链式反应模拟编程

⑴ 计算机在科学研究中能做什么

自己看下，很抽象的。
计算机模拟在科学研究中的作用 齐磊磊 （华南师范大学公共管理学院，广州，510006） 摘要：机算机模拟在科学研究中具有重要作州：它辅助或替代了传统分析式的数学模 型，提高了对复杂系统的认知程度；作为一种灵活有效的模拟工具，它积极参与建立知识框 架，处理了用传统的实验方法不能进行研究的问题，是一种特殊的科学实验。 关键词：计算机模拟；复杂系统；科学实验：有效性确认 科学研究的目的是为了更好地认识世界，这个认识的过程主要是通过对世界上各种事物、 现象进行阐释分析来实现的：但实际上，世界上大部分的事物纷繁复杂，并不可能都简单地 只用传统的数学分析或统计力学这样的科学方法就可以理解掌握。随着认识对象复杂度的增 加，要想分析随处可见的复杂系统，计算机模拟不失为一个极好的选择。 一、计算机模拟及其可行性 计算机模拟，也称为计算机仿真，是一种以计算机为基础的模拟技术。由于计算机所具 有的独特的计算速度快、存储量大、精确度高等特点，使它适于解决那些规模大、难以解析 化以及不确定性问题。计算机模拟正是随着计算机的快速发展而发展起来的，它的第一次大 规模的发展发生在二战时期的曼哈顿计划中对核爆炸过程的模拟，当时对核爆炸过程的模拟 使用的是蒙特卡罗（Monte Carlo）算法四对12个硬球的模拟。因为一方面，核爆炸的威力和 对生态环境造成的严重危害以及核试验的经费成本等问题决定了直接对核爆炸的链式反应过 程进行频繁的实验是不切合实际的；另一方面，核武器中的原子核数量极其巨大，简单的数 学解析式不可能对如此复杂而庞大的系统进行建模。同时，原子核之间发生反应的短暂性、 核材料的纯度、种类以及核弹头的储存时间和周围环境等因素的影响促使实验人员把目光转 向了一种新的领域——计算机模拟核试验。这种模拟试验除了计算机以外，几乎不需要任何 实验设备，但却能得出大量相当有价值的数据，是一种既经济又实用的实验方法。随后这种 极具潜力的模拟方法被广泛应用到诸多领域中，为人类探索其他学科的发展开辟了新的道路。 一般情况下，计算机模拟始于一个计算机模型的建立，然后是设计一个实现这个模型的 程序。也就是说，它是一个对特定系统的抽象模型进行建模的可运算的计算机程序，是一种 将模型和计算很好地结合起来的方法。传统上，系统的形式模型由数学模型发展而来，这种 数学模型试图从一系列参量和初始条件中预测出系统行为这样一类问题中得到解析解，所阻 计算机模拟主要用来辅助或替代数学模型。在实际应用中，计算机模拟的对象通常是复杂系 统，即那种子系统间具有非线性相互作用的复杂系统或复杂适应系统，如地球生命出现以前 的导致生命的前生命化学反应、生物进化本身、个体生命有机体以及生命系统等等。计算机 模拟方法的涉及领域极其广泛，在物理、化学和生物学等自然科学中，在管理学和语言学等 社会科学中以及经济学、心理学等处于自然科学和人文科学的边缘学科中，计算机模拟已经 成为建模的一个有用的部分，它提高了我们辨明系统真正性质的能力，使我们对这些系统内 ①蒙特卡罗方法是计算机模拟的基础，它基于对大量事件的统计结果来实现一些确定性问题的计算 �9�9 166�9�9 部的活动有更深入的了解。目前看来，计算机模拟在科学领域内的应用实例已经是数见不鲜， 但作为一种科学研究的方法，从方法论的角度对它进行分析却比较少见，所以本文的主要目 的并不是介绍计算机模拟的具体方法，而是分析它在帮助我们认知世界尤其是世界中的复杂 系统时的积极作用及其局限性。首先对计算机模拟的可行性进行简要的说明： 作为计算机模拟方法的运行平台，计算机本身就是人类思维和创造中模拟的产物：计算 机硬件系统是对认知系统的一种形式模拟；而计算机软件系统则是对人在认知过程中思维和 创造方式的一种模拟。显然，计算机身兼二职，它既是模拟的产物，反过来又是对人类思维 进行模拟的工具。由于人们对事物的认识过程实际上是一种大脑对事物的建模过程，而计算 机本身所具有的这种双重特性，使计算机建模成为可能，即它的模拟过程就是一种把人类的 先验知识转化给计算机的过程。计算机对思维的模拟特性使得它从理论上可以表征所有的人 类知识，包括外部环境和对人类自身的知识。…所以借助计算机模拟方法，可以对真实世界进 行模拟。随着科学研究的深入，计算机模拟成为一种重要的研究方法，它的积极作用也日益 彰显。 二、计算机模拟的积极作用 （1）计算机模拟解决了传统数学分析方法所不能解决的问题 传统的数学分析只是孤立地研究某个组成部分，并不考虑相互作用的整体行为，它只适 用于各个部分相加之和等于整体行为的系统，也就是系统的组成部分之间存在线性关系时， 它才是有效的。但是，在我们生活的每一个地方都面临着复杂的非线性系统，特别是在生命、 行为、社会和环境科学以及现代技术或医学的应用领域中（例如癌症的研究、衰老研究），涉 及非常重要的复杂性的问题领域。由于这些领域内的非线性系统并不遵循叠加原理，即使我 们把非线性的复杂系统分解成我们能够认知的简单子系统，但由于众多的子系统之间存在着 相互作用，这使得系统的整体行为要比各个子系统的行为复杂得多。所以我们要想揭开这些 复杂系统其中的奥秘，解决与人类生存状况密切相关的问题，并从中得出更深层次的解释， 牛顿的经典数学和统计方法已不能独自完成。复杂性科学的先驱者之一霍兰（Holland）在研 究复杂系统变量之间的这种“相互作用”时指出，即使各部分间只存在极少量的简单的相互 作用，我们也不能再用分析的方法给出复杂性研究的结论。 面对无法用传统方法进行分析的复杂的系统，从20．世纪80年代末开始，美国圣菲研究 所（Santa Fe Institute）从事复杂性研究的科学家们试图找到控制复杂系统作用的基本原理， 他们以计算机为工具，发起了计算机模拟实验的方法论革命。