2020 Fiscal Year Research-status Report
Discrete mathematical approach for suitable coding scheme on DNA strorage
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19K11833
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| Research Institution | Shonan Institute of Technology |
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Principal Investigator |
眞田 亜紀子 湘南工科大学, 工学部, 講師 (20631138)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 隆博 専修大学, ネットワーク情報学部, 准教授 (60579001)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | DNA / 制約符号 / データ圧縮 / バランス制約 / ラン長制約 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DNAストレージはDNA鎖（アデニン(A)，チミン(T)，シトシン(C)，グアニン(G)からなる系列）にデータを保存する方法であり，次世代長寿命・高密度媒体として近年注目を集めている．本研究においては，DNAストレージの実用化において解決すべき問題として，符号化における「データ圧縮」と「データ系列制約」の２点に特に着目して理論的解析を行なっている．
令和２年度は， DNAストレージに関する基礎固めや情報収集をさらに行なうとともに，以下の２点に注力して研究を行なった．
１） 既存の方法をもとに，DNA鎖の番号を（DNA鎖に付け加えるのではなく）DNA鎖に埋め込むアルゴリズムを提案した．DNA鎖の番号を埋め込むことで結果として得られる系列の長さを短くすることができる．また，提案手法を用いることでどこまで系列を短くすることができるかについても考察した．
2） 昨年度提唱したBond（元々与えられた制約を満たしているデータ系列同士をつなげた後も同様の系列制約を満たすように，繋ぎ目として考えられる系列）が存在するための必要十分条件や，bondの長さ，及びbondを見つけるアルゴリズムの複雑性について更に考察を深めた．その結果を用いて，DNA鎖における制約（各塩基は高々k個まで連続して繋ぐことができること，及びGとGの割合は系列長の半分にする制約）に応用させた場合についての問題点を列挙した．また，DNA鎖の制約を考慮した符号化とその符号化率に関する解析も行なった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和２年度は，DNAやDNAストレージに関する知識をもう一度振り返ることに注力した．具体的には，DNAストレージの傾向について詳細な調査を行うとともにDNAの仕組み等について再考することで，典型的な誤りパターンや今後新たに注視すべきテーマ等をピックアップすることができた．
また，実際にDNAストレージにおけるデータ圧縮やデータ系列制約を満たすための符号化についての研究成果を国際会議で発表した．発表を通じて有益なフィードバックを得ることができ，フルペーパーとして投稿するための下準備が整ったと感じる．次年度はこの結果をまとめて積極的に論文投稿していきたい．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまで得られた結果をフルペーパーとして発表することに注力する．データ圧縮と制約符号の観点から適切な符号化を提案し，その性能についてまとめて発表したい．また，誤りが発生した場合の対応についても検討することで更に信頼性を高めることも必要である．よって，誤り訂正符号との組み合わせも考慮して研究を進めていく．
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| Causes of Carryover |
コロナ禍のためzoomを用いたオンライン開催の学会が中心となり，予定した旅費を使用する機会がなかった．また，オンライン開催のため参加費も予定より大幅に削減されたことが大きな要因である．
だが，オンライン開催にも次第になれ，遠隔でも研究に関するディスカッションをする余裕が生まれた．よって今後もスムーズに研究を進められると考える．次年度もこのような状況が続くと考えられるが，毎週のゼミを欠かさず続け情報をアップデートしていき国際会議や論文投稿に注力していく．
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