生產的融合型聚合酶僅需約10-15秒。有修正功能的則會比較慢。

(2)鏈式反應模擬編程擴展閱讀：

實例

優化聚合酶鏈式反應:

在實踐中，聚合酶鏈式反應可以因各種原因而失敗，部分原因是由於其對於污染的敏感性，導致擴增錯誤的DNA產物。正因為如此，人們已經開發了一些技術和步驟來優化聚合酶鏈式反應條件。將聚合酶鏈式反應前的混合物與潛在DNA污染物分開的實驗室方案和流程解決了外源DNA的污染問題。

這通常包括從用於分析的區域分理出聚合酶鏈式反應的設定區域或者說聚合酶鏈式反應產物的純化，一次性塑料製品的使用，及對反應裝置之間的工作檯面徹底清潔。引物的設計技術在改善聚合酶鏈式反應產物產率和避免雜產物的形成是很重要的。

替代緩沖成分和聚合酶的使用有助於較長或存在其他問題的DNA區域的擴增。在緩沖體系中加入試劑，如甲醯胺，或會增加聚合酶鏈式反應的特異性和產量。可以利用計算機模擬理論聚合酶鏈式反應結果（電子聚合酶鏈式反應），以協助在引物設計。

⑶ 對於裂變及鏈式反應，利用我們現在的條件無法進行實驗以便進行觀察和研究，但可以用如圖所示的實驗進行模

用如圖所示的實驗進行模擬，這種研究物理問題的方法叫模型法．鏈式反應釋放的能量如果讓其 緩慢釋放，就可以被我們進行和平利用，如果不控制的核裂變就可以用來製造原子彈．
故答案為：模型；緩慢釋放；不可控的核裂變．

