مجله علمی تفریحی بیبیس
0

دانلود کتاب محاسبات بیولوژیکی

  • عنوان کتاب: Biological Computing
  • نویسنده: Jin Xu
  • حوزه: بیولوژیک
  • سال انتشار: 2025
  • تعداد صفحه: 339
  • زبان اصلی: انگلیسی
  • نوع فایل: pdf
  • حجم فایل: 15.4 مگابایت

در سال 1996، من عمیقاً درگیر پرداختن به چالش‌های نظریه گراف پیچیده، مانند مسئله فروشنده دوره گرد، مسئله رنگ‌آمیزی نمودار، و مشکل همیلتونی، با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) بودم. من دانشجویان دکتری خود را در انتشار چندین مقاله دانشگاهی با تمرکز بر رویارویی با مشکلات NP-complete از طریق استفاده از ANN راهنمایی کردم. یک روز، یکی از دانشجویان دکتری من به کشف مقاله ای در Science اشاره کرد که روشی را برای حل مسئله مسیر همیلتونی جهت دار با استفاده از مولکول های DNA ارائه می کرد. من از این یافته خوشحال شدم، متقاعد شدم که می تواند رویکردی جدید برای پرداختن به مشکلات NP-complete ارائه دهد، و مشتاق بودم تا عمیق تر در موضوع تحقیق کنم. با عجله به سمت کتابخانه رفتم تا مقاله را فتوکپی کنم و شروع به خواندن آن کردم. با این حال، همانطور که در متن غوطه ور شدم، احساس سردرگمی کردم – چون هرگز در دبیرستان زیست شناسی نخوانده بودم، برای درک مفاهیم بیولوژیکی و طرح های آزمایشی شرح داده شده در مقاله تلاش کردم. از آن لحظه به بعد، تصمیم گرفتم با یادگیری زیست شناسی سهم قابل توجهی در زمینه محاسبات زیستی داشته باشم. من از ابتدا شروع کردم و در ابتدا روی زیست شناسی در سطح دبیرستان تمرکز کردم و سپس به موضوعات پیشرفته تر زیست شناسی مولکولی و بیوشیمی رفتم. پس از بیش از یک دهه تلاش اختصاصی، من در اجرای مستقل مراحل ضروری استفاده از محاسبات DNA برای رسیدگی به مسائل NP-complete، از جمله ساخت مدل ریاضی، طراحی آزمایشی، و تأیید راه حل، مهارت پیدا کردم. در طول 30 سال گذشته، محاسبات DNA از مدل های مبتنی بر شمارش به مدل های غیر شمارشی و موازی پیشرفت کرده است. نقطه عطف قابل توجهی بین سال های 2002 و 2016 با معرفی دستگاه کاوشگر رخ داد که نشان دهنده یک پیشرفت پیشگامانه در این زمینه بود. ماشین کاوشگر یک مدل محاسباتی کاملاً موازی ریاضی است که برای ایجاد یک مدل DNA برای رنگ‌آمیزی گراف توسعه یافته است. ظهور آن علم کامپیوتر را با چارچوب محاسباتی ریاضی جدیدی ارائه کرده است که خود را از ماشین تورینگ متمایز می کند و توجه قابل توجهی را از سوی محققان و متخصصان صنعت به طور یکسان جلب کرده است. این کتاب مروری جامع از دستاوردهای تحقیقاتی محققان در سراسر جهان در حوزه محاسبات بیولوژیکی طی چندین دهه ارائه می‌کند. موضوعات اصلی شامل نظریه های بنیادی، فناوری های کلیدی، روش شناسی تجربی، مدل های محاسباتی، و نمونه های کاربردی محاسبات DNA است. در بخش اختصاصی به نظریه بنیادی، ویژگی‌های ساختاری مولکول‌های DNA، مکانیسم‌های آنزیم‌های بیولوژیکی و اصول اساسی زیربنای محاسبات DNA را به تفصیل شرح می‌دهیم. این محتوا زمینه را برای خوانندگان برای درک عملکرد محاسبات DNA فراهم می کند. فصل‌هایی که بر فناوری‌های کلیدی و روش‌شناسی تجربی تمرکز دارند، تکنیک‌های ضروری مانند رمزگذاری DNA، فناوری PCR و الکتروفورز ژل را بررسی می‌کنند. این تکنیک‌ها برای محاسبات DNA حیاتی هستند و خوانندگان را قادر می‌سازند تا جنبه‌های حیاتی طراحی و اجرای آزمایشی را درک کنند. با کاوش مدل‌های محاسباتی، ما به چارچوب‌های محاسباتی DNA مختلف، از جمله مدل‌های مبتنی بر شمارش، غیر شمارشی و موازی می‌پردازیم. ما در مورد مفاهیم ساخت و ساز پشت این مدل ها، همراه با مزایا و معایب مربوط به آنها بحث می کنیم و گزینه های متنوعی را برای پرداختن به انواع مختلف چالش های محاسباتی ارائه می دهیم. علاوه بر این، ما چندین مطالعه موردی را ارائه می‌کنیم که کاربردهای محاسبات DNA را در زمینه‌هایی مانند رمزنگاری، بیوانفورماتیک و مسائل بهینه‌سازی نشان می‌دهد و پتانسیل گسترده این رویکرد محاسباتی نوآورانه را برجسته می‌کند. نقطه قوت این کتاب در رویکرد سیستماتیک، ابتکاری و عملی آن نهفته است. ماهیت سیستماتیک در سازماندهی جامع و ادغام دانش مربوط به محاسبات DNA مشهود است، که با مقدمه ای عمیق برای محاسبات RNA و محاسبات پروتئین بیشتر شده است. با پوشش دادن همه چیز از مفاهیم بنیادی گرفته تا کاربردها و به طور مؤثر پل زدن نظریه با عمل، یک چارچوب دانش قوی ایجاد می کند. جنبه نوآورانه از طریق اکتشاف به موقع آخرین پیشرفت‌ها در تحقیقات محاسباتی DNA، از جمله تجزیه و تحلیل کامل فناوری‌های پیشگام مانند ماشین‌های کاوشگر و خود مونتاژ DNA، به نمایش گذاشته می‌شود و اطمینان حاصل می‌کند که خوانندگان به خوبی از پیشرفت‌های فعلی در این زمینه مطلع هستند. مؤلفه عملی از طریق توصیف دقیق رویه‌های آزمایشی و توضیح واضح روش‌های ساخت مدل‌های محاسباتی تأکید می‌شود و راهنمایی‌های ارزشمندی را برای کسانی که در تحقیقات مرتبط درگیر هستند ارائه می‌کند. در روش نگارش خود، هر دو رویکرد نظری و عملی را ادغام کرده‌ایم…

