大卫·索洛维奇克；马修·库克；埃里克·温弗里；约书亚·布鲁克 有限随机化学反应网络的计算。 （英语） Zbl 1187.68220号 自然计算。 7，第4号，615-633（2008）. 摘要：合成生物学工具箱中一个非常理想的部分是嵌入式化学微控制器，它能够自动遵循一组指令指定的逻辑程序，并与其细胞环境进行交互。将逻辑纳入水化学的策略主要集中于实现组成较大电路的组件，例如逻辑门，电路中的每个逻辑门对应一个或多个分子物种。有了这个范例，设计和生产新的分子物种对于进行更大的计算是必要的。另一种方法是注意到小规模的化学系统基本上是离散和随机的。特别是，每个分子物种的准确分子数是一种内在可用的信息形式。这可能是一种非常弱的信息形式，可能很难进行计算。事实上，已经证明，在这种情况下，无错误的图灵通用计算是不可能的。然而，我们展示了一种化学计算机的设计，该计算机使用分子计数实现快速可靠的图灵-普适计算。我们的方案只使用少量不同的分子物种来进行任意复杂度的计算。通过调整某些物种的初始分子数，计算误差的总概率可以任意小（但不能为零）。虽然物理实现将是困难的，但这些结果表明，分子计数对于诸如在细胞环境中运行的小分子系统来说是一种有用的信息形式。 引用于79文件 MSC公司： 2005年第68季度 计算模型（图灵机等）（MSC2010） 2010年第68季度 计算模式（非确定性、并行、交互式、概率性等） 关键词：随机化学动力学；分子计数；图灵普适计算；概率计算 软件：股票 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{D.Soloveichik}等人，《自然计算》。7，第4号，615--633（2008；Zbl 1187.68220） 全文： 内政部 链接 参考文献： [1] Adalsteinson D，McMillen D，Elston TC（2004）生化网络随机模拟器（BioNetS）：生化网络随机建模软件。BMC生物信息学5:24 [2] Angluin D，Aspnes J，Eisenstat D（2006）通过具有领导者的群体协议进行快速计算。技术报告YALEU/DCS/TR-1358，耶鲁大学计算机科学系，2006年。要显示的扩展摘要，DISC·Zbl 1267.68306号 [3] Arkin AP，Ross J，McAdams HH（1998）噬菌体-1大肠杆菌发育途径分叉的随机动力学分析。遗传学149:1633–1648 [4] Barak B（2002）“略微不一致”算法的概率时间层次定理。随机会议记录·Zbl 1028.68058号 [5] Bennett CH（1982）《计算热力学——综述》。《国际理论物理学杂志》21（12）：905–939·doi:10.1007/BF02084158 [6] Berry G，Boudol G（1990）《化学提取机》。在：第17届ACM SIGPLAN-SIGCT编程语言原理年度研讨会论文集，第81–94页 [7] Cook M（2005）《关系网络》。加州理工学院博士论文 [8] Elowitz MB，Leibler S（2000）转录调节器的合成振荡网络。自然403:335–338·doi:10.1038/35002125 [9] Elowitz MB，Levine AJ，Siggia ED，Swain PS（2002），单细胞中的随机基因表达。科学297:1183–1185·doi:10.1126/science.1070919 [10] Erdi P，Tóth J（1989）化学反应的数学模型：确定性和随机模型的理论和应用。曼彻斯特大学出版社·Zbl 0696.92027号 [11] Ethier SN，Kurtz TG（1986），马尔可夫过程：表征和收敛。威利 [12] Gibson M，Bruck J（2000）多物种多通道化学系统的高效精确随机模拟。物理化学杂志A 104:1876–1889·doi:10.1021/jp993732q文件 [13] Gillespie DT（1977）耦合化学反应的精确随机模拟。物理化学杂志81:2340–2361·doi:10.1021/j100540a008 [14] Gillespie DT（1992）化学主方程的严格推导。物理A 188:404–425·doi:10.1016/0378-4371（92）90283-V [15] Gillespie DT（2007）化学动力学的随机模拟。《物理化学年鉴》58:35–55·doi:10.1146/annurev.physchem.58.032806.104637 [16] Guptasarma P（1995）复制诱导的转录是否调节大肠杆菌无数低拷贝数蛋白质的合成？