CN111950686B - 一种数据处理装置及数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种数据处理装置及数据处理方法，控制器根据处理指令输入模块输入的信息，向第一、二可控开关分别发送指令，以使受控的第一容器中的第一反应物进入第五容器，第二容器中的第二反应物进入第五容器并与第一反应物在第五容器中的反应介质作用下发生反应生成第一聚合体；控制检测器检测第一聚合体是否为真解聚合体，若不是，则停止；若是，控制器向第三、四、五可控开关分别发送指令，以使受控的第三容器中的第三反应物、第四容器中的第四反应物及第五容器中的真解聚合体分别进入第六容器中，并在反应介质作用下发生反应生成第二聚合体；控制检测器检测第二聚合体，根据检测结果确定是否为待解问题的真解。

Description

一种数据处理装置及数据处理方法
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种数据处理装置及数据处理方法。
背景技术
电子计算机的工艺制造技术即将达到物理极限，著名的理论物理学家Kaku在2012年就预言，十年内电子计算机的工艺制造技术将达到极限，即让处理器运行得更快一点所消耗的能量超过了提升的速度能够带来的好处，人们反而要稍微降低处理器的速度，以减少能量的消耗。即便我们在芯片上增加更多的晶体管，根据摩尔定律，在不远的将来，数以千计的并行处理核心显得微不足道，几十年后我们可能有百万核或几十亿核的计算机，但对于求解稍大规模的NP问题还是没什么帮助。例如，将具有100个顶点的一个4-色图的所有4-着色全部求解出来，其算法复杂度为498，如果我们动用100万台计算机，每台有10亿个核心，每个核心每秒能进行1×1018个操作，仍需要花费超过418年的时间。
冯·诺依曼型的电子计算机是基于图灵机模型，为什么其在面对大规模的NP-完全问题时会显得“力不从心”？追其原因，主要有如下两点：
第一、与数据的放置模式有关。
首先注意到：任何一个计算工具在进行运算过程中，其数据处理方式必须依赖数据的放置模式。
图灵机中数据是一个挨着一个放置的线性放置模式。在这种放置模式下，只能对相邻两个数据进行信息处理，因而，极大地束缚了“数据的手脚”，限制了它的计算能力。数据的线性放置模式是产生大量非解的根源。
第二、与信息处理的算子有关。
图灵机每进行一次运算，仅处理两个相邻的数据，因此，图灵机只能进行串行运算。这就是求解问题在初始解空间中产生大量非解的另一个根源。
发明内容
本发明实施例提供一种数据处理装置及数据处理方法，用以解决现有技术中无法高效、准确地解决NP完全问题的缺陷，处理效率更高且结果更全面。
本发明实施例提供一种数据处理装置，包括：处理指令输入模块、控制器、第一容器、第二容器、第三容器、第四容器、第五容器、第六容器以及检测器，连接在所述第一容器和所述第五容器的连接通路上的第一可控开关、连接在所述第二容器和所述第五容器的连接通路上的第二可控开关、连接在所述第三容器和所述第六容器的连接通路上的第三可控开关、连接在所述第四容器和所述第六容器的连接通路上的第四可控开关、连接在所述第五容器和所述第六容器的连接通路上的第五可控开关，所述处理指令输入模块连接所述控制器，所述控制器分别连接所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关以及第五可控开关，所述控制器还连接所述检测器，所述检测器分别连接所述第五容器和所述第六容器；
所述控制器用于根据所述处理指令输入模块输入的处理指令向所述第一可控开关、所述第二可控开关分别发送第一指令、第二指令，以使所述第一容器中预存的第一反应物进入所述第五容器，所述第二容器中预存的第二反应物进入所述第五容器中并与第一反应物在所述第五容器中预存的反应介质作用下反应生成第一聚合体，在发送所述第一指令或所述第二指令达到第一预设时间时，控制所述检测器检测所述第五容器中的所述第一聚合体，在确定所述第一聚合体为真解聚合体的条件下，向所述第三可控开关、所述第四可控开关以及所述第五可控开关分别发送第三指令、第四指令和第五指令，以使所述第三容器中预存的第三反应物进入所述第六容器，所述第四容器中预存的第四反应物进入所述第六容器，所述第五容器中的所有真解聚合体进入所述第六容器并与所述第三反应物和第四反应物在第六容器中预存的反应介质的作用下发生反应生成第二聚合体，在所述第三指令或所述第四指令达到第二预设时间时，控制所述检测器检测所述第六容器中的所述第二聚合体，以确定所述第六容器中的所述第二聚合体是否为真解。
