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四進制造物主

第四十二章 DNA計算機

四進制造物主 非奇異矩陣 4357 2022-11-30 21:09:57

  半個月后,

  3號樓503寢室的就寢率直降為零。

  因為艾達否也終于開始夜不歸宿了。

  易天霖本就神出鬼沒。自上次外場試驗失敗后,便一頭扎進實驗室里,試圖將他的燙手大腸桿菌提升一個檔次,進化為烈焰大腸桿菌。

  盧赫自打下了定了決心后,經常在實驗室抱著鋅指平臺睡到后半夜,把結果做完電泳之后,再回寢室睡一個不超過3個小時的回籠覺。

  于是艾達否經常獨享一個二十多平米的大單間,一人霸占三張椅子,半躺著對著三個屏幕敲敲打打。有時是在世界第一程序員交友平臺gayhub上攢綠格子;有時是接下了幾個私活,用和他同名的小軟件,反編譯幾個小程序,掙點零花錢;而更多的時候,則是徜徉在游戲的海洋里。

  每每看到盧赫披著月光進門,或者頂著白露出門,他都要嘲諷一句:

  “卷王!”

  而如今,他卻成為了503乃至全學院的卷中卷中卷中卷。

  這天,盧赫又一次披星戴月地返回寢室,半路上看見隔壁計算機學院院樓的小廣場里,半人多高的茂盛萬年青上,飄著一個人頭。

  那人頭緩緩地沿著綠化帶,從南飄到北,又從北飄到南。如此反復幾趟,然后越飄越遠,直至只露出頭頂上幾縷被風掀起的頭發。伴隨著噗通一聲,人頭徹底消失在視線。

  盧赫連忙上前查看,發現艾達否正跪拜在花壇中央的銅制的艾倫·麥席森·圖靈的全身雕像前。

  他悄聲走到艾達否身后,把手從衣兜里抽出,輕撫對方的肩膀,“平身?!?p>  艾達否被驚得一得瑟,轉頭發現是盧赫,便立刻起身照著盧赫的屁股揣了一腳,“瞅你那揍性,竟敢占我便宜。你腦袋里有哏丘還是咋地,大半夜的不睡覺,到處瞎轉。”

  “你腦子才有毛病。”盧赫連連躲閃,“閑得沒事拜那玩意兒干啥,知道那位神死得有多慘嗎?不如去拜數學院的那尊祖沖之?!?p>  “祖沖之太遠了,懶得走過去?!卑_否抬腳又踢了個空,“讓你侮辱我偶像?!?p>  兩人嬉鬧地繞著花壇追逐了兩圈,隨后一同癱在長椅上喘氣發呆。

  “老艾,說正經的,你最近抽什么風,怎么突然就那么卷?”盧赫從背包中掏出一瓶礦泉水,咕咚灌了一口。

  艾達否仰面望著天空上的半輪月,砸了砸嘴,“我遇見難事了。DNA計算機聽說過沒?”

  “什么玩意兒?”盧赫被水嗆了一口。

  “DNA計算機,這是我的研究方向?!卑_否的臉上閃過一絲得意,“我告訴這東西可牛了,理論上與量子計算機比肩,可以解決NP完全問題。”

  “噗?!北R赫聽后嘲諷道,“民科?!?p>  艾達否被激得起身坐直,正言道:“你知道什么是NP完全問題嗎?”

  “知道啊?!北R赫把水瓶擰好,捏在手里心不在焉地晃著,“如果一個問題可以在多項式時間內猜出它的一個解,那它就是NP問題。如果一個NP問題可以被其它所有NP問題約化到,那么它就是一個NP完全問題?!?p>  艾達否聽后,連忙豎起大拇指,“牛啤啊,你還知道多項式時間和約化?”

  “切。”盧赫得意地揚起下巴,“多大點事兒,當誰沒編過程似的。不就是時間復雜度里的n出現在底數位置嗎?非得給人重起個名叫多項式時間,故弄玄虛?!?p>  “至于約化,不就是解決不了一個問題,就繞過它,去研究一個更復雜的問題,對其進行降維打擊嗎?舉個例子,你腦子不好使死活解不出一元一次方程,靈機一動想出了個點子:

  既然我解不出一元一次的,那我干脆去研究二元一次的。一旦我把二元一次的給解出來,那一元一次的就該像喝水一樣簡單了?!?p>  “至于你說得什么NP完全問題,那不就是以多項式時間作為上限,無限去做約化。我解不出一元一次的,我就去解更復雜的二元一次;解不出二元一次,就去解更復雜的三元一次。

  這樣無限套娃下去,約化到一個無限復雜的問題,你拍著胸脯說:嘿,只要把這道題解出來,世界上所有問題就都難不倒我了!”