⑷ 求詳細解答：對於裂變及鏈式反應，

⑸ DNA計算機開山之作「推銷員問題」的解決是怎麼一回事啊，有木有人知道啊，求具體的操作過程

與由晶元和電路組成的傳統計算機不同計算機的原材料是人工製作的片斷傳統計算機是將數據轉化成和後再進行處理而計算機則是將數據轉化成鹼基序列傳統計算機依靠電信號來控制而計算機則通過控制分子間的生化反應來完成運算。 由以色列魏茨曼研究所研製的這種計算機只有幾個納米大它能察覺到細胞中信使核糖核酸的異常。信使的作用是充當生成蛋白質的中間媒介傳遞遺傳信息。在試管實驗中該計算機對與肺癌和前列腺癌相關的異常信使非常敏感。在發現異常的信使後它便釋放出由控制生成的抗癌葯這種葯物能抑制與腫瘤相關的基因表達。計算機的研製尚處起步階段要將其應用到臨床可能還需要等待數十年。但是美國威斯康星大學的計算機專家勞埃德·史密斯說「這種新型計算機是第一種使用做原料並釋放葯物的計算機首次實現了輸入和輸出的生物化。這就意味著它能夠與活的生物系統相融合。」 目前這種計算機只能在特殊的鹽溶液中發揮作用。研究人員指出要用它來真正診治癌症還必須解決許多難題其中最重要的就是使其在生物環境中持續工作。研究人員預測未來的計算機要比目前這種樣機復雜得多。它應該能夠識別與癌症相關的多種分子而不僅是信使。另外它還能釋放多種葯物而不只限於葯品。在這種計算機真正用於臨床之前還必須進行組織培養液、低等生物、哺乳動物和人體試驗 上海交通大學生命科學研究中心和中科院上海生命科學院營養科學研究所最近於試管中完成了DNA計算機的雛形研製在實驗上把自動機與表面DNA計算結合到了一起。這在中國乃屬首次相關論文已發表在中國《科學通報》49卷第1期的英文版上。 據介紹這一DNA計算機採用雙色熒游標記對輸入與輸出分子進行同時檢測用測序儀對自動運行過程進行實時監測用磁珠表面反應法固化反應提高可控性操作技術等以至最終在一定程度上完成模擬電子計算機處理0.1信號的功能將來通過計算晶元技術把電子計算機的計算功能進行本質上的提升在理論上和潛在的應用上都有重大意義。 近年來利用遺傳物質DNA分子中蘊含的計算能力開發具有強大功能的DNA計算機成為計算機科學家和生物學家的夢想。1994年埃德曼用DNA分子解決了電子計算機原則上不能解決的「郵遞員問題」揭開了DNA計算機研究的新紀元。2001年由以色列魏茨曼研究所首先完成的基於DNA分子的自動機模型被評選為當年的國際十大新聞。 上海交通大學生命科學研究中心主任賀林教授認為目前的DNA計算機尚處在襁褓階段還不具商業運用價值但是其強大的並行運算能力和以生物分子為計算物質的特徵是傳統電子計算機所不具備的。 賀林教授說在不久的將來DNA計算機可被用來開發新一代的基因分型技術處理基因組的信息或用注入到人體內的DNA計算機進行基因治療。如果DNA代表生命科學計算機代表信息科學DNA計算機這個典型的交叉課題或許是後基因組時代生命學科與信息學科大融合、大碰撞的一個縮影。編輯王秀 埃胡德教授以及以色列魏茲曼學院的研究人員在數年前就建造了最小的生物分子計算機現在在實驗室的實驗中他們已經能夠使它分析生物信息發現和治療前列腺癌和肺癌。埃胡德說我們已經給它增加了輸入/輸出系統它能夠診斷出疾病並在試管中製造出相應的葯物。 這種計算機的尺寸非常地小一滴水中就可能包含有1成億個計算機。它的輸入/輸出模塊以及軟體都是由DNA分子構成的。 這一技術能夠給癌症等疾病在未來的診治帶來革命性的變化無需再進行切片檢查DNA計算機能夠在人體內的組織中診斷疾病。埃胡德說我們的醫療計算機可能被看作一種葯物由血液帶到全身的各處檢查每個細胞是否已經發生了病變。 它能夠使醫生在腫瘤形成前治療癌症如果疾病已經擴散到身體的其它部分它會向「頑固的」細胞釋放葯物。不同的輸入模塊能夠診治不同的疾病。 現在生物計算機還只能在鹽溶液中工作要把它應用到實際的疾病診斷中還有很多障礙需要突破。既要確保計算機能夠在人體內的生物環境下繼續正常工作又不能對人體自身的免疫系統造成混亂即要做到絕對安全這顯然是非常必要的夏皮羅說。 它們也應該比現在的原型要復雜不僅僅是辨認跟癌症有關的RNA還要分配各種葯物也不僅僅是DNA療法。它們需要接受在細胞環境、組織、單個器官和動物體內的實驗最終才能用在人身上。 試管中參與生化反應的分子很多相當於大批的DNA計算機在同時工作盡管生化反應有時需要很長的時間但極其大量一個摩爾的DNA溶液含有10的23次方個分子每個分子都是一台計算機的DNA計算機同時運算運算速度能達到每秒10億次的高速。而且DNA計算機的能耗非常低耗能只有電子計算機的一百億分之一而它的存儲密度卻大約是人們通常使用的磁碟存儲器的10000億倍這些都是DNA計算機的優點。」 夏院士對記者說「但DNA計算機也存在兩大缺陷由於生化反應本身存在一定的隨機性所以這種運算的結果也就不完全精確。另外參與運算的DNA分子之間不能像傳統計算機一樣進行通訊只能『各自為戰』這對於DNA計算機今後處理一些大型計算也是一種缺陷。」 「最主要的是DNA計算機面對的這些障礙現在看來都是『難以逾越的』所以除了針對一些特定問題DNA計算機在實際應用上還不如納米計算機更有希望。」夏院士最後強調說。 