本发明专利技术公开了一种基于化学反应动力学的组合逻辑电路设计方法，根据设定的逻辑功能，得到一张反映输入信号、输出信号逻辑关系的真值表，将该真值表通过卡诺图作部分映射到形式化学反应网络CRNs，从而实现该设定逻辑功能。方法借助于卡诺图作部分映射，减少使用的化学反应方程数目而不影响所实现的逻辑功能，具有普适一般性，且通俗易懂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及，属于DNA逻辑口 计算领域。
技术介绍
2010年，David Soloveichik等人提出"DNA as a universal substrate for chemical kinetics"(详见文南犬 1，Soloveichik,D. ,G. Seelig,and E.Winfree,DNA as a universal substrate for chemical kinetics.Proc Natl Acad Sci U S A,2010.107 (12): p. 5393-8，），一定程度上从理论层面证明：对于任何一个形式化学反应网络(CRNs)， 我们总能方便地找到其对应的DNA的物理实现。也就是说，任意一个我们所设计的CRNs，可 W映射到DNA分子链置换反应上；而DNA分子链置换反应，在"忽略反应物、生成物具体是什 么DNA分子"的前提下，可W抽象为一个由一系列形如A+B一C+D的基元反应所构成的CRNs, 从而使设计简单化。 2011 年，Phillip Senum等人提出"Rate-ind邱endent constructs for chemical computation"(详见文南犬2，Senum,P.and Μ.D.Riedel,Rate-independent constructs for chemical computation.化oS 0肥,2011.6)，表明化学反应网络结构如果设计的合理，化学 反应的反应速率将不会影响整个CRNs系统的动态特性，即一定程度上可W不去考虑化学反 应速率的精确值，而关屯、CRNs在某个相对反应速率范围内的稳定特性。 2013年，Jiang Hua等人提出"Digital Logic with Molecular Reactions"(详见 文南犬3，Jian邑 ,Parhi K,Digital Lo邑ic with Molecular Reactions.2013IEEE/ ACM International Conference,2013:p.721-727)，对于单个比特如X，可W用式（1)运一 组3个化学反应来表示，并由此提出了基于分子反应双稳态的数字逻辑，W及简单组合逻辑 的设计。然而，该设计方法需要具体的电路架构，且不具有一般性。 Xo巧 1 一 Sx Xo+Sx 一 3X〇 (1) Xi+Sx 一 3Xi [000引。申请号为201510369748.3的中国专利基于DNA分子链置换反应提取实现组合逻辑 的CR化的方法，具体公开了按照设定的逻辑功能，得到一张反映输入、输出逻辑关系的真值 表，并从真值表中映射出形式化学反应网络，采用卡诺图化简的方法形式化学反应网络进 行化简，获得用于实现组合逻辑功能的形式化学反应网络，该方法为按照卡诺图进行全部 一一映射的方法，可W得到仿真很好的CRNs了。而考虑到节约能耗等问题，该卡诺图化简方 法也能在一定程度上减少了化学反应方程。但是对于2输入异或口而言，该卡诺图化简方法 并不能运用，因为无法化简。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于化学反应动力 学的组合逻辑电路设计方法，该方法借助于卡诺图作部分映射，减少使用的化学反应方程 数目而不影响所实现的逻辑功能，具有普适一般性，且通俗易懂。 技术方案:为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为： -种基于化学反应动力学的组合逻辑电路设计方法，根据设定的逻辑功能，得到 一张反映输入信号、输出信号逻辑关系的真值表，将该真值表通过卡诺图作部分映射到形 式化学反应网络CRNs，从而实现该设定逻辑功能。 