同是圣菲研究所和洛斯亚拉莫 斯国家实验室成员的拉斯穆森和巴里特指出：由于与生俱来的系统复杂性（如复杂的生命现 象），在科学和工程这两个研究领域中，如果只使用分析性的方法并不能为自己感兴趣的性 质或引起一种现象的详细情况建立一个适当的、明确的模型，即使是在其他的并不是很复杂 的情况下，这个现象的模型仍然没有被推导出来。【2】由于计算机模拟能把分析上难以处理的问 题（如三体问题）变成计算上易于处理的问题，所以在分析性方法不易处理的情况下，人们 开始越来越多地使用计算机模拟的综合方法。 （2）计算机模拟是一种灵活有效的模拟工具，为建构理论知识提供一个主要方法 作为一种模拟工具，计算机模拟是灵活的。根据计算机模拟的定义，计算机模拟指的是 对一个系统演化过程进行动态模拟的可运算的计算机程序。也就是说，计算机模拟之所以能 模拟诸多现象，主要借助的是它的程序。计算机的程序设计语言被证明是便于进行模拟的， 而计算机的程序设计语言又是极其丰富的（自20世纪50年代出现FORTRAN语言以来，已 有数百种计算机高级程序设计语言，最常见的也有几十种），这些丰富的编程语言可以方便、 灵活地描述系统的状态以及复杂的进程。同时计算机程序中涉及的基本语句少，但却具有强 大的功能，如可以静态地表示逻辑关系、表示模糊数值或随机数值：也可以动态地进行数值 计算、表示时间进程和活动的过程。所以有人说，当一切方法都用尽，再也没办法解决问题 时，不妨试试计算机模拟。【j1 在众多科学学科中，有些学科（如物理学）的理论发展较为成熟，但有些新兴学科或者 是综合学科（如生命科学、心理学、系统科学等）中却缺少那些对现象进行解释的简洁优美 的理论，在这些学科中，对现象的解释典型地是用自然语言叙述表达出来，而且并不总是建 立在明确完整的范式基础之上的。而计算机模拟是一个从代表了系统行为的计算模型的执行 过程中获得结果的动态过程，它可以通过复制系统的行为提供获取计算模型的途径。按照这 个观点，计算机在模拟过程中并不需要一种用于分析的结论性的理论，就能动态地模拟出较 为直观、较为清晰的结果，如可以打印的数据、动态变化的图形等等。这样，在缺乏满意理 论的前提下，计算机模拟的结果，可以积极参与建立理论框架，在创立科学理论中发挥着重 要的作用。 （3）计算机模拟是一种特殊的科学实验 在科学研究中，并不是所有的科学问题都能直接付诸于实验的，随着研究的深入，越来 越多地出现了许多非实验所能解决的问题，这主要是指那些由数量大、关系复杂的子系统所 组成的非线性系统引起的问题。面对这些复杂系统，计算机模拟无论在应用方面还是在认识 论方面都表现出重要的作用，它可以帮助科学家研究那些不能用传统的实验方法进行研究的 问题。在这种意义上，可以把计算机模拟看成是一种区别于传统的实验方法的特殊的科学实 验。我们这里所说的传统的实验指的是为实现某种目的，实验人员在实验室中对实验仪器的 操作过程。以生物学为例，这种传统的实验指的是在生物体内或在生物体外（如在试管内） 完成的实验。相对于传统的实验模式，计算机模拟处理速度快且经济安全，它能起到实验的 作用且它的应用领域又不只局限于实验。 以计算机模拟形式完成的特殊实验通常被称为硅实验，这类实验是通过运行计算机程序 来完成的，它具有两种功能：第＿个功能是干预（加快或减慢或中断）实验过程，如可以随 时运行、停止、接受检查，并可以在新的条件下重新开始运行，这些都是难以从实际实验中 得到的，而在大多数现实的动态系统中也是无法实现的（如生态系统和经济系统）。借助这个 功能，在需要推动事物的正常发展过程时，计算机模拟可以实现这种目标；第二个功能是模 块化。这里我们所说的模块化主要是从功能角度而言，模块类似“黑箱”，更形象地说就是将 其“打包”或者是“封装”，也就是在对系统进行模拟实验时，无需了解它的各令子系统的内 部结构，只需知道它具有什么功能就可以了。其优点是在对被模拟系统进行计算机模拟时不 用深究其变动机理，只要从实际数据或直观感觉出发，进行模拟，然后根据模拟结果进行反 馈控制，修改模拟程序，最后使模拟结果尽可能地接近真实数据。 另外，由于实际实验的局限性，常用计算机模拟来代替实际的实验来研究那些难以达到 的系统，如对微观或宏观世界中的许多系统进行探索时，计算机模拟方法扮演着重要的作用。 由于这个原因，模拟被看成是在现实中不可能完成的实验的替代物，这里的不可能性是从理 论或者是实践的角度而言：从理论的角度来说，不可能的实验指的是分析与事实相反的情况， 例如去研究与真实事物有差别的某些基本常数（如，电子的电荷）可能具有的数值；从实践 �9�9 168�9�9 的角度来说，不可能的实验指的是对我们不可能接近的诸如一颗恒星的内部结构这样的对象 进行的研究或操作。所以在科学研究中，计算机模拟不只是实验，它是一种特殊的科学实验， 一种理论上的模型实验，一种思想实验，它是联系理论与实验之间的桥梁。〔41 尽管计算机模拟方法还存在着诸多局限性，∞但这与它在科学研究中的推动作用比较而言 则是小巫见大巫。以系统科学的发展为例，现代系统思想在上世纪初就已经在科学和工程中 初露端倪，但直到20世纪的40年代末50年代初期全电子数字计算机出现后，它的重要性才 日趋显现并在短短几年的时间里迅速发展起来。计算机模拟方法的出现说明了为什么在计算 机技术出现之前，对具有复杂性特征的系统的研究无法获得成功的原因，也说明了为什么现 在系统科学的发展与计算机技术的发展关系如此密切。《一种新科学》（ANew Kind ofScience） 的作者沃尔夫拉姆曾经提出，科学正处在一种新型研究方法变革的重大时期，这种新型的研 究方法就是计算机模拟实验。〔5】以计算机为运行平台的模拟方法是自1 7世纪伽利略创建受控 实验的科学方法以来的又一种具有划时代意义的科学研究方法，它不仅弥补了人类思维的弱 点，也缓解了人们在研究工具上的局限性。计算机模拟方法的蓬勃发展承载着社会的发展， 促进了科学研究的进步，提高了人类认识的能力。计算机模拟方法作为一种科学的研究方法， 无论在实践上还是在理论上，都具有重要的作用，是不可或缺的。