新浪科技訊 據美國《新科學家》網站美國東部時間8月18日北京時間8月19日消息 世界第一台可運行游戲程序的DNA計算機現已面世。該系統命名為「MAYA」是目前第一個互動式DNA計算處理系統。該系統是以生化酶為計算基礎來運算簡單游戲。 DNA計算機是美國南加州大學萊昂納德-阿德爾博士於1994年提出的奇妙構思DNA計算機通過控制DNA分子間的生化反應來完成運算。DNA分子之間的反應可取代CPU進行計算處理 。目前的DNA計算技術都必須將DNA溶於試管液體中。 該DNA計算系統是由美國哥倫比亞大學米蘭-斯托賈諾維克Milan Stojanovic和新墨西哥大學達克-斯蒂芬維克Darko Stefanovic研製開發的。以色列魏茨曼科學研究所科比-貝尼桑Kobi Benenson稱「用復雜的DNA分子反應作為邏輯通道進行數據處理並實現具體的游戲程序是DNA計算處理技術上的一個里程碑。」 通過生化酶不同的反應可實現比井字游戲更為復雜的計算處理。但是斯托賈諾維克和斯蒂芬維克表示「盡管DNA計算機可順利運行而無需人為性干預。但是DNA計算機遠不及硅晶元計算機因為在人機交互處理中人為操作與DNA計算機的交互不能像硅晶元計算機那樣很好地結合在一起。」目前很少有人能戰勝MAYA斯托賈諾維克已經輸給MAYA100多次。他指出「我們應該改動游戲程序讓電腦輸幾次使玩家感受到勝利的喜悅。」 倫敦大學計算機科學家彼得-本特利Peter Bentley說「這是一項非常有趣的研究成果。但是該系統只是一個新奇的事物目前僅限於井字游戲尚不能拓展至更廣闊的 新華網華盛頓3月18日電記者毛磊美國科學家利用簡單的DNA計算機在實驗中為一個有24個變數、100萬種可能結果的數學難題找到了答案。這是迄今利用非電子化計算手段解出的最復雜數學問題表明DNA計算機研製又邁出了重要一步。 美國南加利福尼亞大學教授阿德勒曼將這一研究成果發表在新一期美國《科學》雜志上。 DNA脫氧核糖核酸是生物遺傳的物質基礎它通過4種核苷酸的排列組合存儲生物遺傳信息。將運算信息排列於DNA上並通過特定DNA片段之間的相互作用來得出運算結果是DNA計算機工作的主要原理。 阿德勒曼教授是DNA計算機研究領域的先驅。他於1994年在實驗中演示DNA計算機可以解決著名的「推銷員問題」首次論證了這種計算技術的可行性。「推銷員問題」用數學語言來說是要求在7個城市間尋找最短的路線這一問題相對簡單心算就可以給出答案。 但這次阿德勒曼教授用DNA計算機演示新問題難度就大多了靠人腦的計算能力基本無法處理。這一邏輯問題名叫「NP完全3-SAT問題」聽起來不知所雲但可以形象化地表述如下 假設你走進一個有100萬輛汽車的車行想買一輛稱心的車。你向銷售員提出了一大堆條件如「想買一輛4座和自動檔的」「敞蓬和天藍色的」寶馬車等等加起來多達24項。在整個車行中能滿足你所有條件的車只有一輛。從理論上說銷售員必須一輛輛費勁地找。傳統的電子計算機採用的就是這種串列計算的辦法來求解。 阿德勒曼等設計的DNA計算機則對這一問題進行了並行處理。他們首先利用DNA片段編碼了100萬種可能的答案然後將其逐一通過不同容器每個容器都放入了代表24個限制條件之一的DNA。每通過一個容器滿足特定限制條件的DNA分子經反應後被留下並進入下一個容器繼續接受其它限制條件的檢驗不滿足的則被排除出去從解決這個問題的過程中可以看出理論上DNA計算機的運算策略和速度將優於傳統的電子計算機。阿德勒曼教授說雖然他們的新實驗進一步提高了DNA計算機模型的運算能力但總的來說DNA計算機錯誤率還是太高要真正超越電子計算機還需要在DNA大分子操縱技術等方面有大的突破。 人們正在探索將光電子學和生物工程這兩個最尖端的技術引入計算機領域研製超小型、超高速、超大容量的新型計算機並對此充滿信心。人們對光子計算機的設想是1根據光學空間的多維特性為計算機設計新的邏輯結構和運算原理。2充分利用光子元件體積小傳送信息速度快的特點用超高速大容量的光子元件替代目前計算機中使用的硅化學元件用光導纖維或光波代替普通金屬導線。 仿生計算機的設計思路與光子計算機有異曲同工之妙1通過對生物的腦和神經系統中信息傳遞、信息處理等原理的進一步研究設計全新的仿生模式計算機並與人工智慧的研究相互借鑒、共同發展。2模擬生物細胞中的蛋白質和酶等物質的產生過程製造出仿生集成晶元來替代目前計算機中使用的半導體元件。 50年前年輕的美國科學家詹姆斯·沃森和英國科學家弗朗西斯·克里克正式提出了DNA脫氧核糖核酸的雙螺旋結構模型。DNA結構這一分子生物學中最基本的謎團揭開後釋放出了驚人的能量。這50年來因為DNA的研究而涌現出來的基因克隆、基因組測序、聚合酶鏈式反應等技術直接促進了現代生物技術產業的興起。可以說DNA雙螺旋結構的發現為現代基因工程奠定了基礎。 事實上DNA的影響力遠不止於生物領域它直接啟發了區別於傳統電子計算機計算模式的DNA計算機的出現。1994年DNA計算機誕生於南加利福尼亞大學萊昂那多·阿德萊曼Leonard Adleman教授的試管中據說這一設想是受到沃森所著的《基因分子生物學》教科書的啟發。雖然在9年之後的今天DNA計算機還只是科學之樹的「嫩枝」科學界對其態度也見仁見智。但在「尋找硅的替代物」已成為一場如火如荼的運動的今天DNA計算依然是值得探索的方向。 