根据本发明一个实施例的数据处理装置，所述第一可控开关，用于根据所述控制器发送的第一打开控制指令打开，以使所述第一容器中预先存储的第一反应物进入所述第五容器；所述第一反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的；所述第二可控开关，用于根据所述控制器发送的第二打开控制指令打开，以使所述第二容器内预先存储的第二反应物进入所述第五容器中与所述第一反应物在所述第五容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第二反应物为根据所述第一反应物制作的，所述第二反应物与所述第一反应物匹配；所述第三可控开关，用于根据所述控制器发送的第三打开控制指令打开，以使所述第三容器中预先存储的第三反应物进入所述第六容器；所述第三反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的；所述第四可控开关，用于根据所述控制器发送的第四打开控制指令打开，以使所述第四容器内预先存储的第四反应物进入所述第六容器中与所述第三反应物和第五容器反应得到的真解聚合体在所述第六容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第四反应物为根据所述第三反应物和第五容器中反应得到的真解聚合体制作的，所述第四反应物与所述第三反应物与第五容器反应得到的真解聚合体构成的并匹配；所述第五可控开关，用于根据所述控制器发送的第五打开控制指令打开，以使所述第五容器中反应后得到的全部真解聚合体进入所述第六容器。
根据本发明一个实施例的数据处理装置，还包括：数据获取装置和反应物制作装置；所述数据获取装置和所述反应物制作装置均与所述控制器连接；所述数据获取装置，用于获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器，用于根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向所述反应物制作装置发送控制指令，其中，所述控制器将所述待处理数据中的每个数据作为顶点、所述待处理数据之间的连接关系作为边构建简单无向图，根据所述简单无向图中不同顶点之间连边的紧密差别向所述反应物制作装置发送四个控制指令；所述反应物制作装置，用于根据所述控制指令制作第一、第二、第三和第四反应物。
根据本发明一个实施例的数据处理装置，所述第一反应物和所述第三反应物包括纳米颗粒以及连接在所述纳米颗粒上的多种DNA单链，其中，所述纳米颗粒上的相同种DNA单链连接在所述纳米颗粒的同一连通区域上；所述第二反应物和所述第四反应物包括DNA单链。
根据本发明一个实施例的数据处理装置，所述反应介质为聚合酶。
根据本发明一个实施例的数据处理装置，所述第五容器和所述第六容器为PE容器或玻璃容器，所述检测器为原子力显微镜AFM或扫描电镜。
本发明实施例还提供一种基于上述实施例的数据处理装置的数据处理方法，包括：
所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令；
所述控制器根据所述处理指令向所述第一可控开关、所述第二可控开关分别发送第一指令和第二指令，以使所述第一容器中预存的第一反应物进入所述第五容器，所述第二容器中预存的第二反应物进入所述第五容器中并与所述第一反应物在所述第五容器中预存的反应介质作用下反应生成第一聚合体，在发送所述第一指令或所述第二指令达到第一预设时间时，控制所述检测器检测所述第五容器中的所述第一聚合体，并在确定所述第一聚合体为真解聚合体的条件下，向所述第三可控开关、所述第四可控开关以及所述第五可控开关分别发送第三指令、第四指令和第五指令，以使所述第三容器中预存的第三反应物进入所述第六容器，所述第四容器中预存的第四反应物进入所述第六容器，所述第五容器中的所有真解聚合体进入所述第六容器并与所述第三反应物、第四反应物在第六容器中预存的反应介质的作用下发生反应生成第二聚合体，在所述第三指令或所述第四指令达到第二预设时间时，控制所述检测器检测所述第六容器中的所述第二聚合体，以确定所述第六容器中的所述第二聚合体是否为真解。
根据本发明一个实施例的数据处理方法，所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令之前，所述方法还包括：数据获取装置获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向反应物制作装置发送控制指令；所述反应物制作装置根据所述控制指令制作所述第一反应物、第二反应物、第三反应物以及第四反应物。
