生物計(jì)算是一種以DNA、RNA和蛋白質(zhì)等生物大分子為數(shù)據(jù)的計(jì)算。本書較為深入地探討DNA計(jì)算的各個(gè)方面，從基礎(chǔ)理論到實(shí)驗(yàn)操作，再到解的檢測(cè)，都囊括其中。同時(shí)，書中對(duì)RNA計(jì)算和蛋白質(zhì)計(jì)算也進(jìn)行了概述。全書共12章。其中，第1章～第4章詳細(xì)介紹圖與計(jì)算復(fù)雜性、生物計(jì)算數(shù)據(jù)、生物計(jì)算算子（酶與生化操作），以及在DNA計(jì)算中發(fā)揮關(guān)鍵作用的技術(shù)和方法。第5章重點(diǎn)闡述DNA編碼理論與算法。第6章～第8章深入探討枚舉型、非枚舉型、并行型等多種DNA計(jì)算模型的構(gòu)建思路和優(yōu)缺點(diǎn)。第9章與第10章介紹一些DNA計(jì)算在密碼學(xué)、生物信息學(xué)、優(yōu)化問題等領(lǐng)域的應(yīng)用案例。第11章與第12章介紹RNA計(jì)算與蛋白質(zhì)計(jì)算的相關(guān)理論與應(yīng)用。這樣的結(jié)構(gòu)安排旨在為讀者提供一個(gè)全面、系統(tǒng)的生物計(jì)算知識(shí)框架。
本書適合圖論與算法、分子生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物信息學(xué)及人工智能等領(lǐng)域的科研人員、高等學(xué)校師生，以及對(duì)生物計(jì)算感興趣的讀者閱讀。
1.領(lǐng)域前沿：本書全面介紹了生物計(jì)算的三大領(lǐng)域DNA計(jì)算、RNA計(jì)算和蛋白質(zhì)計(jì)算，涵蓋了從基礎(chǔ)理論到實(shí)驗(yàn)操作的全方位內(nèi)容，為讀者提供了一個(gè)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)框架。
2.作者知名：由領(lǐng)域內(nèi)知名學(xué)者著述，整合了多年的研究成果和最新發(fā)現(xiàn)，確保了書籍內(nèi)容的權(quán)威性和實(shí)用性。
3.理論性與實(shí)用性兼?zhèn)洌翰粌H深入探討了生物計(jì)算的理論基礎(chǔ)，還詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)操作和計(jì)算模型，使讀者能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題解決中。
4.案例分析豐富：書中提供了大量的實(shí)際案例分析，如DNA計(jì)算在求解NP完全問題上的應(yīng)用，增強(qiáng)了內(nèi)容的可讀性和實(shí)用性，使讀者能夠更好地理解和掌握生物計(jì)算技術(shù)。
5.跨學(xué)科視角：本書融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，為跨學(xué)科研究者提供了一個(gè)共同的交流平臺(tái)，具有廣泛的吸引力。
許進(jìn)，北京大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。理學(xué)、工學(xué)雙博士，專注于組合優(yōu)化問題的研究。1996年，在國(guó)內(nèi)率先開展生物計(jì)算研究。提出求解圖著色的非枚舉型、并行型等DNA計(jì)算新方法，使生物計(jì)算搜索規(guī)模達(dá)359，實(shí)現(xiàn)迄今國(guó)際上最大規(guī)模的生物計(jì)算實(shí)驗(yàn)。出版學(xué)術(shù)專著7部、譯著1部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇。作為第一完成人，獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、自然科學(xué)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。先后主持國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)、重大國(guó)際合作、專項(xiàng)基金、重大儀器專項(xiàng)、863、國(guó)家重大工程、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃共超十項(xiàng)。擔(dān)任中國(guó)電子學(xué)會(huì)電路與系統(tǒng)分會(huì)副主任委員、中國(guó)通信學(xué)會(huì)云計(jì)算與大數(shù)據(jù)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)網(wǎng)絡(luò)空間安全協(xié)會(huì)理事；Artificial Intelligence Review與《電子與信息學(xué)報(bào)》副主編。曾任軍委科技委領(lǐng)域?qū)＜摇㈦娮訉W(xué)會(huì)圖論與系統(tǒng)優(yōu)化專委會(huì)理事長(zhǎng)、湖北省運(yùn)籌學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、北京市運(yùn)籌學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)空間安全教咨委委員；第一、二、四、五、七、八屆國(guó)際生物計(jì)算機(jī)大會(huì)主席。