⑵ PCR的反应包括三个主要步骤

PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成：

1、模板DNA的变性：模板DNA经加热至93℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；

2、模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；

3、延伸：DNA聚合酶由降温时结合上的引物开始沿着DNA链合成互补链。此阶段的温度依赖于DNA聚合酶。该步骤时间依赖于聚合酶以及需要合成的DNA片段长度。

传统的Taq估计合成1000bp大概需要1分钟、较新的Tbr（来自于嗜热菌Thermusbrockianus）约40秒、商业公司生产的融合型聚合酶仅需约10-15秒。有修正功能的则会比较慢。

(2)链式反应模拟编程扩展阅读：

实例

优化聚合酶链式反应:

在实践中，聚合酶链式反应可以因各种原因而失败，部分原因是由于其对于污染的敏感性，导致扩增错误的DNA产物。正因为如此，人们已经开发了一些技术和步骤来优化聚合酶链式反应条件。将聚合酶链式反应前的混合物与潜在DNA污染物分开的实验室方案和流程解决了外源DNA的污染问题。

这通常包括从用于分析的区域分理出聚合酶链式反应的设定区域或者说聚合酶链式反应产物的纯化，一次性塑料制品的使用，及对反应装置之间的工作台面彻底清洁。引物的设计技术在改善聚合酶链式反应产物产率和避免杂产物的形成是很重要的。

替代缓冲成分和聚合酶的使用有助于较长或存在其他问题的DNA区域的扩增。在缓冲体系中加入试剂，如甲酰胺，或会增加聚合酶链式反应的特异性和产量。可以利用计算机模拟理论聚合酶链式反应结果（电子聚合酶链式反应），以协助在引物设计。

⑶ 对于裂变及链式反应，利用我们现在的条件无法进行实验以便进行观察和研究，但可以用如图所示的实验进行模

用如图所示的实验进行模拟，这种研究物理问题的方法叫模型法．链式反应释放的能量如果让其 缓慢释放，就可以被我们进行和平利用，如果不控制的核裂变就可以用来制造原子弹．
故答案为：模型；缓慢释放；不可控的核裂变．

