Компьютерийн шинжлэх ухаан Computer science Натурал компьютер: онол ба хэрэглээ Natural computing: theory and aplication

Transcript

1 ЗУНЫ ЛЕКЦ 2010 MyPhone Компьютерийн шинжлэх ухаан Computer science Натурал компьютер: онол ба хэрэглээ Natural computing: theory and aplication И. Цэрэн Онолт Цр , Улаанбаатар computation is firmly rooted in the notion of an algorithm, which, informally speaking, is a set of rules for performing a task. Компьютерийн хөгжлийн түүх Г. Лэйбниц ( ) Хүний cанаа бодлыг загварчлах буюумеханикаар биелэхүйц Заавруудын олонлогоор дүрслэх А. Туринг ( ) В. Нэумэнн ( ) 1957) 1935, Алгоритмыг формалчилсан онол дээр суурилж анхны компьютер бүтээгдсэн ба энэ нь Компьютерийн шинжлэх ухааны эхлэл болсон. Ийнхүү Компьютерийн ухаан нь хүний зохиомжилсон тооцоологчийн загвар дээр суурилсан. von Neumann architecture Электрон компьютер 1945,EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) design. 1946, Preliminary Discussion of the Logical Design of an Electronic Computing Instr Л. Адлемэн 1994, Дараагийн үеийн тооцоолох төхөөрөмж Натурал компьютер байх болно. 1

2 Натурал компьютер Компьютерийн ухаан Computer science Натурал компьютерийн судалгаа нь компьютерийн ухааныг байгаль шинжлэлтэй холбосон шинжлэх ухааны нэгэн салбар юм. Байгаль шинжлэл Natural sciences Судалгаа: байгалийн үзэгдлүүд нь өөрөө мэдээлэл боловсруулж, шийдлээ гаргаж байдаг тооцоологч шинж чанартайг нь тайлбарлах, загварчлан туршиж нотлох, улмаар инженерчлэх Натурал компьютер Natural computing Натурал мэдээлэл боловсруулалт, загварчлал Тооцон бодох төхөөрөмжийн загварууд Судалгаа: байгалийн зүй тогтол, үзэгдэл юмсын хувирах явцыг мэдээлэл боловсруулалтын үүднээс харан судалж, улмаар тооцон бодох төхөөрөмжийн загварууд, тооцооллын арга, техникүүдийг зохиомжлон хөгжүүлэх Натурал компьютер Натурал компьютер Natural computing жишээ Натурал мэдээлэл боловсруулалт, з агварчлал Тооцон бодох төхөөрөмжийн загварууд жишээ Системийн биологи: Биологийн системийг системтчилэн судалж тайлбарлах. Молекулар биологийн систем: Эсийн болоод гень молекулын бүтэц, сигнал дамжих процесс, гм. Судлах арга: Компьютерт загварчлах, анализ хийх, таамаглал дэвшүүлэх Лабораторид турших, нотлох, шинэ мэдээлэл, мэдлэгүүсэх. Био компьютер: Био инспайред тооцон бодох арга, алгоритмуудын жишээ Линденмэйрийн систем генетик алгоритмууд Тооцон бодох төхөөрөмжүүд мэмбране компьютер ДНХ компьютер Инженерчлэх/Био нано технологи Selfassembly geneassembly 2

3 Системийн биологи Био лабораторид туршилт хийх Математик аргуудын тусламжтай загварчлах Компьютерт загварчлах Тоон ба чанарыншинжилгээ (quantative and qualitative analysis) Био лабораторид турших г.м Эс The cell inner life 3

4 Биологийн систем Биологийн системийн загварчлалд ашиглаж бй буй аргууд: Уламжлалт физик, химийн загварчлалд зориулан хөгжүүлсэн Математик болон компьютерт загварчлах аргууд: массакшин, тоон аргууд, Петринэт, гм. Биосистемд тусгайлан зориулсан аргууд: зааварт суурилсан загварчлал Каппахэл, процесс алгебр π calculus, г.м. EGFR: 18,051,984,143,555,729,567 4

5 EGFR Сүлжээний Математик загвар Зааварт загварчлал 5

6 Био компьютер Био инспайред тооцон бодох арга, алгоритмууд Линденмэйрийн систем: олон эст организмын үржил/хөгжлийн загвар Эсүүд: {a,b,c,..., 0,1,2, } харилцан үйлчлэлийн дүрэм: a ab, b a Жишээ 1. Анхны эс b бол b, a, ab, aba, abaab, үүснэ ДНX толекулын сплайсин үйлдэл Tom Head,

7 Био Тооцон бодох төхөөрөмжүүд ДНХ (молекулан) компьютер L. Adleman, 1994 Бионано технологи ДНX оригами, (P. Rothemund, 2004, CalTech) Сиэрпинскийн гурвалжин ДНX Төгсгөлөгтөлөвт автомат (Y. Benenson, 2004, Harward) 7

8 Дүгнэлт Системийн биологи, биосистем Математик ба компьютерийн загварчлал Био тооцон бодох арга, алгоритмууд, төхөөрөмжүүд Судалгааны аргууд: Математик тасралтгүйболон дискерет, детерминистик/ бус, стохастик аргууд Формал хэлний онол, Чомскийн дүрмүүд ба шатлалууд REG LIN CF CS RE Автоматын онол Тооцооллын онол: Турингийн машин, тооцооллын хүнд бодлогын ангиуд, NP ба NP complete бодлого Ном зүй Adleman, L. (1994). Molecular Computation Of Solutions To Combinatorial Problems. Science, G. Rozenberg, A. S. Lindenmayr Systems. Springer. G. Rozenberg, e. (2010). Handbook of Natural Computing. Berlin: Springer. Gh. Paun, G. R. (1998). DNA Computing: New Computing Paradigms. Berlin: Springer. Head, T. (1987). Formal Language Theory and DNA: an analysis of the generative capacity of specific recombinant behaviors. Bull. math. Biology, 49, J.E. Hopcroft, J. U. (1979). Introduction to Automata Theory, Languages, and Computation. Reading, mass: Addison Wesly. MariuszNowacki, V. V. (2008). RNA mediated epigenetic programming of a genomerearrangement pathway. Nature, P. Rothemund, N. P. (2004). Algorithmic self assembly of DNA Sierpinski triangles. PLosBiol, Papadimitriou, C. (1994). Computational Complexity. Addison Wesley. Paun, G. (2000). Membrane Computing: An Introduction. Berlin: Springer. Salomaa, A. (1973). Formal Languages. New York, London : Academic Press. Y. Benenson, B. G. D. (2004). An autonomous molecular computer for logical control of gene expression. Nature,

9 Анхаарал тавьсанд Баярлалаа! Харилцах хаяг: Др.Ишдоржийн Цэрэн Онолт И мэйл: 9