根据本发明一个实施例的数据处理方法，所述控制器根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向反应物制作装置发送控制指令，包括：所述控制器将所述待处理数据中的每个数据作为顶点、所述待处理数据之间的连接关系作为边构建简单无向图；根据所述简单无向图中不同顶点之间连边的紧密差别向所述反应物制作装置发送四个控制指令。
本发明实施例提供的数据处理装置及数据处理方法，在本发明的一次处理中，第五容器、第六容器先后进行反应物反应。在上述两个容器中，反应物为空间自由放置，第二反应物可和任意一对第一反应物直接进行信息处理，第四反应物可和任意的两个第三反应物或第五容器形成的真解聚合体直接进行信息处理。针对一个待解问题，本发明只需两次反应即可求出问题的全部解，相对于图灵机一次只处理相邻的两个数据的串行处理模式，处理效率更高且结果更全面。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种数据处理装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种数据结构和数据胞结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种数据处理过程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种数据处理方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的一种9-阶3-可着色示意图；
图6是本发明实施例提供的顶点归类形成的子图示意图及其所有3-着色；
图7是本发明实施例提供的图5的所有4种3-着色。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
总的来说，本发明提供一种数据处理装置，包括：处理指令输入模块、控制器、第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关、检测器、第一容器、第二容器、第三容器、第四容器、第五容器、第六容器以及检测器。
其中，所述第一容器用于放置第一反应物，第二容器用于放置第二反应物，第三容器用于放置第三反应物，第四容器用于放置第四反应物，第五容器用于放置使所述第一反应物和第二反应物反应的反应介质，第六容器用于放置使所述第一反应物和第二反应物反应得到的聚合体与第三反应物、第四反应物反应的反应介质，所述检测器的检测端分别与所述第五容器、第六容器对应设置；所述处理指令输入模块连接所述控制器，所述第一容器和第二容器均与所述第五容器连通，所述第三容器、第四容器和第五容器均与所述第六容器连通，在所述第一容器和第五容器的连接通路上设置所述第一可控开关，在所述第二容器和第五容器的连接通路上设置所述第二可控开关，在所述第三容器和第六容器的连接通路上设置所述第三可控开关，在所述第四容器和第六容器的连接通路上设置所述第四可控开关，在所述第五容器和第六容器的连接通路上设置所述第五可控开关，所述控制器分别连接所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关、第五可控开关，所述控制器还连接所述检测器；所述处理指令输入模块，用于向所述控制器输入处理指令。
所述第一可控开关，用于根据所述控制器发送的第一打开控制指令打开，以使所述第一容器中预先存储的第一反应物进入所述第五容器；所述第一反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的。
所述第二可控开关，用于根据所述控制器发送的第二打开控制指令打开，以使所述第二容器内预先存储的第二反应物进入所述第五容器中与所述第一反应物在所述第五容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第二反应物为根据所述第一反应物制作的，所述第二反应物与所述第一反应物匹配。
所述第三可控开关，用于根据所述控制器发送的第三打开控制指令打开，以使所述第三容器中预先存储的第三反应物进入所述第六容器；所述第三反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的。