生物论文17:987–997·doi:10.1002/bies.950171112 [17] Karp RM，Miller RE（1969）《并行程序模式》。计算机系统科学杂志3（4）：147–195·Zbl 0198.32603号 ·doi:10.1016/S0022-0000（69）80011-5 [18] Kierzek AM（2002）STOCKS:用Gillespie算法对生化系统进行STOChastic动力学模拟。生物信息学18:470–481·doi:10.1093/bioinformatics/18.3.470 [19] Kurtz TG（1972）化学反应的随机模型和确定性模型之间的关系。化学物理杂志57:2976–2978·数字对象标识代码：10.1063/1.1678692 [20] Liekens AML，Fernando CT（2006），图灵完全催化粒子计算机。摘自：《非常规计算会议记录》，约克 [21] 莱文B（1999）《基因VII》。牛津大学出版社 [22] Macdonald J，Li Y，Sutovic M，Lederman H，Pendri K，Lu W，Andrews BL，Stefanovic D，Stojanovic MN（2006）自动机中分子逻辑门的中等规模集成。纳米快报6:2598–2603·doi:10.1021/nl0620684 [23] Magnasco MO（1997）化学动力学是图灵通用的。Phys Rev Lett第78:1190–1193页·doi:10.1103/PhysRevLett.78.1190 [24] McAdams HH，Arkin AP（1997），基因表达的随机机制。国家科学院院刊94:814–819 [25] McQuarrie DA（1967）化学动力学的随机方法。应用概率杂志4:413–478·Zbl 0231.60090号 ·doi:10.2307/3212214 [26] Minsky ML（1961）图灵机器理论中“标签”问题和其他主题的递归不可解性。数学年鉴74:437–455·Zbl 0105.00802号 ·doi:10.2307/1970290 [27] Neary T，Woods D（2005）小型快速通用图灵机。NUIM-CS-2005-TR-12技术报告，NUI Maynooth计算机科学系·Zbl 1100.68027号 [28] Paun G，Rozenberg G（2002）膜计算指南。计算机科学理论287:73–100·Zbl 1061.68054号 ·doi:10.1016/S0304-3975（02）00136-6 [29] Rothemund PWK（1996）图灵机器的DNA和限制性内切酶实现。摘自：《DNA计算机学报》，第75-120页 [30] Rothemund PWK，Papadakis N，Winfree E（2004）DNA Sierpinski三角形的算法自组装。公共科学图书馆生物2:e424·doi:10.1371/journal.pbio.0020424 [31] Seelig G，Soloveichik D，Zhang DY，Winfree E（2006）无酶核酸逻辑电路。科学314:1585–1588·doi:10.1126/科学.1132493 [32] de Silva AP，McClenaghan ND（2004）《分子尺度逻辑门》。化学–Euro J 10（3）：574–586·doi:10.1002/chem.200305054 [33] Sipser M（1997）《计算理论导论》。PWS发布·Zbl 1169.68300号 [34] Sprinzak D，Elowitz MB（2005）《基因回路的重建》。自然438:443–448·doi:10.1038/nature04335 [35] Stojanovic MN，Mitchell TE，Stefanovic D（2002）基于脱氧核酶的逻辑门。美国化学学会杂志124:3555–3561·doi:10.1021/ja016756v [36] Suel GM、Garcia-Ojalvo J、Liberman LM、Elowitz MB（2006）可兴奋基因调节电路诱导瞬时细胞分化。自然440:545–550·doi:10.1038/nature04588 [37] van Kampen NG（1997）《物理和化学中的随机过程》，修订版。爱思维尔 [38] Vasudeva K，Bhalla US（2004）自适应随机确定性化学动力学模拟。生物信息学20:78–84·doi:10.1093/bioinformatics/btg376 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。