  盧赫說完,右手搭在艾達否肩膀上,左手指著天空:“老艾啊,哥送你一句話:仰望星空,腳踏實地。左腳蹬右腳永遠都上不了天。”

  艾達否聽后不屑地笑了笑,“你可去拉倒吧,你個思想落伍的保守分子。DNA計算機是怎么工作的你知道嗎?”

  “怎么工作的???”盧赫來了興致。

  艾達否一臉認真地娓娓道來:

  “你知道哈密頓問題嗎?圖論里面的最著名難題。不知道也沒關系,給你簡單點描述一下:

  假如你是一個時間管理大師,同時交往著5的女朋友,這些女朋友分布在5個不同的城市。有一天,你被老板派到另一個城市出差。好巧不巧,在那個城市你一個女朋友都沒有,而你非常想念她們,想借著公費出差的機會,把這5個女朋友都見一遍。

  由于經費有限,你又很摳門不想多掏機票錢,所以每個城市只能去一次。同時這些城市之間又不全部都有雙向直飛航線,你該怎么做呢?

  你可以想想,但我告訴你不論你怎么想都沒用。因為這類問題的解法只有一個,那就是試!和我們暴力破解密碼一樣,一個一個試!

  進一步的,如果你不只五個女朋友,而是有50個、500個、5萬個、無窮個,你該怎么辦?”

  盧赫對著艾達否逐漸由認真轉為嬉笑的臉,思索片刻,答道:“我覺得這個問題我不需要考慮。5個女朋友大眼一瞅在紙上畫畫也就出來了,如果再多,我肯定會先死在床上?!?p>  “你個死變態?!卑_否一臉嫌棄道:

  “很難對吧?這其實是一個時間復雜度為n!的問題,也就是說,如果你有n個女朋友,就要嘗試n的階乘次。如果你女朋友多達萬個,就算是擁有4萬個核心天河三號,也要算到你年過花甲。

  可這個問題對于DNA計算機來說,卻是小菜一疊。它是這么算的:

  假如你現在剛見完1號女朋友,準備奔赴到2號的懷抱。那么你離開1號女朋友的行為,就被編碼為ACAC;奔赴2號女朋友的行為,被編碼為GTGT。把這兩串編碼合起來,ACACGTGT就代表你從1號到2號的路徑。

  接下來,你見完了2號女朋友,又匆匆趕往3號。這個過程可以再用編碼表示為TCTCAGAG。

  也就是說,8個堿基就可以用來表示你和其中一個女朋友從見面到拜拜的全過程。這個時候你肯定就要問了,我要你規劃一條連續的路徑,可ACACGTGT、TCTCAGAG是分離的兩條鏈,這還怎么能玩兒的下去?

  很簡單嘛,堿基對是可以互補的。你再找一條CACAAGAG,不就可以跟膠水一樣,把那兩條毫不相關的鏈給粘起來了嗎?

  接下來的事情就更簡單了。你有幾個女朋友,就用幾串8位編碼來表示和她們的見面和拜拜的過程。然后你把你的女朋友和膠水都合成一下,擴增個幾萬億條,放在一起,養蠱。

  根據堿基配對原則,膠水分分鐘就能發揮作用,把各種女朋友給粘起來。這個時候,你會得到幾萬億條路徑。這就是路徑遍歷的所有結果。

  那你又要問,我怎么把最省錢的那一條路徑給篩選出來呢?

  這也很簡單,你的起點和終點是固定的。只要拿起點和終點作引物,擴增一下,起終點正確的路才能被擴增,不正確的會被逐漸稀釋掉。至于有些路徑上,你少見了幾個女朋友,或者重復多見了幾個女朋友,這些鏈的長度肯定是不對的。

  最終,你把它們電泳一下,鏈長的和鏈短的分開,挑出長度剛好的鏈,測個序,答案不就出來了嗎?”

  艾達否說完,搶過盧赫手里的水,猛灌了幾口,“要知道,1克的DNA可以存儲215PB的數據,相當于2億部小電影。這還不算完,由于堿基配對的速度不慢,這215PB可以直接當作內存用,有幾條鏈就相當于有幾個線程并行運行。

  有個神仙已經設計出了多項式時間的、基于DNA算法的NP完全算法,只不過減少時間復雜度的時候,犧牲掉了空間復雜度。這個算法實現起來,需要有指數數量的編碼方式,和巨額的存儲空間。

  可這些對DNA來說都是灑灑水,剛才都說了,DNA的存儲效率極高。因此,DNA解決NP完全問題,指日可待!”

  盧赫聽后連連拱手稱贊道,“厲害,厲害。不過我有個問題,你剛才說的那個哈密頓路徑算法,頂多就是個算法,它有邏輯判斷能力嗎?它算個哪門子計算機呦?”

