2002 Fiscal Year Annual Research Report

構造的分子計算理論-自律的計算系の解析と設計のための基礎理論

Research Project

Project/Area Number	14085205
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	横森貴早稲田大学, 教育学部, 教授 (60139722)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	榊原康文慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (10287427) 楠元範明早稲田大学, 教育学部, 助教授 (60277861) 上田和紀早稲田大学, 理工学部, 教授 (10257206) 鈴木泰博東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助手 (50292983) 小林聡電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (50251707)
Keywords	DNAコンピュータ / 情報基礎 / 自己組織化 / 生体機能利用 / 分子機械
Research Abstract	研究実績の概要は以下の2つに分類される. (1)自律的計算系の解析と設計: 自律的計算系において長さのみによる分子配列の設計法を探究し,有限オートマトンやDHPPなどがそのような簡単な設計によっても解決されることを示した.またDNAを用いた計算モデルである挿入・削除システムにおいてこのシステムが理論的に万能性を保持しながらどこまで簡約化できるかを探究し,認識部位および挿入・削除記号列の長さが共に1まで簡約化が可能であることを示した. 認識部位から数塩基離れた位置でDNA二重鎖を切断する特殊な制限酵素と環状DNA鎖を用いた新しいDNAコンピュータの方式について考案し,そのモデルの数学的解析を行った.その結果,計算モデルが万能計算能力を有することを明らかにし,また文脈自由文法などを用いた構文解析問題も効率よく解くことを示した.さらに,転写,翻訳,代謝などの細胞内分子反応メカニズムを用いた新たな分子計算方式の可能性を検討した. 構造分子の設計・解析のための理論を構築することを目標として,配列設計の問題に着手した.ハミング距離等をベースとた配列設計の理論では,配列の高速な評価が行えるため,比較的大きな配列空間を対象として,実験要求に適合する配列セットを探索することが可能である.しかしながら,構造分子の設計ハミング距離等では,バルジループや内部ループ等の二次構造形成に対処することが難しい.そこで本研究では,ハミング距離等をベースにした設計手法で得られた配列セットから,次構造をできるだけ形成しない配列セットを抽出するための手法を考案した. 京大と共同研究を行い,細胞内計算モデルとしての抽象化学反応系(ARMS)を用いて化学情報物質による種間の情報伝達が介在する植物・食植者・天敵の3者生態系のモデル化を行い,実験と合致する理論的結果を得た. (2)並列計算系による分子計算シミュレータの設計と試作: 分子計算系における局所的並列性をシリコン上で実装するために,ノードの多重集合,膜とその階層化,リンク,グラフ変換の四概念に基づく新たな計算モデルLMNtalの設計に着手し,基本設計をほぼ完了した.また,Javaを用いて試作処理系のコンパイラとランタイムを実装した.LMNtalは多重集合や会合概念をもった数多くの計算モデルの統合,リソースコンシャスな計算の基本モデルなどを目指したモデルであり,今年度は上記に加えて他の計算モデルとの比較検討も進めた.

Research Products

(13 results)

All Other

All Publications (13 results)

