DNA计算/会议录/DNA computing

DNA计算/会议录/DNA computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:1 edition (2002年7月1日)
作者:Natasa Jonoska
出品人:
页数:392
译者:
出版时间:2002-12
价格:587.60元
装帧:平装
isbn号码:9783540437758
丛书系列:
图书标签:
  • DNA计算
  • DNA计算
  • 生物计算
  • 计算生物学
  • 计算复杂性
  • 并行计算
  • 分子计算
  • 生物信息学
  • 算法
  • 计算机科学
  • 交叉学科
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This book constitutes the thoroughly refereed post-proceedings of the 7th International Workshop on DNA-Based Computers, DNA7, held in Tampa, Florida, USA, in June 2001.The 26 revised full papers presented together with 9 poster papers were carefully reviewed and selected from 44 submissions. The papers are organized in topical sections on experimental tools, theoretical tools, probabilistic computational models, computer simulation and sequence design, algorithms, experimental solutions, nano-tech devices, biomimetic tools, new computing models, and splicing systems and membranes.

好的,以下是一份关于《生物计算与分子信息学前沿》(暂定书名,旨在涵盖与您提到的主题相关但又不完全重复的领域)的详细图书简介。这份简介将侧重于介绍该书涵盖的领域、主要内容、深度和广度,并尽可能避免提及“DNA计算/会议录/DNA computing”的具体内容,而是聚焦于一个相关的、但具有更广阔视角的计算和信息处理领域。 --- 图书简介:《生物计算与分子信息学前沿》 导言:超越硅基的计算范式 在信息技术飞速发展的今天,我们正站在一个计算范式变革的十字路口。传统上基于电子和半导体技术的冯·诺依曼架构,尽管在过去几十年中取得了令人瞩目的成就,但其在处理复杂性、能耗和数据密集型任务方面已显现出物理极限。面对气候变化、能源危机以及指数级增长的数据洪流,科学界迫切需要探索全新的、更高效、更具可持续性的计算模式。 《生物计算与分子信息学前沿》正是应运而生的重量级著作,它系统性地梳理和深入探讨了利用生物分子系统和自然界信息处理机制进行计算的前沿领域。本书不仅是一次对生物学复杂性的敬畏之旅,更是一次对未来信息处理蓝图的构建实践。它将读者的视野从传统的晶体管世界,引导至分子和细胞层面的精密操作与逻辑实现。 本书聚焦于如何从生命体中汲取灵感,利用DNA、RNA、蛋白质以及细胞网络固有的并行性、高密度存储和自组装特性,构建下一代信息处理系统。 第一部分:分子信息处理的理论基础与工具箱 本部分奠定了理解和设计分子级计算系统的理论基石。它摒弃了对现有计算机体系结构的依赖,转而构建一套适用于生物系统的逻辑框架。 1. 生物分子逻辑门的设计与实现: 本章详细阐述了如何利用核酸链之间的特异性结合(杂交)、酶催化反应、以及RNA干扰机制,来模拟布尔代数逻辑门(AND, OR, NOT, XOR)。内容深入到反应动力学建模,探讨了如何优化这些“分子电路”的开关速度、稳定性和错误率。重点介绍了基于拓扑结构和序列特异性的逻辑单元设计,以及如何通过级联反应实现复杂运算。 2. 信息的存储与读取: 分子系统在信息存储密度上具有无可比拟的优势。本部分深入探讨了利用核酸碱基(A, T, C, G)作为四进制信息载体的高密度存储方案。