所述第四可控开关，用于根据所述控制器发送的第四打开控制指令打开，以使所述第四容器内预先存储的第四反应物进入所述第六容器中与所述第三反应物和第五容器反应得到的真解聚合体在所述第六容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第四反应物为根据所述第三反应物和第五容器中反应得到的真解聚合体制作的，所述第四反应物与所述第三反应物与第五容器反应得到的真解聚合体构成的并匹配。
所述第五可控开关，用于根据所述控制器发送的第五打开控制指令打开，以使所述第五容器中反应后得到的真解聚合体进入所述第六容器。
所述检测器，用于根据所述控制器发送的第一检测指令和第二检测指令，先后对所述第五容器和第六容器中的聚合体进行检测，以获得相应检测结果，并将检测结果发送给所述控制器。
所述控制器，用于根据所述处理指令，向所述第一可控开关发送所述第一打开控制指令，向所述第二可控开关发送所述第二打开控制指令，在向所述第一可控开关发送第一打开控制指令或向所述第二可控开关发送所述第二打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器发送对第五容器中聚合体检测的第一检测指令，在接收到所述检测器发送的检测结果时，根据所述检测结果确定聚合体是否为真解聚合体，若不是，则停止运行，若是，则向所述第三可控开关发送所述第三打开控制指令，向所述第四可控开关发送所述第四打开控制指令，向所述第五可控开关发送所述第五打开控制指令，在向所述第三可控开关发送第三打开控制指令或向所述第四可控开关发送所述第四打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器发送对第六容器中聚合体检测的第二检测指令，在接收到所述检测器发送的检测结果时，根据所述检测结果确定聚合体是否为真解聚合体。
所述装置还包括：数据获取装置和反应物制作装置；所述数据获取装置和所述反应物制作装置均与所述控制器连接；所述数据获取装置，用于获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器，用于根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向所述反应物制作装置发送控制指令；所述反应物制作装置，用于根据所述控制指令制作第一、第二、第三和第四反应物。
所述第一反应物、第三反应物的一种实现方式是纳米颗粒，且在该纳米颗粒上连接有多种DNA单链，其中，纳米颗粒上的相同种DNA单链连接在纳米颗粒的同一连通区域上。
所述第二反应物、第四反应物的一种具体实现方式是DNA单链，它们分别在第五容器和第六容器中通过氢键引力作用将第一反应物、第三反应物中不同种嵌有DNA单链的纳米颗粒连接成聚合体。
所述反应介质的一种具体实现方式是聚合酶。所述第五容器、第六容器可以是PE容器或玻璃容器。所述检测器可以是原子力显微镜AFM或扫描电镜。
基于上述数据处理装置，本发明还提供一种对应的数据处理方法，包括：所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令；所述控制器根据所述处理指令，向所述第一可控开关发送第一打开控制指令，并向所述第二可控开关发送第二打开控制指令；所述第一可控开关根据所述第一打开控制指令打开，以使所述第一容器中预先存储的第一反应物进入所述第五容器；所述第一反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的；所述第二可控开关根据所述第二打开控制指令打开，以使所述第二容器内预先存储的第二反应物进入所述第五容器中与所述第一反应物在第五容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第二反应物为根据所述第一反应物制作的，所述第二反应物与所述第一反应物匹配；所述控制器在向所述第一可控开关发送第一打开控制指令或向所述第二可控开关发送第二打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器发送第一检测指令；所述检测器根据所述检测指令对第五容器中的聚合体进行检测，以获得检测结果，并将所述检测结果发送给所述控制器；所述控制器在接收到所述检测器发送的检测结果时，根据所述检测结果确定聚合体是否有真解，若无，则停止处理，若有，则向所述第三可控开关发送所述第三打开控制指令、向所述第四可控开关发送所述第四打开控制指令、向所述第五可控开关发送所述第五打开控制指令，在向所述第三可控开关发送第三打开控制指令或向所述第四可控开关发送所述第四打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器发送对第六容器中聚合体检测的第二检测指令，在接收到所述检测器发送的检测结果时，根据所述检测结果确定聚合体是否为真解聚合体。
