凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年9月4日
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标题: 定向进化有效选择出基于DNA的物理储层计算网络,能够完成多项任务
标题: Directed evolution effectively selects for DNA based physical reservoir computing networks capable of multiple tasks
摘要: DNA和其他生物聚合物正在被研究作为新的计算基质,以替代基于硅的数字计算机。 然而,现有的自上而下设计的生物分子相互作用网络仍然具有挑战性,并未充分利用生物分子自组装的能力。 在计算领域之外,定向进化已被用作一种工具,用于目标导向优化DNA序列。 在这里,我们提出将定向进化与基于DNA的储备计算相结合,以实现材料内的优化和适应。 模拟通过DNA链连接的胶体珠网络,展示了一个能够执行非线性时间序列预测任务的物理储备,包括Volterra级数和Mackey-Glass混沌动力学。 储备计算性能,通过归一化均方误差(NMSE)量化,强烈依赖于网络拓扑,表明任务特定的最优网络配置。 使用遗传算法进化DNA编码的网络连接,有效识别了表现良好的储备网络。 定向进化在多个任务中提高了储备性能,优于随机网络选择。 值得注意的是,对不同任务的顺序训练使得储备种群能够在先前任务上保持性能。 我们的研究结果表明,DNA-珠网络提供了储备计算所需的足够复杂性,且定向进化能够稳健地优化性能。
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