第 1 章 緒論 1
11 生物計(jì)算的產(chǎn)生 1
12 計(jì)算機(jī)的一般定義與計(jì)算模型 3
13 生物計(jì)算的研究意義與進(jìn)展 5
參考文獻(xiàn) 7
第 2 章 圖與計(jì)算復(fù)雜性 9
21 圖論基礎(chǔ) 9
211 圖的定義與類型 9
212 圖的度序列 15
213 圖的運(yùn)算 16
214 圖的同構(gòu) 20
215 圖的矩陣 22
216 圖著色 24
22 圖靈機(jī) 30
221 圖靈機(jī)的起源 30
222 圖靈機(jī)的原理、類型及圖靈等價(jià)性 32
23 可計(jì)算性 35
24 計(jì)算復(fù)雜性 36
241 P 問題與NP 問題 36
242 coNP 問題 42
參考文獻(xiàn) 43
第3 章 生物計(jì)算數(shù)據(jù)：DNA、RNA 與蛋白質(zhì) 47
31 DNA 分子 47
311 脫氧核苷酸 48
312 DNA 分子結(jié)構(gòu) 51
313 DNA 分子類型 53
314 DNA 分子特性 59
315 DNA 生化反應(yīng) 63
32 RNA 分子 65
321 RNA 分子的核苷酸 66
322 RNA 分子的結(jié)構(gòu) 68
323 RNA 分子的類型 69
33 蛋白質(zhì)分子 71
331 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 71
332 蛋白質(zhì)的類型 73
333 蛋白質(zhì)計(jì)算輸出檢測(cè)技術(shù) 74
參考文獻(xiàn) 75
第4 章 生物計(jì)算算子：酶與生化操作 78
41 生物計(jì)算常用工具酶 78
411 限制性內(nèi)切核酸酶 78
412 DNA 聚合酶 81
413 DNA 連接酶 85
414 DNA 修飾酶 87
415 核酸酶 87
42 生物計(jì)算的生化操作 88
421 DNA 分子的合成 88
422 DNA 分子的切割、連接及粘貼 89
423 DNA 重組技術(shù) 92
424 變性與雜交 92
425 DNA 分子的擴(kuò)增 92
426 DNA 分子的分離與提取 93
427 DNA 分子的檢測(cè)與讀取 95
428 可用于生物計(jì)算的經(jīng)典生化操作技術(shù) 96
429 可用于生物計(jì)算的新型生化操作技術(shù) 98
4210 生物計(jì)算涉及的新型儀器 103
43 生物計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)：電泳 111
431 基本原理 111
432 凝膠電泳 112
433 免疫電泳 113
434 毛細(xì)管電泳 114
435 介電電泳 115
436 等速電泳 117
44 生物計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)：聚合酶鏈反應(yīng) 117
441 PCR 發(fā)明之旅 118
442 基本原理 119
參考文獻(xiàn) 124
第5 章 DNA 編碼理論與算法 132
51 DNA 編碼的背景與發(fā)展 132
52 DNA 編碼問題 136
521 DNA 編碼的常見約束 137
522 編碼問題及其數(shù)學(xué)模型 143
523 當(dāng)前DNA 編碼算法分類 144
53 基于GC 含量的DNA 編碼計(jì)數(shù)理論 146
531 DNA 編碼計(jì)數(shù)理論 147
532 GC 含量相等的DNA 編碼設(shè)計(jì) 150
54 模板編碼理論與算法 151
541 模板編碼理論 151
542 模板編碼的搜索算法 153
543 編碼的熱力學(xué)穩(wěn)定性 154
544 模板集的優(yōu)化 155
55 進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化DNA 編碼理論與算法 156
551 進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化DNA 編碼理論 157
552 基于進(jìn)化多目標(biāo)優(yōu)化的DNA 編碼算法框架 159
56 隱枚舉編碼理論與算法 160
561 隱枚舉編碼理論 161
562 隱枚舉算法的應(yīng)用 162
參考文獻(xiàn) 165
舉型DNA 計(jì)算模型 173
61 有向哈密頓路徑問題的DNA 計(jì)算模型 173
62 可滿足性問題的DNA 計(jì)算模型 176
63 圖的最大團(tuán)與最大獨(dú)立集問題的DNA 計(jì)算模型 181
64 0-1 規(guī)劃問題的DNA 計(jì)算模型 184