优选的：所述形式化学反应网络CRNs包括背景反应、主要反应和修正反应;其中， 背景反应用于通过表示稳定的单个比特，得到稳定的输入、输出信号;主要反应用于将真值 表所涵盖的逻辑功能，部分映射到形式化学反应网络CRNs当中，使得的形式化学反应网络 CR化能实现其真值表所涵盖的逻辑功能;修正反应用于使得输出稳定在同等输入水平上， 不产生输出的放大。 优选的:所述部分映射是指对于卡诺图中的小分隔，只将逻辑值为1的小分隔映射 为化学反应方程。 优选的：对输入、输出均作双稳态的背景反应，仅对逻辑1的小分隔作主要反应的 映射，且最初在系统中Z%的浓度为0，得到的修正反应为： Z'1+Zo一Zi ;[001 引 Z'1+Zi 一 Zi 其中，Z^i表示预生成物Z/的逻辑值为l，Zo表示输出信号Z的逻辑值为0，Zi表示输 出信号Z的逻辑值为1，Z%表示预生成物Z/的逻辑值为0。 对输入、输出均作双稳态的背景反应或者仅对输入作双稳态的背景反应，仅对逻 辑1的小分隔作主要反应的映射，且最初系统总Z%的浓度为lOnM，得到的修正反应为： Z'1+Zo一Zi ； 1' o+Zi^Zo 其中，Z/1表示预生成物Z/的逻辑值为1，Zo表示输出信号Z的逻辑值为0，Zi表示输 出信号Z的逻辑值为1，Z%表示预生成物Z/的逻辑值为0。 优选的:对2输入-1输出的逻辑电路，其输入、输出均作双稳态的背景反应，仅对逻 辑1的小分隔作主要反应的映射，且最初在系统中Z%的浓度为0构建形式化学反应网络 CR化的方法： 步骤11，构建背景反应，根据两个输入信号构建输入、输出均作双稳态的背景反 应； 根据第一输入信号构建其稳态背景反应方程式：[002引 Xo巧 1 一 Sx Sx巧0 一 3Xo; Sx+Xi 一 3Xi 其中，X表示第一输入信号，Xi表示第一输入信号逻辑l，Xo表示第一输入信号逻辑 0，Sx表示第一输入信号中间产物表示反应符号，其左边表示反应物，右边表示生成物。 根据第二输入信号构建其稳态背景反应方程式： Yo+Yi 一 Sy Sy+Yo 一 3Υο; Sy+Yi 一 3Yi 其中，Υ表示第二输入信号，Yi表示第二输入信号逻辑1，Υ〇表示第二输入信号逻辑 0，Sy表示第二输入信号中间产物。 根据输出信号构建其稳态背景反应方程式：[003引 Zo+Zi 一 Sz Sz+Zo 一 3Zo; Sz+Zi 一 3Zi 其中，Z表示输出信号表示输出信号逻辑l，Zo表示输出信号逻辑0，Sz表示输出 信号中间产物。 步骤12,构建真值表:根据第一输入信号、第二输入信号的逻辑值建立真值表；其中，X表不第一输入信号，Y表不第二输入信号。 步骤13,构建主要反应，W步骤11生成的第一输入信号、第二输入信号作为反应 物，W步骤12建立的真值表，基于卡诺图仅对逻辑1的小分隔作主要反应的映射，得到其主 要反应方程式： Xo+Yi 一 Xo+Yi+Z^ 1 ;[004引 Xi+Yo 一 Xi+Yo+Z' 1 其中，Z/1表示主要反应里的预生成物逻辑1。 步骤14,构建修正反应，W步骤11生成的输出信号W及步骤13生成的主要反应里 的预生成物逻辑1作为反应物得到修正反应方程式： Z' i+Zi一Zi ； 1' i+Zo^Zi 若生成的输出信号Zi不稳定，则将该生成的输出信号Zi作为步骤11中输出信号背 景反应方程式的反应物。 优选的:对2输入-1输出的逻辑电路，其输入、输出均作双稳态的背景反应，仅对逻 辑1的小分隔作主要反应的映射，且最初本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于化学反应动力学的组合逻辑电路设计方法，其特征在于：根据设定的逻辑功能，得到一张反映输入信号、输出信号逻辑关系的真值表，将该真值表通过卡诺图作部分映射到形式化学反应网络CRNs，从而实现该设定逻辑功能。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张川，戈璐璐，钟志伟，尤肖虎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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