DNA啟發計算。與傳統的硅電子計算機「看得見、摸得著」並有著越來越精緻的外型不同的是目前的DNA計算機還都只是躺在試管里的液體。之所以會構造出如此古怪的計算機其原因在於科學家普遍認為目前計算機的縮微化已接近極限。摩爾定律告訴我們晶元製造商大約每18個月就會把擠在指甲蓋那麼大的矽片里的晶體管數量增加一倍而事實的確如此。物理學定律則認為這種成倍增長的速度不會永遠持續下去。最終晶體管會變得非常小小到只有幾個分子那麼大。在這樣小的距離里起作用的將是古怪的量子定律電子會從一個地方跳到另外一個地方而不穿過這兩個地方之間的空間就像破漏的消防水管中的水這時的電子會越過導線和絕緣層從而產生致命的短路。因此人們需要掌握能製造出體積更微小的計算機的技術目前談得較多的DNA計算機、量子計算機、光子計算機、分子計算機就是這一領域主要的探索方向。 就現在的情況下還難以預測下一代計算機將會是什麼樣的或許未來的計算機晶元是一滴溶液。可千萬別小看這一滴溶液阿德萊曼當年就是用一滴溶液解決了著名的「推銷員問題」即哈米爾頓Hamilton的路徑問題要求在7個城市間尋找最短路線雖然這一問題相對簡單人類的心算就可以解決但這是對DNA計算技術可行性的首次論證。去年阿德萊曼又利用簡單的DNA計算機為一個有著24個變數、100萬種可能結果的數學難題這一邏輯問題名為「NP完全3-SAT問題」找到了答案而這樣的計算就連傳統計算機都不易做到。其實DNA計算機的最大優點在於其驚人的存貯容量和運算速度。一立方厘米的DNA上存儲的信息比一萬億張光碟存儲的還多十幾小時的DNA計算就能相當於所有電腦自問世以來的總運算量。 更重要的是DNA計算機的能耗非常低只有電子計算機的一百億分之一。雖然目前單個DNA計算機的運算速度比傳統計算機慢得多但由於它能夠同時執行大量的運算如一根試管可容納一萬億個DNA計算機這些計算機可以同時並發運算如此看來「稚嫩」的DNA計算機至少非常適合於解決那些需要窮盡各種計算結果的「組合問題」。 何時突破「試管」一些科學家預計十到二十年後DNA計算機將進入實用階段。當然也有不少科學家對此提出了質疑。畢竟九年的時間對於看清楚可能會對未來產生重大影響的技術的前途來說實在太短。不說別的可自動運行的DNA計算機也才誕生了不足兩年早先的DNA計算機需要研究人員的一點「手工」推動如改變溫度或添加化學物。 這台世界上首次在輸入、輸出系統及軟硬體均由生物分子製成的自動編程運算式DNA計算機誕生在以色列的魏茨曼學院該學院的埃胡德·沙皮羅教授在發表這項成果的同時表示「目前這種計算機的功能尚顯單一在現實生活中不能馬上應用而且太小了人們每次無法僅使用其中的一台。」另外參與運算的DNA分子之間並不能像傳統計算機一樣進行通訊只能「各自為戰」。DNA計算機的弊端還不僅如此。當年阿德萊曼的「試管計算機」在幾秒內得出了所有可能的哈米爾頓路徑後卻不得不再花費數周去揀出那些正確的答案。阿德萊曼在演示了其DNA計算機是如何解決「NP完全3-SAT問題」後也表示雖然他們的新實驗進一步提高了DNA計算機模型的運算能力但總的來說DNA計算機錯誤率還是太高要真正超越電子計算機還需要在DNA大分子操縱技術等方面有大的突破。盡管如此種種的不足並沒有阻礙DNA計算機的進一步發展尤其是其商業化的腳步。 2002年年初奧林巴斯公司與東京大學聯合開發出了全球第一台能夠真正投入商業應用的DNA計算機用於基因的診斷。該計算機由分子計算組件和電子計算部件兩部分組成前者用來計算分子的DNA組合以實現化學反應搜索並篩選出正確的DNA結果而後者則對這些結果進行分析並且能將原來人工分析DNA需要的3天時間縮短為6個小時。除了在醫療領域外如新材料開發領域也在探討DNA計算機的應用力圖通過有效的配置分子達到生產出新材料的目的。這些足以說明DNA計算機正試圖走出只能解決數學問題的有限用途真正開始深入產業。 更令人期待的是一旦微小的計算機成為現實這些「理想」如巨型計算機裝在口袋裡嵌入衣服里的計算機會告訴洗衣機應當用什麼水溫洗滌衣服筆芯中的墨水即將用完時嵌在筆中的計算機能提醒更換筆芯等等都能成真。 四進制與生物計算機。如果計算機採用了四進制會有什麼好處其中最大的好處是能立即節省一半的運算單元並能提高系統的整體運算速度。如果某台電腦需要二十萬個運算單元在採用了四進制後只需十萬個運算單元就能發揮相同的效果。相對於電子計算機生物電腦的運算元件絕對不可能是集成電路或電子管這些與生物特性完全不相乾的東西就像DNA計算機其本身依靠DNA中的A、T、G、C四個獨立鹼基構成先天性的形成了一個四進制組合這與目前半導體開合動作所形成的二進制一樣。 事實上目前最可能成為生物計算機運算單元的也就是DNA或RNA核糖核酸。當然生物電腦仍存在很難突破的瓶頸。僅以運算元件來說DNA或RNA分子的控制畢竟不如集成電路容易況且是控制數以十萬、百萬計的DNA或RNA分子更別提如何辨別這些分子。不過正如當年的核融合技術在真正實現以前也曾遭遇過種種困難最終在海森堡、奧本海默、費曼等物理學家的努力下還是取得了成功一樣相信隨著人類科技的飛速發展待生物科技成熟後具有人工智慧的、能為人類造福的全新計算機技術會在不遠的將來誕生。

