米歇尔·阿鲁夫·梅迪纳;科尔滕·蒂尔;阿夫拉罕·拉维夫;Dan V.jun尼古拉。;希勒尔·库格勒 基于网络的生物计算电路的形式语义和验证。 （英语） Zbl 1472.68057号 Henglein，Fritz（编辑）等人，《验证、模型检验和抽象解释》。第22届国际会议，VMCAI 2021，丹麦哥本哈根，2021年1月17日至19日。诉讼程序。查姆：斯普林格。勒克特。注释计算。科学。12597, 464-485 (2021). 摘要：基于网络的生物计算电路（NBC）通过利用并行操作的生物代理探索制造的平面器件，为解决复杂的计算问题提供了一种新的范式。通过将NBC的计算能力与与生物材料的接口能力相结合，该方法还可以在诊断和医学方面有未来的应用。为了实现这一潜力，设备的设计应确保其正确性和稳健运行。为此，正式的方法和工具可以通过允许在制造和实验之前调查设计限制和检测错误来提供显著的优势。在这里，我们通过向NBC电路提供形式语义来定义NBC的计算模型。我们提出了一种基于形式验证的方法和原型工具，可以通过验证给定设计的正确性来帮助NBC的设计。我们的工具允许验证NBC设计对于几个NP完全问题的正确性，包括子集和、精确覆盖和可满足性问题，并且可以扩展到其他NBC实现。我们的方法基于为NBC定义转换系统，并使用时序逻辑通过模型检查指定和证明设计属性。我们的形式化模型也可以作为NBC系统的能力和局限性的计算复杂性研究的起点。关于整个系列，请参见[Zbl 1471.68017号]。 引用于1文件 MSC公司： 2007年第68季度 受生物学启发的计算模型（DNA计算、膜计算等） 2006年第68季度 作为计算模型的网络和电路；电路复杂性 68问题55 计算理论中的语义学 60年第68季度 规范和验证（程序逻辑、模型检查等） 关键词：生物计算;基于网络的生物计算;模型检查;子集和问题;精确覆盖;可满足性 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{M.Aluf-Medina}等人，Lect。注释计算。科学。12597、464--485（2021；Zbl 1472.68057） 全文： 内政部 OA许可证 参考文献： [1] 生物网络验证。https://github.com/msamedina/bionetverification网站 [2] 泽诺。https://zenodo.org/record/4017293#.X7FIzWgzY2w [3] 阿德曼，LM，组合问题解的分子计算，科学，26651871021-1024（1994）·doi:10.1126/science.7973651 [4] Bio4Compa：Bio4Comp项目网站（2020年）。网址：www.bio4comp.org [5] 马萨诸塞州博埃莫；AE卢卡斯；AJ Turberfield公司；Cardelli，L.，《自主DNA行走电路的形式语言和设计原则》，ACS Synth。生物学，5，8，878-884（2016）·doi:10.1021/acssynbio.5b00275 [6] 马萨诸塞州博埃莫；AJ Turberfield公司；Cardelli，L。；菲利普斯，A。；Yin，P.，局部DNA计算电路的自动设计和验证，DNA计算和分子编程，168-180（2015），Cham:Springer，Cham·Zbl 1404.68076号 ·doi:10.1007/978-3-319-21999-811 [7] 卡瓦达，R。；Biere，A。；Bloem，R.，《nuXmv符号模型检查器》，计算机辅助验证，334-342（2014），查姆：施普林格，查姆·doi:10.1007/978-3-319-08867-9_22 [8] 北卡罗来纳州查布里埃。；Fages，F。；Priami，C.，生化网络的符号模型检查，系统生物学中的计算方法，149-162（2003），海德堡：施普林格·Zbl 1112.92312号 ·doi:10.1007/3-540-36481-1_13 [9] Cimatti，A。；克拉克，E。；Giunchiglia，F.（Giunchiglia，F.）。；Roveri，M.，Nusmv：一种新的符号模型检查器，Int.J.Softw。技术工具。转账，2，4，410-425（2000）·兹比尔1059.68582 ·doi:10.1007/s100090050046 [10] 库克，M。；Soloveichik，D。；Winfree，E。；布鲁克·J。；Condon，A。；Harel，D。；Kok，J。；Salomaa，A。；Winfree，E.，化学反应网络的可编程性，算法生物过程，543-584（2009），海德堡：施普林格·doi:10.1007/978-3-540-88869-7_27 [11] Dannenberg，F。；Kwiatkowska，M。；Thachuk，C。；AJ Turberfield公司；Soloveichik，D。；Yurke，B.，《DNA行走电路：计算潜力、设计和验证》，DNA计算和分子编程，31-45（2013），查姆：斯普林格，查姆·Zbl 1409.68099号 ·doi:10.1007/978-3-319-01928-43 [12] 埃恩，n。；Sörensson，N。；Giunchiglia，E。；Taccella，A.