其中，所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令之前，所述方法还包括：所述数据获取装置获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向所述反应物制作装置发送控制指令；所述反应物制作装置根据所述控制指令制作所述第一反应物、第二反应物、第三反应物和第四反应物。
所述控制器根据所述待处理数据以及待处理数据之间的连接关系，向所述反应物制作装置发送控制指令，包括：所述控制器将所述待处理数据中的每个数据作为顶点、所述待处理数据之间的连接关系作为边构建简单无向图；根据图中不同顶点之间连边的紧密差别向所述反应物制作装置发送四个控制指令。对于所述简单无向图中连边较为紧密的那些子图(相比较来说，在所述每个子图中，顶点互连边较为密集)，这些子图的顶点与第一反应物对应，控制器向反应物制作装置发送第一控制指令和第二控制指令，反应物制作装置根据第一控制指令制作第一反应物，根据第二控制指令制作第二反应物，第二反应物与第一反应物对应的顶点集导出的子图中的边相对应。对于不属于上述子图的其余顶点，它们与第三反应物对应，控制器向反应物制作装置发送第三控制指令和第四控制指令，反应物制作装置根据第三控制指令制作第三反应物，根据第四控制指令制作第四反应物，第四反应物与原图中除第二反应物对应的边之外的其余所有边相对应。
更具体地，图1示出了本发明一实施例提供的一种数据处理装置的结构示意图。如图1所示，本实施例的一种数据处理装置，所述装置包括：处理指令输入模块11、控制器12、第一可控开关20、第二可控开关21、第三可控开关22、第四可控开关23、第五可控开关24、检测器19、第一容器13、第二容器14、第三容器15、第四容器16、第五容器17、第六容器18以及检测器19。
其中，所述第一容器13用于放置第一反应物，第二容器14用于放置第二反应物，第三容器15用于放置第三反应物，第四容器16用于放置第四反应物，第五容器17用于放置使所述第一反应物和第二反应物反应的反应介质，第六容器18用于放置使所述第三反应物、第四反应物和第五容器反应得到的聚合体反应的反应介质，所述检测器19的检测端与所述第五容器17和第六容器18对应设置；所述处理指令输入模块11连接所述控制器12，所述第一容器13和第二容器14均与所述第五容器17连通，在所述第一容器13和第五容器17的连接通路上设置所述第一可控开关20，在所述第二容器14和第五容器17的连接通路上设置所述第二可控开关21，所述第三容器15、第四容器16和第五容器17均与所述第六容器18连通，在第三容器15和第六容器18的连接通路上设置所述第三可控开关22，在第四容器16和第六容器18的连接通路上设置所述第四可控开关23，在第五容器17和第六容器18的连接通路上设置所述第五可控开关24，所述控制器12分别连接所述第一可控开关20、第二可控开关21、第三可控开关22、第四可控开关24和第五可控开关24，所述控制器12还连接所述检测器19。
所述处理指令输入模块11，用于向所述控制器12输入处理指令。
所述第一可控开关20，用于根据所述控制器12发送的第一打开控制指令打开，以使所述第一容器13中预先存储的第一反应物进入所述第五容器17；所述第一反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的。
所述第二可控开关21，用于根据所述控制器12发送的第二打开控制指令打开，以使所述第二容器14内预先存储的第二反应物进入所述第五容器17中与所述第一反应物在第五容器17中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第二反应物为根据所述第一反应物制作的，第二反应物与第一反应物匹配。
所述第三可控开关22，用于根据所述控制器12发送的第三打开控制指令打开，以使所述第三容器15中预先存储的第三反应物进入所述第六容器18；所述第三反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的。
所述第四可控开关23，用于根据所述控制器12发送的第四打开控制指令打开，以使所述第四容器16内预先存储的第四反应物进入所述第六容器18中与所述第三反应物以及第五容器中反应得到的真解聚合体在第六容器18中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第四反应物为根据所述第三反应物以及第五容器反应得到的真解聚合体制作的，第四反应物与第三反应物、第五容器反应得到的真解聚合体匹配。
