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DNA計算機の実用化に向けたアルゴリズムの設計論に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 14658091
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 計算機科学
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

和田 幸一  名古屋工業大学, 工学研究科, 教授 (90167198)

研究分担者 犬塚 信博  名古屋工業大学, 工学研究科, 助教授 (10221780)
陳 慰  南山大学, 数理情報学部, 助教授 (80262955)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2003年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2002年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
キーワードDNA計算 / NP完全問題 / 分割統治法 / アニール操作 / DNA確率計算モデル / DNA除去モデル / DNAによる基本演算 / エラー率
研究概要

DNA計算機の実用化に向けての基礎研究として,平成15年度は以下のことを行った.
(1)Adlemanが用いた計算モデルは抽出モデルと呼ばれ,基本操作のエラー率が高いといわれている。Amosは基本操作に除去操作を用いた計算モデルを提案した.このモデルはエラー率が非常に低いが,使用DNA量が多くなるという欠点がある.本研究では,Amosの計算モデルをより実用的な観点から見直し,現実的なモデルを提案した.その計算モデルの上で,、DNA量を削減するための方法論として,(a)新しい解の符号化,(b)分割統治法の適用を提案し,NP完全問題であるハミルトン経路問題,グラフの三彩色問題,部分グラフ同型問題に適用した.いずれの問題に対しても新しい解の符号化については理論的にAmosの解法に比べて悪くはならないことを示した.また,新しい解の符号化と分割統治法を組み合わせることによって,100%近くDNA量を削減できることをシミュレーションにより示した(研究発表(1)〜(2)).
(2)DNA計算機を実用化するためには,加算や論理演算などをDNA計算の枠組みで計算しなければならない.本研究では,従来加算や論理演算などの基本演算に関するDNA計算モデルにおける結果を整理し,新しい加算アルゴリズムを開発した.ここでは,2進数を1の桁を位置の集合により表す計算モデルを用いて,nビット2進数の加算を0(n^3)種類のDNA鎖を用いて,定数時間で計算できるアルゴリズムを示した.(研究発表(3)).これはnの多項式種類のDNA鎖を用いた初めての定数時間アルゴリズムである.
(3)これまでのDNA計算モデルを見直し,DNA計算のより現実的なモデルを提案した.DNAの基本操作のうち,アニールと複製操作は決定的に行われないことに着目し,これらの操作に対して確率を導入したモデルを構築した.また,このモデルの下で従来のアルゴリズムがどの程度DNAが必要であるかを実験した(研究発表(4)).

報告書

(2件)
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (9件)

  • [文献書誌] 鵜飼, 伊藤, 犬塚, 陳, 和田: "DNA計算における分割統治法を用いたグラフ問題の解法"名古屋工業大学工学研究科情報工学専攻和田研究室レポート. REP-W-03-01. 1-12 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 片山, 鵜飼, 五所野尾, 伊藤, 犬塚, 和田: "DNA計算における部分グラフ同型問題の解法について"2003FIT情報科学技術フォーラム講演論文集. A-048. 1-2 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 鵜飼, 伊藤, 犬塚, 和田: "DNA計算における2進数加算の定数時間アルゴリズム"電子情報通信学会 技術研究報告. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 和田, 犬塚, 伊藤, 片山: "DNA計算における新しい計算モデルについて"情報処理学会 技術研究報告. (発表予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] (1)中本, 五所野尾, 陳, 和田: "DNA計算におけるグラフの符号化について"電子情報通信学会論文集. J85-D-I,5. 393-400 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] (2)鵜飼, 五所野尾, 伊藤, 陳, 和田: "除去操作を用いたDNA計算におけるハミルトン経路問題の解法について"電子情報通信学会 技術研究報告. COMP2002-13. 33-40 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] (3)五所野尾, 鵜飼, 伊藤, 犬塚, 陳, 和田: "DNA計算におけるグラフ三彩色問題への分割統治法の適用について"電子情報通信学会 技術研究報告. COMP2002-35. 41-48 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] (4)片山, 鵜飼, 五所野尾, 伊藤, 犬塚, 陳, 和田: "DNA計算による部分グラフ同型問題の解法における使用DNA量の削減"冬のLAシンポジウム. 1-10 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] (5)A.Fujiwara, K.Matsumoto, W.Chen: "Addressable procedures for logic and arithmetic operations with DNA Molecules"Proc. of 5^<th> Workshop on Advances in Parallel and Distributed Computational Model. (to appear). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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