[发明专利]基于双策略黑蜘蛛算法的DNA存储编码优化方法

说明书

本发明提出了一种基于双策略黑蜘蛛算法的DNA存储编码优化方法，首先构造出满足当前约束组合的DNA编码序列集合，并对所述DNA编码序列集合中的序列进行适应度评定，按其结果进行排序；其次引入双策略黑蜘蛛算法对上述集合进行优化，得到优化后的适应度较高的DNA编码序列；再次通过组合约束对优化后的DNA编码序列进行筛选，保留满足组合约束的序列；最后将保留的序列集合并到DNA编码序列集中，输出满足组合约束的最优编码序列集。将优化后的双策略黑蜘蛛算法应用到DNA编码序列集，实现优化序列的目的。优化后的序列集在适应度函数上拥有更好的表现；通过末端约束将优化后的序列集进行筛选，构造具有稳定物理和热力学特性的DNA编码序列集。

技术领域

本发明涉及DNA存储中编码设计领域，具体涉及一种基于双策略黑蜘蛛算法的DNA存储编码优化方法。

背景技术

在数据大爆炸的背景下，DNA由于具有存储密度大、资源丰富且易于获取、可储存时间长、消耗能量少等优点被认为是用于信息存储的一个理想载体。近几年，DNA存储技术不断得到发展和应用，DNA编码集的编码方法也层出不穷。

将智能、种群算法与DNA编码方法相结合是当前广泛应用的方法。然而，一方面有些种群的更新方式和逻辑相对简单，容易出现种群的多样性不足和易陷入局部最优的状况。另一方面由于DNA序列具有特殊的生物特性，相似性差异较大的序列可以尽量避免非特异性杂交现象的发生，同时物理特性和热力学特性都相对稳定的序列集在存储过程中更不易出现问题，高质量的DNA编码序列集在存储过程中能降低错误率。因此更好地提高算法的效率和质量、扩大存储序列集的规模外，关注序列的物理特性和热力学特性是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于通过元启发式算法对DNA编码序列集进行搜索与优化，最终得到数量提高且物理特性和热力学特性稳定的DNA存储编码集，以此提高DNA编码集的质量，保障DNA存储的稳定性。

为了实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

首先构造出满足当前约束组合的DNA编码序列集，并对所述DNA编码序列集中的序列进行适应度评定，按其结果进行排序；其次引入双策略黑蜘蛛算法对DNA编码序列集进行优化，得到优化后的适应度较高的DNA编码序列；再次通过组合约束对优化后的DNA编码序列进行筛选，保留满足组合约束的序列；最后将保留的序列合并到DNA编码序列集中，输出满足组合约束的最优编码序列集。

上述技术方案可以使本发明得到如下的技术效果：

1.引入随机交换策略和权重选择策略以提高算法的开发和探索能力。其中随机交换策略能提高序列的多样性，权重选择策略在序列生成下代序列的过程中选择不同更新方法：在前半部分寻找围绕序列的最优解，提高算法的探索能力；在后半部分寻找远离当前最优解的可选择的解，提高算法的开发能力，避免序列选择陷入局部最优；

2.通过将优化后的双策略黑蜘蛛算法应用到DNA编码序列集，实现优化序列的目的。优化后的序列集在适应度函数上拥有更好的表现；

3.通过末端约束将优化后的序列集进行筛选，构造具有稳定物理和热力学特性的DNA编码序列集；

4.将具有稳定物理和热力学特性的存储序列集应用到DNA存储中，提高存储的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为基于双策略黑蜘蛛算法的DNA存储编码优化方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施中的技术方案进行清楚、完整的描述，可以理解的是，所描述的实例仅仅是本发明的一部分实例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。