内容涵盖了序列纠错码在生物存储介质中的应用,以及开发高通量、非侵入式的分子信息读取技术,如先进的荧光成像技术和下一代测序方法(NGS)在数据提取中的角色。 3. 计算模型的生物学映射: 本部分着重于将抽象的计算模型——如图灵机、细胞自动机——映射到真实的生物环境中。探讨了如何将复杂的计算问题转化为分子网络的状态转换问题,并分析了系统尺寸、随机性(热噪声)对计算精度的影响,以及如何利用统计物理学方法来理解和预测分子计算的结果分布。 第二部分:系统集成与自下而上构建 如果说第一部分是蓝图,那么第二部分则是动手实践的指导手册。它关注如何将理论上的逻辑单元组装成具有实际计算能力的复杂系统。 4. 模块化与可编程生物系统: 本书引入了“可编程分子系统”的概念,强调计算单元的可插拔性和模块化设计。详细介绍了利用“支架分子”(Scaffold Molecules)来精确控制反应物空间位置的技术,这对于实现复杂的、多步骤的分子算法至关重要。此外,还涵盖了如何利用人工核酸结构(如DNA折纸技术)来构建纳米尺度的反应容器和信息处理器。 5. 细胞作为计算平台: 本书将视野拓展至活体细胞内部。分析了如何工程化改造细菌或酵母细胞的代谢通路和基因调控网络,使其充当微型生物计算机。内容包括利用合成生物学工具(如CRISPR/Cas系统)精确编辑基因回路,实现环境感应、逻辑判断和响应输出的功能。这部分重点讨论了代谢工程在复杂逻辑网络实现中的潜力与挑战。 6. 分布式与并行计算的分子实现: 分子计算的天然优势在于其极高的并行性。本部分探讨了如何设计能够同时处理海量数据点的分子算法。例如,如何利用分子自组装过程解决优化问题(如旅行商问题),以及如何利用蛋白质-蛋白质相互作用网络进行大规模模式识别。 第三部分:前沿应用与未来展望 本部分将理论和技术转化为实际应用场景,展望了分子信息学在多个关键领域的颠覆性潜力。 7. 分子诊断与智能药物递送: 本书展示了如何将分子逻辑门集成到生物传感器中,实现对疾病标志物的精确识别和多重逻辑判断(例如,“如果标志物A高且标志物B低,则激活治疗”)。更进一步,探讨了“智能药物载体”的设计,这些载体能感知肿瘤微环境的特定分子特征,并仅在目标区域释放治疗药物,实现高度靶向的分子级别治疗。 8. 复杂系统建模与仿真: 在环境科学和材料科学中,需要对高度复杂的、非线性的系统进行模拟。本书介绍了如何利用分子计算框架来高效模拟生态系统的演化、材料的相变过程,以及蛋白质折叠的复杂路径,这些任务对于传统超级计算机而言往往代价高昂。 9. 与量子计算的交叉领域探讨: 最后,本书触及了分子信息处理与量子计算的潜在结合点。探讨了生物分子系统在量子态的编码、维持和操控方面可能提供的独特视角,以及如何利用其固有的随机性来辅助某些特定类型的量子算法的优化。 读者对象 本书面向高等院校的计算机科学、生物工程、合成生物学、生物物理学以及信息科学等领域的研究生、博士后及一线科研人员。对于渴望了解下一代计算技术、寻求跨学科解决方案的工程师和科学家而言,本书提供了必要的深度和广度。它要求读者具备一定的分子生物学基础和离散数学或算法设计背景。 《生物计算与分子信息学前沿》不仅记录了当今研究的成就,更清晰地描绘了通往“生物信息时代”的路线图,是理解和推动该领域发展的必备参考书。

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读后感

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这本书的封面设计很有意思,深邃的蓝色背景下,仿佛能看到分子结构在跳动,一下子就把我拉入了那个充满奇思妙想的计算世界。我一直对生物学和计算机科学的交叉领域非常好奇,这本书的标题《DNA计算/会议录/DNA computing》正中我的下怀。拿到书后,我迫不及待地翻阅了前几章,发现它并没有像一些技术书籍那样堆砌晦涩难懂的公式,而是用非常生动的语言描绘了利用DNA的巨大并行处理能力来解决复杂计算问题的潜力。作者似乎非常擅长把前沿的理论包装得既有深度又不失趣味性。我特别欣赏其中关于生物逻辑门和分子算法设计的那几个章节,它们不仅仅是理论的陈述,更像是对未来计算范式的预演,让人对传统硅基计算的局限性有了更清晰的认识。书中的案例研究部分也很有启发性,那些将实际问题转化为DNA序列操作的思路,简直是鬼斧神工,展现了跨学科思维的魅力。总的来说,对于任何想了解生物计算领域前沿进展的读者来说,这本书都是一本不可多得的入门向导,它提供了一个坚实的概念框架,同时又充满了探索的欲望。