⑷ 求详细解答：对于裂变及链式反应，

⑸ DNA计算机开山之作“推销员问题”的解决是怎么一回事啊，有木有人知道啊，求具体的操作过程

与由芯片和电路组成的传统计算机不同计算机的原材料是人工制作的片断传统计算机是将数据转化成和后再进行处理而计算机则是将数据转化成碱基序列传统计算机依靠电信号来控制而计算机则通过控制分子间的生化反应来完成运算。 由以色列魏茨曼研究所研制的这种计算机只有几个纳米大它能察觉到细胞中信使核糖核酸的异常。信使的作用是充当生成蛋白质的中间媒介传递遗传信息。在试管实验中该计算机对与肺癌和前列腺癌相关的异常信使非常敏感。在发现异常的信使后它便释放出由控制生成的抗癌药这种药物能抑制与肿瘤相关的基因表达。计算机的研制尚处起步阶段要将其应用到临床可能还需要等待数十年。但是美国威斯康星大学的计算机专家劳埃德·史密斯说“这种新型计算机是第一种使用做原料并释放药物的计算机首次实现了输入和输出的生物化。这就意味着它能够与活的生物系统相融合。” 目前这种计算机只能在特殊的盐溶液中发挥作用。研究人员指出要用它来真正诊治癌症还必须解决许多难题其中最重要的就是使其在生物环境中持续工作。研究人员预测未来的计算机要比目前这种样机复杂得多。它应该能够识别与癌症相关的多种分子而不仅是信使。另外它还能释放多种药物而不只限于药品。在这种计算机真正用于临床之前还必须进行组织培养液、低等生物、哺乳动物和人体试验 上海交通大学生命科学研究中心和中科院上海生命科学院营养科学研究所最近于试管中完成了DNA计算机的雏形研制在实验上把自动机与表面DNA计算结合到了一起。这在中国乃属首次相关论文已发表在中国《科学通报》49卷第1期的英文版上。 据介绍这一DNA计算机采用双色荧光标记对输入与输出分子进行同时检测用测序仪对自动运行过程进行实时监测用磁珠表面反应法固化反应提高可控性操作技术等以至最终在一定程度上完成模拟电子计算机处理0.1信号的功能将来通过计算芯片技术把电子计算机的计算功能进行本质上的提升在理论上和潜在的应用上都有重大意义。 近年来利用遗传物质DNA分子中蕴含的计算能力开发具有强大功能的DNA计算机成为计算机科学家和生物学家的梦想。1994年埃德曼用DNA分子解决了电子计算机原则上不能解决的“邮递员问题”揭开了DNA计算机研究的新纪元。2001年由以色列魏茨曼研究所首先完成的基于DNA分子的自动机模型被评选为当年的国际十大新闻。 上海交通大学生命科学研究中心主任贺林教授认为目前的DNA计算机尚处在襁褓阶段还不具商业运用价值但是其强大的并行运算能力和以生物分子为计算物质的特征是传统电子计算机所不具备的。 贺林教授说在不久的将来DNA计算机可被用来开发新一代的基因分型技术处理基因组的信息或用注入到人体内的DNA计算机进行基因治疗。如果DNA代表生命科学计算机代表信息科学DNA计算机这个典型的交叉课题或许是后基因组时代生命学科与信息学科大融合、大碰撞的一个缩影。编辑王秀 埃胡德教授以及以色列魏兹曼学院的研究人员在数年前就建造了最小的生物分子计算机现在在实验室的实验中他们已经能够使它分析生物信息发现和治疗前列腺癌和肺癌。埃胡德说我们已经给它增加了输入/输出系统它能够诊断出疾病并在试管中制造出相应的药物。 这种计算机的尺寸非常地小一滴水中就可能包含有1成亿个计算机。它的输入/输出模块以及软件都是由DNA分子构成的。 这一技术能够给癌症等疾病在未来的诊治带来革命性的变化无需再进行切片检查DNA计算机能够在人体内的组织中诊断疾病。埃胡德说我们的医疗计算机可能被看作一种药物由血液带到全身的各处检查每个细胞是否已经发生了病变。 它能够使医生在肿瘤形成前治疗癌症如果疾病已经扩散到身体的其它部分它会向“顽固的”细胞释放药物。不同的输入模块能够诊治不同的疾病。 现在生物计算机还只能在盐溶液中工作要把它应用到实际的疾病诊断中还有很多障碍需要突破。