[发明专利]基于分子计算的米利型状态机设计方法

说明书

本发明公开了一种基于分子计算的米利型状态机设计方法，包括以下步骤：S1：针对米利型状态机特定的时序逻辑功能画出对应的状态转换图；S2：确定状态机的初始状态；S3：如果状态机的输入变量只有一个，则所述输入变量分子通过催化反应将维持当前状态的催化剂转化为从当前状态指向下一状态的箭头所对应的催化剂；如果状态机的输入变量超过一个，则所有输入变量分子通过二分子反应压缩为一种分子，压缩后的分子将当前状态的催化剂转化为从当前状态指向下一状态的箭头所对应的催化剂；S4：转化后的催化剂根据状态转换图更新状态变量和输出变量的值，将输入变量转化为与整个化学反应网络无关的物质。本发明提高了化学反应网络的物理实现的可行性。

技术领域

本发明涉及基于分子计算的米利型状态机设计方法。

背景技术

化学反应网络是由一系列形如的基元反应所构成的集合(包含反应物、生成物、反应速率常数)。化学反应网络是分子计算的建模语言，为了用分子计算实现逻辑功能，化学反应网络中反应物、生成物都以双轨逻辑的形式来表征数字逻辑变量。例如，某一逻辑变量X的2个逻辑值由2种分子X₀、X₁表示，即：若化学反应网络中出现一定浓度的X₀，代表X的逻辑值为0；若化学反应网络中出现一定浓度的X₁，代表X的逻辑值为1。

化学反应网络的物理实现载体是溶液中的化学反应，其中DNA链置换反应已在理论上被证明能实现任意的化学反应网络，前提是化学反应网络中只包含双分子反应和单分子反应。前人已提出了用化学反应网络设计基于时钟驱动的状态机方法，其缺点在于实现该状态机需要依靠化学反应网络产生的时钟来驱动。虽然化学反应网络可以在理论上仿真出时钟信号，但是其相应的物理实现(如：DNA链置换反应)具有很大的难度，且至今没有相关的成熟技术。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种不需要时钟驱动的基于分子计算的米利型状态机设计方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于分子计算的米利型状态机设计方法，包括以下步骤：

S1：针对米利型状态机特定的时序逻辑功能画出对应的状态转换图，状态转换图中包含状态变量、输入变量和输出变量这三种逻辑变量，为每一个逻辑变量分配特定的化学分子以表示其逻辑值；状态转换图中包含多个箭头，每一个箭头都代表从一个状态向另一个状态的转换；对于每一个状态转换都设定一种特定的催化剂分子，催化剂分子用于通过催化反应使得状态变量和输出变量的值更新或保持为箭头所对应的状态值和输出值；

S2：确定状态机的初始状态；

S3：如果状态机的输入变量只有一个，则所述输入变量分子通过催化反应将维持当前状态的催化剂转化为从当前状态指向下一状态的箭头所对应的催化剂；如果状态机的输入变量超过一个，则所有输入变量分子通过二分子反应压缩为一种分子，压缩后的分子将当前状态的催化剂转化为从当前状态指向下一状态的箭头所对应的催化剂；

S4：转化后的催化剂根据状态转换图更新状态变量和输出变量的值，将输入变量转化为与整个化学反应网络无关的物质。

进一步，所述步骤S2中初始状态用状态变量分子和输出变量分子来表示，并且用催化剂通过催化反应来维持状态变量和输出变量的值。

有益效果：本发明公开了基于分子计算的米利型状态机设计方法，通过构建化学反应网络，在分子计算领域实现了米利型状态机，使得分子计算领域的时序逻辑功能能够摆脱时钟的依赖，提高化学反应网络的物理实现的可行性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中米利型状态机的状态转换图；

图2为本发明具体实施方式中多个输入变量分子压缩为一种分子的示意图；