[Publications] A.Takahara, T.Yokomori: "On the computational power of Insertion-Deletion Systems"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 139-150 (2002)
[Publications] T.Yokomori et al.: "A Magic Pot : Self-assembly computation revisited"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 2300. 418-429 (2002)
[Publications] T.Yokomori: "Molecular computing paradigm--toward freedom from Turing's charm"Natural Computing. 4(1). 333-390 (2002)
[Publications] K.Ueda: "A Pure Meta-Interpreter for Flat GHC, A Concurrent Constraint Language"A.C.Kakas, F.Sadri (Eds.), Computational Logic : Logic Programming and Beyond (Essays in Honour of Robert A.Kowalski, Part I), Springer-Verlag. 138-161 (2002)
[Publications] K.Ueda, K.Kato: "Programming with Logical Links : Design of the LMNtal language"Proc.3rd Asian Workshop on Programming Languages and Systems (APLAS 2002). 115-126 (2002)
[Publications] K.Kato, K.Ueda: "Sequentiality Analysis for Concurrent Logic Programs"Proc.6th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics (SCI 2002). 11. 329-336 (2002)
[Publications] 上田和紀, 加藤紀夫: "Programming with Logical Links"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)
[Publications] 加藤紀夫, 上田和紀: "モード制約の漸近的一様補強による並行論理プログラムのoccurs-check解析"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)
[Publications] 松村量, 高山啓, 高木祐介, 加藤紀夫, 上田和紀: "分散言語処理系DKLICと実装"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)
[Publications] 上田和紀, 加藤紀夫: "GHCからLMNtalへ"情報処理学会2002年度夏のプログラミングシンポジウム. (CD-ROM). (2002)
[Publications] Y.Sakakibara, H.Imai: "A DNA-based Computational Model using a Specific Type of Restriction Enzyme"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 290-300 (2002)
[Publications] S.Kobayashi, T.Kondo, M.Arita: "On Template Method for DNA Sequence Design"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 115-124 (2002)
[Publications] 奥山講平, 小林聡: "バルジ・内部ループを形成しないDNA配列セットの設計"情報処理学会研究報告. 2002-MPS-42. 99-102 (2002)

2002 Fiscal Year Annual Research Report

構造的分子計算理論-自律的計算系の解析と設計のための基礎理論

Principal Investigator

横森 貴 早稲田大学, 教育学部, 教授 (60139722)

Research Products

[Publications] A.Takahara, T.Yokomori: "On the computational power of Insertion-Deletion Systems"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 139-150 (2002)

[Publications] T.Yokomori et al.: "A Magic Pot : Self-assembly computation revisited"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 2300. 418-429 (2002)

[Publications] T.Yokomori: "Molecular computing paradigm--toward freedom from Turing's charm"Natural Computing. 4(1). 333-390 (2002)

[Publications] K.Ueda: "A Pure Meta-Interpreter for Flat GHC, A Concurrent Constraint Language"A.C.Kakas, F.Sadri (Eds.), Computational Logic : Logic Programming and Beyond (Essays in Honour of Robert A.Kowalski, Part I), Springer-Verlag. 138-161 (2002)

[Publications] K.Ueda, K.Kato: "Programming with Logical Links : Design of the LMNtal language"Proc.3rd Asian Workshop on Programming Languages and Systems (APLAS 2002). 115-126 (2002)

[Publications] K.Kato, K.Ueda: "Sequentiality Analysis for Concurrent Logic Programs"Proc.6th World Multiconference on Systemics, Cybernetics and Informatics (SCI 2002). 11. 329-336 (2002)

[Publications] 上田和紀, 加藤紀夫: "Programming with Logical Links"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)

[Publications] 加藤紀夫, 上田和紀: "モード制約の漸近的一様補強による並行論理プログラムのoccurs-check解析"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)

[Publications] 松村量, 高山啓, 高木祐介, 加藤紀夫, 上田和紀: "分散言語処理系DKLICと実装"日本ソフトウェア科学会第19回大会論文集. (CD-ROM). (2002)

[Publications] 上田和紀, 加藤紀夫: "GHCからLMNtalへ"情報処理学会2002年度夏のプログラミングシンポジウム. (CD-ROM). (2002)

[Publications] Y.Sakakibara, H.Imai: "A DNA-based Computational Model using a Specific Type of Restriction Enzyme"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 290-300 (2002)

[Publications] S.Kobayashi, T.Kondo, M.Arita: "On Template Method for DNA Sequence Design"Lecture Notes in Computer Science, Springer. 115-124 (2002)

[Publications] 奥山 講平, 小林 聡: "バルジ・内部ループを形成しないDNA配列セットの設計"情報処理学会研究報告. 2002-MPS-42. 99-102 (2002)

横森貴早稲田大学, 教育学部, 教授 (60139722)

[Publications] 奥山講平, 小林聡: "バルジ・内部ループを形成しないDNA配列セットの設計"情報処理学会研究報告. 2002-MPS-42. 99-102 (2002)