既要确保计算机能够在人体内的生物环境下继续正常工作又不能对人体自身的免疫系统造成混乱即要做到绝对安全这显然是非常必要的夏皮罗说。 它们也应该比现在的原型要复杂不仅仅是辨认跟癌症有关的RNA还要分配各种药物也不仅仅是DNA疗法。它们需要接受在细胞环境、组织、单个器官和动物体内的实验最终才能用在人身上。 试管中参与生化反应的分子很多相当于大批的DNA计算机在同时工作尽管生化反应有时需要很长的时间但极其大量一个摩尔的DNA溶液含有10的23次方个分子每个分子都是一台计算机的DNA计算机同时运算运算速度能达到每秒10亿次的高速。而且DNA计算机的能耗非常低耗能只有电子计算机的一百亿分之一而它的存储密度却大约是人们通常使用的磁盘存储器的10000亿倍这些都是DNA计算机的优点。” 夏院士对记者说“但DNA计算机也存在两大缺陷由于生化反应本身存在一定的随机性所以这种运算的结果也就不完全精确。另外参与运算的DNA分子之间不能像传统计算机一样进行通讯只能‘各自为战’这对于DNA计算机今后处理一些大型计算也是一种缺陷。” “最主要的是DNA计算机面对的这些障碍现在看来都是‘难以逾越的’所以除了针对一些特定问题DNA计算机在实际应用上还不如纳米计算机更有希望。”夏院士最后强调说。 新浪科技讯 据美国《新科学家》网站美国东部时间8月18日北京时间8月19日消息 世界第一台可运行游戏程序的DNA计算机现已面世。该系统命名为“MAYA”是目前第一个互动式DNA计算处理系统。该系统是以生化酶为计算基础来运算简单游戏。 DNA计算机是美国南加州大学莱昂纳德-阿德尔博士于1994年提出的奇妙构思DNA计算机通过控制DNA分子间的生化反应来完成运算。DNA分子之间的反应可取代CPU进行计算处理 。目前的DNA计算技术都必须将DNA溶于试管液体中。 该DNA计算系统是由美国哥伦比亚大学米兰-斯托贾诺维克Milan Stojanovic和新墨西哥大学达克-斯蒂芬维克Darko Stefanovic研制开发的。以色列魏茨曼科学研究所科比-贝尼桑Kobi Benenson称“用复杂的DNA分子反应作为逻辑通道进行数据处理并实现具体的游戏程序是DNA计算处理技术上的一个里程碑。” 通过生化酶不同的反应可实现比井字游戏更为复杂的计算处理。但是斯托贾诺维克和斯蒂芬维克表示“尽管DNA计算机可顺利运行而无需人为性干预。但是DNA计算机远不及硅芯片计算机因为在人机交互处理中人为操作与DNA计算机的交互不能像硅芯片计算机那样很好地结合在一起。”目前很少有人能战胜MAYA斯托贾诺维克已经输给MAYA100多次。他指出“我们应该改动游戏程序让电脑输几次使玩家感受到胜利的喜悦。” 伦敦大学计算机科学家彼得-本特利Peter Bentley说“这是一项非常有趣的研究成果。但是该系统只是一个新奇的事物目前仅限于井字游戏尚不能拓展至更广阔的 新华网华盛顿3月18日电记者毛磊美国科学家利用简单的DNA计算机在实验中为一个有24个变量、100万种可能结果的数学难题找到了答案。这是迄今利用非电子化计算手段解出的最复杂数学问题表明DNA计算机研制又迈出了重要一步。 美国南加利福尼亚大学教授阿德勒曼将这一研究成果发表在新一期美国《科学》杂志上。 DNA脱氧核糖核酸是生物遗传的物质基础它通过4种核苷酸的排列组合存储生物遗传信息。将运算信息排列于DNA上并通过特定DNA片段之间的相互作用来得出运算结果是DNA计算机工作的主要原理。 阿德勒曼教授是DNA计算机研究领域的先驱。他于1994年在实验中演示DNA计算机可以解决着名的“推销员问题”首次论证了这种计算技术的可行性。“推销员问题”用数学语言来说是要求在7个城市间寻找最短的路线这一问题相对简单心算就可以给出答案。 但这次阿德勒曼教授用DNA计算机演示新问题难度就大多了靠人脑的计算能力基本无法处理。这一逻辑问题名叫“NP完全3-SAT问题”听起来不知所云但可以形象化地表述如下 假设你走进一个有100万辆汽车的车行想买一辆称心的车。