·548 智能系统学报 第6卷 型模型.非限制模型的操作对象是单个DNA串（基 身结构适应自身功能.折叠机制确保一个蛋白质分 因)，而限制型模型的操作对象是DNA串的状态集合 子的独特性质，这个独特性编码表现在蛋白质链灵 (染色体).许多研究学者不仅研究了各种DNA算法来 活的连接变化中.这些特征确保一个蛋白质分子的 提高DNA的计算能力和降低其复杂性，而且也提出了 折叠更迅速无误，以提供具有必要的功能和灵活性 与电子计算模型对应的分子模型的DNA算法，如DNA 的蛋白质。 加、DNA算术与逻辑运算、分子矩阵乘和因式分解法 蛋白质能选择性识别合适的模式或者拒绝不合 等.利用DNA的分子计算的优点是每个DNA分子可 适的模式，这种识别能力能够改变其空间结构，这个 以作为一个单独的处理器功能，这意味着极大加快了 现象称为变构效应.由于变构效应，蛋白质有时能结 解决复杂问题的速度9则 合以前不能结合的一个蛋白质或者另一个分子，这 DNA分子计算的优势还在于其远远超越电子 样能够结合新蛋白质形成所谓的分子环或免疫网 计算的存储容量以及极小的能量消耗。 络5] 文献[92]提出一种DNA计算启发计算模型， 目前，关于蛋白质计算的研究并不多，有许多空 可以在液体环境中漂浮的双链结构上进行计算，通 白点值得挖掘，像DNA计算等其他分子计算一样， 过类似DNA计算的重写规则实现，并提出利用膜计 有希望成为未来分子计算的研究热点.文献[96]利 算作为实现这些规则的生物技术手段， 用概率转换树对模拟蛋白质计算进行了研究，提出 DNA计算主要问题集中在DNA计算的形式模型 了一种新的通用的计算技术，基于蛋白质相互作用 复杂问题求解、DNA的计算复杂性、DNA计算机实现 的仿真，设计大规模并行分布式概率计算方法，并用 (比如如何降低试管操作的复杂性)等多方面.可以借 于特征图象识别.文献[97]将DNA计算与蛋白质 用DNA机制与自然启发的计算结合或融合，但如果 特性结合起来，证明蛋白质可以表示DNA计算所得 DNA算法只在电子计算机上实现，显然失去了开发这 到的解 种计算模式的生物优势和意义. 1.2.3分子计算现状 1.2.2从计算观点看蛋白质 自然界的生命系统层次简单地分为分子、细胞、 蛋白质作为神经元的受体和神经元介质控制大 组织（尤其是脑）、个体、社会和生态系统，每个层次 脑的电子活动，也是免疫系统的主要元素.从计算观 都是计算生命科学研究的主题和目标.分子计算也 点看，现有所有的生物系统的信息基础由统一的编 属于“计算生命科学”这个研究领域的一部分.计算 码 一个缩氨酸表组成，其中的词就是蛋白质分 生命科学的目的是从计算理论观点理解生命系统， 子.在计算机术语中，可以说基因编码是软件（指导 并应用这个研究结果到生物工程.这里，分子计算考 或者编程)，而蛋白质看作硬件（执行程序的生物物 虑如何建立人工系统，研究生命系统的最基本层次， 理装置)「31 从计算角度，分子计算重点在于研究分子的计 虽然基因编码蛋白质非常简单，但这些生物物 算能力，尤其是生物分子的计算能力，以便利用其实 理机制不容易发现.存储遗传编码的DNA双螺旋结 现信息处理，希望信息处理运算更快、更小（纳米尺 构的空间结构是由同一平面中非常精确的分子形态 度)，以及提高成本、效率（节省能量），也希望出现 之间的弱相互作用形成的.空间结构是生物分子中 新的信息处理计算模型，基于新的计算模型设计不 几何对应的最显著的例子之一.在蛋白质情况，这个 同类型的计算机.分子计算考虑的不仅是计算机也 层次的理解还没有达到.但如下原理是显然的4： 包含其他应用，如纳米机器、微机械、生物系统中的 1)蛋白质的空间配置由其氨基酸（字母）线性序列 信息处理等.复杂纳米机构的自治信息也被认为是 (词)组成：2)空间配置决定任何蛋白质的功能 一种计算形式，这种分子自组织也是分子计算的重 在编码和蛋白质配置之间的第1个对应是原初 要主体之一.这样的技术是分子电子的基础，分子计 形式由自我组装或者折叠机制确定.一个蛋白质的 算在设计一般分子计算机中更基础.在美国，生物分 功能和空间配置之间的第2个对应是由分子识别机 子计算协会在DARPA和NSF支持下成立于1997 制实现的，如双螺旋结构，这些机制基本基于蛋白质 年.协会不仅研究高性能大规模并行性分子计算，也 分子的不同部分之间和不同蛋白质分子之间的弱相 研究利用在纳米尺度上的反应节省能量的计算. 互作用 纳米制作装配技术是分子计算应用中活跃的领 自我装配（或者折叠）是蛋白质分子链的能力 域，被认为是纳米技术的一部分.由于DNA是流行 蛋白质以独特的、精确的方式利用重叠能力调节自 的分子工具，人们称它为DNA纳米技术.Winfree提