，可扩展SAT解决方案，可满足性测试的理论与应用，502-518（2004），海德堡：斯普林格·Zbl 1204.68191号 ·doi:10.1007/978-3-540-24605-337 [13] Fisman，D。；库格勒，H。；Margaria，T。；Steffen，B.，《不完全路径上的时间推理，利用形式方法的应用，验证和确认》。验证，28-52（2018），查姆：施普林格，查姆·doi:10.1007/978-3-030-03421-43 [14] Garey，M.R.，Johnson，D.S.：《计算机与难处理性，NP-完全性理论指南》。W.H.Freeman and Company，纽约（1979）·Zbl 0411.68039号 [15] Gautam，V.、Long，S.、Orponen，P.等人：Ruledsd:一种基于规则的DNA链置换系统建模和模拟工具。摘自：《生物信息学》，第158-167页（2020年） [16] Korten，T.，Jr，D.V.N.，Diez，S.，Kugler，H.，Linke，H.：为精确覆盖问题设计基于网络的生物计算电路（2020，准备中） [17] Lakin，M。；帕克，D。；卡德利，L。；Kwiatkowska，M。；Phillips，A.，《使用概率模型检查设计和分析DNA链置换装置》，J.Roy。Soc.接口，9，72，1470-1485（2012）·doi:10.1098/rsif.2011.0800 [18] 拉金，MR；菲利普斯，A。；Cardelli，L。；Shih，W.，图灵强力链置换系统的建模、模拟和验证，DNA计算和分子编程，130-144（2011），海德堡：斯普林格·Zbl 1347.68139号 ·doi:10.1007/978-3-642-23638-9_12 [19] 劳里亚，M。；Elffers，J。；Nordström，J。；Vinyals，M。；Gaspers，S.公司。；Walsh，T.，CNFgen:精心编制的基准、可满足性测试的理论和应用的生成器-SAT 2017，464-473（2017），Cham:Springer，Cham·数字对象标识代码：10.1007/978-3-319-66263-3_30 [20] Nicolau，DV，纳米制造网络中分子马达驱动代理的并行计算，Proc。国家。阿卡德。科学。，113, 10, 2591-2596 (2016) ·doi:10.1073/pnas.1510825113 [21] 佩德森，M。；菲利普斯，A.，《朝向活细胞基因工程的编程语言》，J.罗伊。Soc.接口，6，4，437-450（2009） [22] 菲利普斯，A。；Cardelli，L.，《可组合DNA电路的编程语言》，J.Roy。Soc.接口，6，4，1470-1485（2009） [23] 钱，L。；Winfree，E.，用DNA链置换级联放大数字电路计算，《科学》，332，6034，1196-1201（2011）·doi:10.1126/science.1200520 [24] 罗塞蒙德，PW；帕帕达基斯，N。；Winfree，E.，DNA Sierpinski三角形的算法自组装，《公共科学图书馆·生物学》。，2、12、e424（2004）·doi:10.1371/journal.pbio.0020424 [25] Seelig，G。；Soloveichik博士。；张，D。；Winfree，E.，《无酶核酸逻辑电路》，《科学》，31458051588（2006）·doi:10.1126/科学.1132493 [26] 申，JS；NA皮尔斯，《用于分子运输的合成DNA步行器》，美国化学杂志。《社会学杂志》，126、35、10834-10835（2004）·doi:10.1021/ja047543j [27] Van Delft，FC，《必须给出的东西：生物代理探索编码NP完全问题的物理网络的缩放组合计算》，Interface Focus，8，6，20180034（2018）·doi:10.1098/rsfs.2018.0034 [28] 伍兹，D。；多蒂，D。；密尔沃德，C。；许杰。；周，F。；尹，P。；Winfree，E.，《使用可重编程DNA自组装的多样性和鲁棒性分子算法》，《自然》，567748366-372（2019）·doi:10.1038/s41586-019-1014-9 [29] Xu，X.Y.等：解决子集和问题的可伸缩光子计算机。科学。高级6（5）（2020）。doi:10.1126/sciadv.aay5853 [30] 尹，P。；Yan，H。；Daniell，XG；AJ Turberfield公司；瑞夫，JH，一个单向DNA步行者，沿着一条轨道自主移动，Angew。化学。，116, 37, 5014-5019 (2004) ·doi:10.1002/ange.200460522 [31] 尤丹诺夫，B。；Wintersteiger，CM；Y.哈马迪。；菲利普斯，A。；库格勒，H。；Soloveichik，D。；Yurke，B.，大规模DNA链置换电路的功能分析，DNA计算和分子编程，189-203（2013），查姆：Springer，查姆·Zbl 1409.68112号 ·doi:10.1007/978-3-319-01928-4_14 [32] Zhu，J.等：基于基于网络的生物计算通过分子马达解决3-sat问题（2020年，准备中） 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。