[發明專利]基于分子計算的米利型狀態機設計方法

有效

• 申請號: 201810255562.9
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108537000B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張川;鐘志偉;戈璐璐;尤肖虎
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G16C20/10
• 分類號: G16C20/10;G16C20/70
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 饒欣

本發明公開了一種基于分子計算的米利型狀態機設計方法，包括以下步驟：S1：針對米利型狀態機特定的時序邏輯功能畫出對應的狀態轉換圖；S2：確定狀態機的初始狀態；S3：如果狀態機的輸入變量只有一個，則所述輸入變量分子通過催化反應將維持當前狀態的催化劑轉化為從當前狀態指向下一狀態的箭頭所對應的催化劑；如果狀態機的輸入變量超過一個，則所有輸入變量分子通過二分子反應壓縮為一種分子，壓縮后的分子將當前狀態的催化劑轉化為從當前狀態指向下一狀態的箭頭所對應的催化劑；S4：轉化后的催化劑根據狀態轉換圖更新狀態變量和輸出變量的值，將輸入變量轉化為與整個化學反應網絡無關的物質。本發明提高了化學反應網絡的物理實現的可行性。

技術領域

本發明涉及基于分子計算的米利型狀態機設計方法。

背景技術

化學反應網絡是由一系列形如的基元反應所構成的集合(包含反應物、生成物、反應速率常數)。化學反應網絡是分子計算的建模語言，為了用分子計算實現邏輯功能，化學反應網絡中反應物、生成物都以雙軌邏輯的形式來表征數字邏輯變量。例如，某一邏輯變量X的2個邏輯值由2種分子X₀、X₁表示，即：若化學反應網絡中出現一定濃度的X₀，代表X的邏輯值為0；若化學反應網絡中出現一定濃度的X₁，代表X的邏輯值為1。

化學反應網絡的物理實現載體是溶液中的化學反應，其中DNA鏈置換反應已在理論上被證明能實現任意的化學反應網絡，前提是化學反應網絡中只包含雙分子反應和單分子反應。前人已提出了用化學反應網絡設計基于時鐘驅動的狀態機方法，其缺點在于實現該狀態機需要依靠化學反應網絡產生的時鐘來驅動。雖然化學反應網絡可以在理論上仿真出時鐘信號，但是其相應的物理實現(如：DNA鏈置換反應)具有很大的難度，且至今沒有相關的成熟技術。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種不需要時鐘驅動的基于分子計算的米利型狀態機設計方法。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的基于分子計算的米利型狀態機設計方法，包括以下步驟：

S1：針對米利型狀態機特定的時序邏輯功能畫出對應的狀態轉換圖，狀態轉換圖中包含狀態變量、輸入變量和輸出變量這三種邏輯變量，為每一個邏輯變量分配特定的化學分子以表示其邏輯值；狀態轉換圖中包含多個箭頭，每一個箭頭都代表從一個狀態向另一個狀態的轉換；對于每一個狀態轉換都設定一種特定的催化劑分子，催化劑分子用于通過催化反應使得狀態變量和輸出變量的值更新或保持為箭頭所對應的狀態值和輸出值；

S2：確定狀態機的初始狀態；

S3：如果狀態機的輸入變量只有一個，則所述輸入變量分子通過催化反應將維持當前狀態的催化劑轉化為從當前狀態指向下一狀態的箭頭所對應的催化劑；如果狀態機的輸入變量超過一個，則所有輸入變量分子通過二分子反應壓縮為一種分子，壓縮后的分子將當前狀態的催化劑轉化為從當前狀態指向下一狀態的箭頭所對應的催化劑；

S4：轉化后的催化劑根據狀態轉換圖更新狀態變量和輸出變量的值，將輸入變量轉化為與整個化學反應網絡無關的物質。

進一步，所述步驟S2中初始狀態用狀態變量分子和輸出變量分子來表示，并且用催化劑通過催化反應來維持狀態變量和輸出變量的值。

有益效果：本發明公開了基于分子計算的米利型狀態機設計方法，通過構建化學反應網絡，在分子計算領域實現了米利型狀態機，使得分子計算領域的時序邏輯功能能夠擺脫時鐘的依賴，提高化學反應網絡的物理實現的可行性。

附圖說明

圖1為本發明具體實施方式中米利型狀態機的狀態轉換圖；

圖2為本發明具體實施方式中多個輸入變量分子壓縮為一種分子的示意圖；