你向销售员提出了一大堆条件如“想买一辆4座和自动档的”“敞蓬和天蓝色的”宝马车等等加起来多达24项。在整个车行中能满足你所有条件的车只有一辆。从理论上说销售员必须一辆辆费劲地找。传统的电子计算机采用的就是这种串行计算的办法来求解。 阿德勒曼等设计的DNA计算机则对这一问题进行了并行处理。他们首先利用DNA片段编码了100万种可能的答案然后将其逐一通过不同容器每个容器都放入了代表24个限制条件之一的DNA。每通过一个容器满足特定限制条件的DNA分子经反应后被留下并进入下一个容器继续接受其它限制条件的检验不满足的则被排除出去从解决这个问题的过程中可以看出理论上DNA计算机的运算策略和速度将优于传统的电子计算机。阿德勒曼教授说虽然他们的新实验进一步提高了DNA计算机模型的运算能力但总的来说DNA计算机错误率还是太高要真正超越电子计算机还需要在DNA大分子操纵技术等方面有大的突破。 人们正在探索将光电子学和生物工程这两个最尖端的技术引入计算机领域研制超小型、超高速、超大容量的新型计算机并对此充满信心。人们对光子计算机的设想是1根据光学空间的多维特性为计算机设计新的逻辑结构和运算原理。2充分利用光子元件体积小传送信息速度快的特点用超高速大容量的光子元件替代目前计算机中使用的硅化学元件用光导纤维或光波代替普通金属导线。 仿生计算机的设计思路与光子计算机有异曲同工之妙1通过对生物的脑和神经系统中信息传递、信息处理等原理的进一步研究设计全新的仿生模式计算机并与人工智能的研究相互借鉴、共同发展。2模拟生物细胞中的蛋白质和酶等物质的产生过程制造出仿生集成芯片来替代目前计算机中使用的半导体元件。 50年前年轻的美国科学家詹姆斯·沃森和英国科学家弗朗西斯·克里克正式提出了DNA脱氧核糖核酸的双螺旋结构模型。DNA结构这一分子生物学中最基本的谜团揭开后释放出了惊人的能量。这50年来因为DNA的研究而涌现出来的基因克隆、基因组测序、聚合酶链式反应等技术直接促进了现代生物技术产业的兴起。可以说DNA双螺旋结构的发现为现代基因工程奠定了基础。 事实上DNA的影响力远不止于生物领域它直接启发了区别于传统电子计算机计算模式的DNA计算机的出现。1994年DNA计算机诞生于南加利福尼亚大学莱昂那多·阿德莱曼Leonard Adleman教授的试管中据说这一设想是受到沃森所着的《基因分子生物学》教科书的启发。虽然在9年之后的今天DNA计算机还只是科学之树的“嫩枝”科学界对其态度也见仁见智。但在“寻找硅的替代物”已成为一场如火如荼的运动的今天DNA计算依然是值得探索的方向。 DNA启发计算。与传统的硅电子计算机“看得见、摸得着”并有着越来越精致的外型不同的是目前的DNA计算机还都只是躺在试管里的液体。之所以会构造出如此古怪的计算机其原因在于科学家普遍认为目前计算机的缩微化已接近极限。摩尔定律告诉我们芯片制造商大约每18个月就会把挤在指甲盖那么大的硅片里的晶体管数量增加一倍而事实的确如此。物理学定律则认为这种成倍增长的速度不会永远持续下去。最终晶体管会变得非常小小到只有几个分子那么大。在这样小的距离里起作用的将是古怪的量子定律电子会从一个地方跳到另外一个地方而不穿过这两个地方之间的空间就像破漏的消防水管中的水这时的电子会越过导线和绝缘层从而产生致命的短路。因此人们需要掌握能制造出体积更微小的计算机的技术目前谈得较多的DNA计算机、量子计算机、光子计算机、分子计算机就是这一领域主要的探索方向。 就现在的情况下还难以预测下一代计算机将会是什么样的或许未来的计算机芯片是一滴溶液。可千万别小看这一滴溶液阿德莱曼当年就是用一滴溶液解决了着名的“推销员问题”即哈米尔顿Hamilton的路径问题要求在7个城市间寻找最短路线虽然这一问题相对简单人类的心算就可以解决但这是对DNA计算技术可行性的首次论证。