In 1996, I was deeply engaged in addressing complex graph theory challenges, such as the Traveling Salesman Problem, the Graph Coloring Problem, and the HamiltonianProblem,utilizingArtificialNeuralNetworks(ANNs).Theseproblems are categorized as NP-complete, and I aspired to develop efficient algorithms for them with the help of ANNs. I guided my doctoral students in publishing several academic papers focused on tackling NP-complete problems through the use of ANNs. One day, one of my doctoral students mentioned discovering an article in Science that presented a method for solving the Directed Hamiltonian Path Problem using DNA molecules. I was exhilarated by this finding, convinced it could offer a novel approach to addressing NP-complete problems, and I was eager to delve deeper into the subject. I rushed to the library to photocopy the article and began reading it. However, as I immersed myself in the text, I felt a sense of confusion— having never studied biology in high school, I struggled to understand the biological concepts and experimental designs described in the paper. From that moment on, I resolved to make a significant contribution to the field of biological computing by learning biology. I started from the ground up, initially focusing on high school-level biology before progressing to more advanced topics in molecular biology and biochemistry. After over a decade of dedicated effort, I became proficient in independently executing essential stages of utilizing DNA computing to address NP-complete problems, including mathematical model construction, experimental design, and solution verification. Over the past 30 years, DNA computing has progressed from enumeration-based models to non-enumerative and parallel models. A significant milestone occurred between 2002 and 2016 with the introduction of the probe machine, which represented a groundbreaking advancement in the field. The probe machine is a fully parallel mathematical computing model developed to establish a DNA model for graph coloring. Its advent has provided computer science with a new mathematical computing framework that distinguishes itself from the Turing machine, garnering considerable attention from scholars and industry professionals alike. This book provides a comprehensive overview of the research accomplishments of scholars worldwide in the realm of biological computing over several decades. The main topics encompassed include fundamental theories, key technologies, experimental methodologies, computational models, and application examples of DNA computing. In the section dedicated to foundational theory, we detail the structural characteristics of DNA molecules, the mechanisms of biological enzymes, and the fundamental principles underlying DNA computing. This content lays the groundwork for readers to comprehend the operation of DNA computing. The chapters focusing on key technologies and experimental methodologies examine essential techniques such as DNA encoding, PCR technology, and gel elec-trophoresis. These techniques are critical for DNA computing, enabling readers to understandthevitalaspectsofexperimentaldesignandexecution. Inourexploration of computational models, we delve into various DNA computing frameworks, including enumeration-based, non-enumerative, and parallel models. We discuss the construction concepts behind these models, along with their respective advantages and disadvantages, providing diverse options for addressing different types of computational challenges. Furthermore, we present several case studies showcasing the applications of DNA computing in fields such as cryptography, bioinformatics, and optimization problems, highlighting the extensive potential of this innovative computing approach. The strength of this book lies in its systematic, innovative, and practical approach. The systematic nature is evident in the comprehensive organization and integration of knowledge pertaining to DNA computing, further enhanced by an in-depth introduction to RNA computing and protein computing. By covering everything from fundamental concepts to applications and effectively bridging theory with practice, it establishes a robust knowledge framework. The innovative aspect is showcased through a timely exploration of the latest advancements in DNA computing research, including a thorough analysis of pioneering technologies such as probe machines and DNA self-assembly, ensuring that readers are well-informed about current developments in the field. The practical component is emphasized through detailed descriptions of experimental procedures and clear explanations of methods for constructing computational models, offering valuable guidance for those involved in related research. In our writing methodology, we have integrated both theoretical and practical approaches. Initially, we undertook comprehensive research and systematic sum-marization of the fundamental theories and essential technologies related to DNA computing by reviewing a substantial body of literature. Building on our practical experience gained from DNA computing experiments, we then provided a detailed elaboration of the experimental procedures and key precautions to consider.

این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:

Download: Biological Computing

نظرات کاربران

  •  چنانچه دیدگاه شما توهین آمیز باشد تایید نخواهد شد.
  •  چنانچه دیدگاه شما جنبه تبلیغاتی داشته باشد تایید نخواهد شد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بیشتر بخوانید

X
آموزش ساز ویولن کانال ایتا