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拿到这本厚厚的会议录,我首先被其详尽的组织结构所震撼。很明显,这不是一本轻松的科普读物,而是汇集了领域内顶尖研究成果的专业文献集。我最关注的是关于DNA存储技术的那几个专题,这部分内容简直是干货满满。会议中不同研究团队对于数据编码、读取错误修正以及长期稳定性的探讨,提供了非常多维度的视角。我注意到一个研究小组提出了一种新型的拓扑结构来提高序列读取的准确性,这个思路非常巧妙,它避开了传统PCR放大的某些固有缺陷。另一组则侧重于实际应用中的能耗问题,他们通过优化酶的反应条件,成功地将分子计算的能耗降低了一个数量级,这对于未来商业化应用至关重要。整本书的论述风格偏向于严谨的实验数据支撑和严密的逻辑推导,对于我这种需要深入了解技术细节的工程师来说,简直是如获至宝。尽管某些数学建模部分需要多次阅读才能完全消化,但那种啃硬骨头的成就感是其他读物无法比拟的。

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说实话,这本书的阅读体验有点像在攀登一座数据的高山。内容密度高到令人发指,每一个章节都塞满了最新的研究发现和尚未解决的挑战。我尝试着从应用的角度切入,尤其对那些尝试用DNA构建“活体计算机”的章节抱有极大的兴趣。书中描述的自我组装纳米机器人和基于DNA的诊断系统,听起来就像是科幻电影里的情节,但作者们却用详实的数据和清晰的实验流程证明了其可行性。我个人对书中关于“非冯·诺依曼”架构的讨论印象深刻,这颠覆了我长期以来对计算过程的固有认知。传统的计算机是串行和集中式的,而DNA计算的并行性和分布式特性,预示着解决特定复杂问题(比如旅行商问题或蛋白质折叠)时具有压倒性的优势。虽然阅读过程中不免要查阅大量的生物化学背景知识,但这反而促使我拓宽了知识面,这本书的价值就在于它能强迫你进行跨学科的深度学习。

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我花了周末整整两天时间来通读这本书中关于“分子计算的理论基础”那部分内容。这本书在阐述DNA作为信息载体的优势时,非常强调其高密度存储和极低能耗的特性,这在数据爆炸的今天显得尤为重要。作者们对信息论在分子系统中的应用进行了深入探讨,例如如何量化分子计算的“信息熵”和“计算效率”。我注意到书中对现有算法的局限性也做了批判性的分析,比如一些算法在序列特异性干扰方面表现不佳。这使得整本书的讨论非常平衡,既展示了DNA计算的巨大潜力,也清醒地指出了当前实验环境的约束。对于那些希望将分子生物学知识应用于开发新型计算架构的研究人员来说,这本书提供了一个无可替代的知识库和灵感源泉。它不是一本让你快速入门的书,而是一本需要你沉下心来,细细品味其中每一篇报告的深度参考资料。

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这本书的学术气息非常浓厚,更像是一份经过严格同行评审的最新研究成果的汇编,而不是一本为大众准备的入门教材。我特别留意了关于“图灵完备性”在DNA计算中的实现路径。不同研究团队提出了多种不同的计算模型,有的基于分子动力学模拟,有的则依赖于特定的酶促反应链式反应。其中一个关于构建可编程分子逻辑门的论文让我眼前一亮,它展示了如何通过设计特定的核酸序列,使其像软件程序一样响应外部信号并执行复杂逻辑判断。这种级别的精细调控能力,令人惊叹于自然界的编码能力。然而,我也发现,尽管技术层面取得了长足进步,但在“规模化”和“通用性”上,目前的DNA计算仍然面临巨大的瓶颈。书中并未回避这些问题,而是坦诚地列出了未来十年需要攻克的难题,这使得整本书的论调既乐观又脚踏实地,是十分难得的。

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