去年阿德莱曼又利用简单的DNA计算机为一个有着24个变量、100万种可能结果的数学难题这一逻辑问题名为“NP完全3-SAT问题”找到了答案而这样的计算就连传统计算机都不易做到。其实DNA计算机的最大优点在于其惊人的存贮容量和运算速度。一立方厘米的DNA上存储的信息比一万亿张光盘存储的还多十几小时的DNA计算就能相当于所有电脑自问世以来的总运算量。 更重要的是DNA计算机的能耗非常低只有电子计算机的一百亿分之一。虽然目前单个DNA计算机的运算速度比传统计算机慢得多但由于它能够同时执行大量的运算如一根试管可容纳一万亿个DNA计算机这些计算机可以同时并发运算如此看来“稚嫩”的DNA计算机至少非常适合于解决那些需要穷尽各种计算结果的“组合问题”。 何时突破“试管”一些科学家预计十到二十年后DNA计算机将进入实用阶段。当然也有不少科学家对此提出了质疑。毕竟九年的时间对于看清楚可能会对未来产生重大影响的技术的前途来说实在太短。不说别的可自动运行的DNA计算机也才诞生了不足两年早先的DNA计算机需要研究人员的一点“手工”推动如改变温度或添加化学物。 这台世界上首次在输入、输出系统及软硬件均由生物分子制成的自动编程运算式DNA计算机诞生在以色列的魏茨曼学院该学院的埃胡德·沙皮罗教授在发表这项成果的同时表示“目前这种计算机的功能尚显单一在现实生活中不能马上应用而且太小了人们每次无法仅使用其中的一台。”另外参与运算的DNA分子之间并不能像传统计算机一样进行通讯只能“各自为战”。DNA计算机的弊端还不仅如此。当年阿德莱曼的“试管计算机”在几秒内得出了所有可能的哈米尔顿路径后却不得不再花费数周去拣出那些正确的答案。阿德莱曼在演示了其DNA计算机是如何解决“NP完全3-SAT问题”后也表示虽然他们的新实验进一步提高了DNA计算机模型的运算能力但总的来说DNA计算机错误率还是太高要真正超越电子计算机还需要在DNA大分子操纵技术等方面有大的突破。尽管如此种种的不足并没有阻碍DNA计算机的进一步发展尤其是其商业化的脚步。 2002年年初奥林巴斯公司与东京大学联合开发出了全球第一台能够真正投入商业应用的DNA计算机用于基因的诊断。该计算机由分子计算组件和电子计算部件两部分组成前者用来计算分子的DNA组合以实现化学反应搜索并筛选出正确的DNA结果而后者则对这些结果进行分析并且能将原来人工分析DNA需要的3天时间缩短为6个小时。除了在医疗领域外如新材料开发领域也在探讨DNA计算机的应用力图通过有效的配置分子达到生产出新材料的目的。这些足以说明DNA计算机正试图走出只能解决数学问题的有限用途真正开始深入产业。 更令人期待的是一旦微小的计算机成为现实这些“理想”如巨型计算机装在口袋里嵌入衣服里的计算机会告诉洗衣机应当用什么水温洗涤衣服笔芯中的墨水即将用完时嵌在笔中的计算机能提醒更换笔芯等等都能成真。 四进制与生物计算机。如果计算机采用了四进制会有什么好处其中最大的好处是能立即节省一半的运算单元并能提高系统的整体运算速度。如果某台电脑需要二十万个运算单元在采用了四进制后只需十万个运算单元就能发挥相同的效果。相对于电子计算机生物电脑的运算元件绝对不可能是集成电路或电子管这些与生物特性完全不相干的东西就像DNA计算机其本身依靠DNA中的A、T、G、C四个独立碱基构成先天性的形成了一个四进制组合这与目前半导体开合动作所形成的二进制一样。 事实上目前最可能成为生物计算机运算单元的也就是DNA或RNA核糖核酸。当然生物电脑仍存在很难突破的瓶颈。仅以运算元件来说DNA或RNA分子的控制毕竟不如集成电路容易况且是控制数以十万、百万计的DNA或RNA分子更别提如何辨别这些分子。不过正如当年的核融合技术在真正实现以前也曾遭遇过种种困难最终在海森堡、奥本海默、费曼等物理学家的努力下还是取得了成功一样相信随着人类科技的飞速发展待生物科技成熟后具有人工智能的、能为人类造福的全新计算机技术会在不远的将来诞生。