  艾達否擰緊瓶蓋,把水瓶仍會盧赫懷里,“你還真是瞎狗端星星——死活看不出個樣兒來。我就是給你舉個簡單的例子,至于邏輯判斷,不就是幾個通用邏輯門的組合嗎?

  與、或、非、與非、或非等通用邏輯門都已經被設計出來了。實際上,只要與非或者或非,所有的邏輯門就都可以實現。”

  “呵呵。”盧赫細品了一下艾達否的話,品出了他正極力掩飾的東西,幽幽開口道:“門都已經實現了,可為什么這種神仙東西卻遲遲不面世?”

  艾達否的氣勢瞬間萎了下來,“因為還有點問題。你知道鏈置換過程吧,兩條互補鏈相遇就會立刻粘起來,不管兩條鏈一不一樣長,先粘起來再說。就好比你找女朋友,一見鐘情一般都是很難的,肯定是遇到合適的,就先談起來再說。

  可是如果日后遇到更合適了的呢?我想以你的人品,肯定會毫不猶疑地把原來那位甩掉,然后和更合適的談。DNA也一樣,如果基鏈遇到了更搭配的互補鏈,就會通過鏈置換原理把當前的互補鏈踢掉,換成更匹配的一條。

  比如與門,它的實現過程就是先給一條基鏈上貼上一條互補鏈,然后再給它兩條更搭配的置換鏈,把原來那條互補鏈給擠出去。這樣,兩條置換鏈為輸入真,原互補鏈為輸出真,就形成了一個基本的計算單元:與門?!?p>  “你大爺的竟敢質疑我的人品,你不了解我,我可是很專一的一個人?!北R赫拿起懷里的水瓶,猛地砸向艾達否,“還有,你這是什么破爛與門,那輸入鏈和輸入鏈都是基鏈的一部分互補鏈,二者這么相似,你這計算單元計算了個寂寞?。浚保钡扔冢??”

  艾達否揉了揉被砸疼了的肩膀,長嘆了一口氣,“就是啊,輸入和輸出都差不多,計算了個寂寞。所以我現在正在想法子,解決這個問題?!?p>  他說完仰頭長嘯:“蒼天啊,各位神啊,保佑我吧,賜給我一個開天辟地的靈感,拯救我于水火之中吧。下輩子我肯定給你們當牛做馬。”

  盧赫在一旁暗自思忖,然后發話道,“老艾,你可能要當我的馬了?!?p>  艾達否眼前一亮:“什么意思?”

  “沒想到啊老艾,當我的馬你這么激動?!北R赫笑著說:“我有一個大膽的想法。你知道發夾環嗎?就是DNA上的富含GC的回文序列,轉錄成mRNA之后,形成的一個倒T形的長得像奶嘴一樣的東西。

  如果你在基鏈上設計兩個回文序列,它們就有粘在一起的傾向,形成一個發夾環。發夾環底座上的互補鏈作為輸入,它往底座上粘的時候會促使奶嘴兩側的回文序列越粘越緊,直至其上原本的互補鏈被擠下去,完成鏈置換。奶嘴上被擠下去的那條鏈,就是輸出。

  這樣,雖然輸出是固定的GC回文序列,但是輸入可以是任意的,從而做到輸入和輸出毫不相關,你這問題不就解決了嗎?”

  艾達否聽后立刻激動地蹦起,狠狠地擁抱了一下盧赫,然后小跑到圖靈雕像前還愿:

  “范內瓦·布什,什爺;馮·諾依曼,馮叔;麥席森·圖靈,麥伯伯;唐納德·克努特,唐哥。”他圍著雕像轉了一圈后,跑回盧赫面前,鞠了一躬,“還有你,我親愛的兒子,盧小弟。感謝你們賜予我靈感?!?p>  盧赫一腳踹向艾達否:“你大爺的,我才是你爸爸。還說我人品不好,我看你才是個花心大蘿卜,拜了這么多人?!?p>  艾達否靈活地閃躲,“這你就不懂了,buff不嫌多。你這么些天早出晚歸的,一定也遇上什么困難了吧?”

  艾達否說完,走上前把盧赫拉起來,“走走走,拜拜去。老祖宗說得好,心誠則靈?!?p>  盧赫起身,但并沒有走向雕像,而是轉身面朝生科樓,樓側里德實驗室幾個大字被燈帶圍了起來,正發著慘白的光。

  他并不相信艾達否的鬼話。但如果一定讓他拜一個人的話,他只想真誠地問羅伯特·里德一句話:

  我尊敬的里德先生,你發明的鋅指技術,曾經創造了那么多的輝煌。可又為什么在幾十年后的今天,如此黯然失色?

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