⑹ 伊麗莎白二世封了幾個爵士

伊麗莎白二世在位70年裡，封爵或授勛人數達7萬多人。

⑺ （2010南通模擬）聚合酶鏈式反應（PCR技術）是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法，由高溫變性、低溫復

A、PCR技術是一項在生物體外復制特定DNA的核酸合成技術，A正確；
B、PCR技術需要模板DNA，且反應中新合成的DNA又可以作為下一輪反應的模板，B正確；
C、PCR的原理就是DNA的復制，原料應該是脫氧核糖核苷酸而不是核糖核苷酸，C錯誤；
D、應用PCR技術與探針雜交技術可以檢測基因突變，D正確．
故選：C．

⑻ 原子核裂變過程的 M ente- Carlo模擬的意義幫幫忙吧，我自己編的不好

0引言自然界中存在一些放射性元素,如U235,這種元素的原子核極不穩定,會自發地發生裂變。裂變的激烈程度可用放射性物質的半衰期來描述,半衰期是指大量核中有1/2的核發生裂變所需要的時間。U235的半衰期為7億多年。因此任何時刻發生裂變的核只是相對很小的一部分,其釋放的能量只能使其本身微微溫熱。但是,在一定條件下,自發裂變放出的兩個中子會轟擊其他U235核並被吸收,從而引起新的裂變並放出更多的中子,這更多的中子又會引起更多的裂變,依此類推,可迅速釋放出大量能量,甚至引起爆炸,這就是鏈式反應。在當今全球均面臨環境污染及能源危機的背景下,如何有效利用核能已成為人們非常關注的問題[1-5]。由於核反應實驗對安全性的要求極高,因此實驗之前的理論計算和模擬顯得格外重要,目前這方面的研究已經吸引了人們的關注[6-9]。在真實的情況中,放射性物質能否發生鏈式反應與很多因素有關,如放射性物質的濃度、質量、形狀等,本文利用Mente-Carlo方法對鏈式反應過程中與放射性物質的臨界質量和形狀之間的關系進行研究。1鏈式反應的條件由鏈式反應的特點可知,要使鏈式反應能夠持續的進行下去就必須保證裂變產生的兩個中子