⑹ 伊丽莎白二世封了几个爵士

伊丽莎白二世在位70年里，封爵或授勋人数达7万多人。

⑺ （2010南通模拟）聚合酶链式反应（PCR技术）是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温复

A、PCR技术是一项在生物体外复制特定DNA的核酸合成技术，A正确；
B、PCR技术需要模板DNA，且反应中新合成的DNA又可以作为下一轮反应的模板，B正确；
C、PCR的原理就是DNA的复制，原料应该是脱氧核糖核苷酸而不是核糖核苷酸，C错误；
D、应用PCR技术与探针杂交技术可以检测基因突变，D正确．
故选：C．

⑻ 原子核裂变过程的 M ente- Carlo模拟的意义帮帮忙吧，我自己编的不好

0引言自然界中存在一些放射性元素,如U235,这种元素的原子核极不稳定,会自发地发生裂变。裂变的激烈程度可用放射性物质的半衰期来描述,半衰期是指大量核中有1/2的核发生裂变所需要的时间。U235的半衰期为7亿多年。因此任何时刻发生裂变的核只是相对很小的一部分,其释放的能量只能使其本身微微温热。但是,在一定条件下,自发裂变放出的两个中子会轰击其他U235核并被吸收,从而引起新的裂变并放出更多的中子,这更多的中子又会引起更多的裂变,依此类推,可迅速释放出大量能量,甚至引起爆炸,这就是链式反应。在当今全球均面临环境污染及能源危机的背景下,如何有效利用核能已成为人们非常关注的问题[1-5]。由于核反应实验对安全性的要求极高,因此实验之前的理论计算和模拟显得格外重要,目前这方面的研究已经吸引了人们的关注[6-9]。在真实的情况中,放射性物质能否发生链式反应与很多因素有关,如放射性物质的浓度、质量、形状等,本文利用Mente-Carlo方法对链式反应过程中与放射性物质的临界质量和形状之间的关系进行研究。1链式反应的条件由链式反应的特点可知,要使链式反应能够持续的进行下去就必须保证裂变产生的两个中子