65 圖頂點(diǎn)著色問題的DNA 計(jì)算模型 186
參考文獻(xiàn) 190
第7 章 非枚舉型圖頂點(diǎn)著色DNA 計(jì)算模型 194
71 基本思想 194
72 生物實(shí)現(xiàn) 195
721 生物操作步驟 195
722 實(shí)例分析與相關(guān)生化實(shí)驗(yàn) 196
73 計(jì)算模型分析 207
74 其他非枚舉型DNA 計(jì)算模型 208
參考文獻(xiàn) 210
第8 章 并行型圖頂點(diǎn)著色DNA 計(jì)算模型 212
81 模型與算法 212
811 子圖劃分與橋點(diǎn)的確定 213
812 子圖頂點(diǎn)排序與子圖中每個(gè)頂點(diǎn)顏色集的確定 216
813 DNA 序列的編碼 218
814 根據(jù)探針圖確定探針 219
815 初始解空間的合成 221
816 非解刪除 221
817 子圖逐級(jí)合并與非解刪除 222
818 解的檢測(cè) 222
82 具體算例 223
821 子圖劃分與顏色集確定 223
822 編碼 223
823 構(gòu)建初始解空間 223
824 子圖刪除非解 224
825 子圖合并與非解刪除 227
83 復(fù)雜性分析 230
831 降低初始解空間的復(fù)雜性 230
832 提高并行性 232
參考文獻(xiàn) 236
第9 章 探針機(jī) 237
91 探針機(jī)的產(chǎn)生背景 237
92 探針機(jī)的原理 239
921 圖靈機(jī)機(jī)理分析 239
922 探針機(jī)的數(shù)學(xué)模型 240
93 探針機(jī)求解哈密頓問題 251
94 連接型探針機(jī)的一種實(shí)現(xiàn)技術(shù) 254
95 傳遞型探針機(jī)與生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 258
96 探針機(jī)功能分析 259
961 圖靈機(jī)是探針機(jī)的一種特殊情況 260
962 圖靈機(jī)能否模擬探針機(jī) 261
963 探針機(jī)的優(yōu)勢(shì) 261
參考文獻(xiàn) 262
第 10 章 DNA 算法自組裝 265
101 DNA Tile 計(jì)算 265
1011 DNA Tile 類型 266
1012 DNA Tile 計(jì)算實(shí)例 269
102 圖靈等價(jià)的DNA Tile 計(jì)算 274
1021 DNA Tile 計(jì)算的數(shù)學(xué)模型 274
1022 DNA Tile 計(jì)算的圖靈等價(jià)性 277
103 可編程DNA Tile 結(jié)構(gòu) 280
104 單鏈DNA Tile 計(jì)算 281
105 基于SST 的通用DNA 計(jì)算 288
1051 基于SST 的迭代布爾電路計(jì)算模型 288
1052 基于可重復(fù)SST 的填充計(jì)算模型 292
106 DNA Origami 計(jì)算 294
1061 DNA Origami 技術(shù) 294
1062 DNA Origami 的可編程自組裝 296
1063 DNA Origami 表面計(jì)算 298
1064 可計(jì)算DNA Origami 結(jié)構(gòu) 299
參考文獻(xiàn) 301
第 11 章 RNA 計(jì)算 305
111 RNA 分子的計(jì)算特性 305
112 解決NP 問題的RNA 計(jì)算模型 306
113 RNA 計(jì)算在邏輯門與邏輯電路方面的相關(guān)研究 308
1131 RNA 分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì) 309
1132 基于分子自動(dòng)機(jī)的RNA 計(jì)算 310
1133 結(jié)合RNA 干擾技術(shù)的RNA 計(jì)算 312
1134 結(jié)合核酶與適配體技術(shù)的RNA 計(jì)算 314
1135 結(jié)合CRISPR/Cas 基因編輯技術(shù)的RNA 計(jì)算 315
1136 與合成生物學(xué)技術(shù)結(jié)合的RNA 計(jì)算 317
參考文獻(xiàn) 319
第 12 章 蛋白質(zhì)計(jì)算 325
121 基于蛋白質(zhì)構(gòu)建邏輯運(yùn)算器 325
1211 酶介導(dǎo)的邏輯運(yùn)算器 326
1212 非酶介導(dǎo)的邏輯運(yùn)算器 336
1213 基于人工設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)的邏輯運(yùn)算器 339
122 基于蛋白質(zhì)構(gòu)建算術(shù)運(yùn)算器 340
123 基于蛋白質(zhì)分子解決NP 完全問題 342
124 蛋白質(zhì)存儲(chǔ) 343
1241 基于細(xì)菌視紫紅質(zhì)的蛋白質(zhì)存儲(chǔ) 343
1242 蛋白質(zhì)基憶阻器 345
參考文獻(xiàn) 350
書單推薦