所述第五可控开关24，用于根据所述控制器12发送的第五打开控制指令打开，以使第一反应物与第二反应物反应得到的真解聚合体进入所述第六容器18中。
所述检测器16，用于根据所述控制器12发送的第一、二检测指令先后对第五容器、第六容器中聚合体进行检测，以获得检测结果，并将检测结果发送给所述控制器12。
所述控制器12，用于根据所述处理指令，向所述第一可控开关20发送所述第一打开控制指令、向所述第二可控开关21发送所述第二打开控制指令，在向所述第一可控开关20发送第一打开控制指令或向所述第二可控开关21发送所述第二打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器19发送对第五容器17中的聚合体进行检测的第一检测指令，以及，若第五容器17含真解聚合体时，向所述第三可控开关22发送所述第三打开控制指令、向所述第四可控开关23发送所述第四打开控制指令、向所述第五可控开关24发送所述第五打开控制指令，在向所述第三可控开关22发送第三打开控制指令或向所述第四可控开关23发送所述第四打开控制指令达到预设时间时，向所述检测器19发送对第六容器18中的聚合体检测的第二检测指令，在接收到所述检测器19发送的所述检测结果时，根据所述检测结果确定聚合体是否为处理结果。
下面介绍所述第一容器13、第二容器14、第三容器15、第四容器16、第五容器17、第六容器18和检测器19。
第一容器13、第三容器15均用于存放待处理数据，可以称为数据库。
数据库X内可包含若干个非空子集X1,X2,…,Xn，每个子集Xi称为X的一个数据池，该数据池中只存放一种数据xi。数据xi由两个部分构成：一个称为数据胞，另一个称为数据纤维。数据胞只有一个；数据纤维有pi(0＜pi≤n)种，可分别记为其中每种数据纤维/>在该数据中含有海量个相同的拷贝。数据胞与数据纤维相连接，相同种类的数据纤维被连接在同一连通区域。如图2(a)给出了数据xi的结构示意图，用一小球表示数据胞(如图2b所示)，小球的一个区域表示同类的数据纤维(如图2b所示)，不同线型表示不同种数据纤维。
将待处理数据分类到两个容器(第一容器13和第三容器15)的目的是，有效减少非解，降低运算时间及实验操作时的错配率。若检测器没有检测到第五容器中含真解，则无需再进行后续操作，即可判断待解问题无真解。若检测器检测到第五容器中含真解，则控制器向第五可控开关发送第五开关控制指令，将第五容器中所有真解放入第六容器，这意味着第六容器中将不存在内部连边较为紧凑的那些子图(对应于待解问题中的部分子问题)的非解。
第二容器14、第四容器16均用于存放算子，可以称为探针库。
探针库内的探针(即本发明的第二、四反应物)是用于寻找某两个数据(即本发明的第一、三反应物)，并把这两个数据关联起来的“粘合剂”，确切定义如下。
设与/>是两个不同种数据上的数据纤维，/>与/>之间的探针，记作/>是指能满足下列3个条件的算子(亦称为探针算子)：
在计算平台λ中能准确地找到/>与/>把此条件称为相邻性；
在计算平台λ中能且只能找到/>与/>把此条件称为唯一性；
在找到这两个数据纤维的同时能实施具有某种属性的运算(如连接、传递信息功能等)，其作用结果记作/>把此条件称为可探针性。
若数据库中的两个数据纤维与/>之间存在探针/>则称/>与/>是可探针的，称对应的数据xl与xt是可探针的，并把/>与/>称为探针/>的探针对象；否则，称/>与/>是不可探针的，并称xl与xt是不可探针的。探针库由若干探针子库构成，每个探针子库只存储指定的两个数据间的所有可能探针。
根据问题的不同，可给定不同属性的探针运算，对应地，数据和探针的类型也分不同种类，如连接型数据和传递型数据，连接型探针和传递型探针等。
两个可探针的数据纤维与/>的连接型探针算子/>是指在计算平台λ上能够找到两个目的数据纤维/>与/>并能把这两个纤维连接在一起的探针算子，亦记作/>此定义可形象地在图3中给予解释。
图3中给出了两个数据xi与xt，以及与/>的连接算子/>的形象图示。/>可视为数据纤维/>的外半部分与数据纤维/>的外半部分合成的补，该补具有吸附连接/>与/>的能力，使得它可以将这两个数据纤维/>与/>连接在一起，自然地，数据xi与xt连接在一起。把此连接算子作用后的结果记为/> 表示数据xi与xt通过它们纤维/>与/>之间的探针算子/>作用后连接在一起形成的聚合体。
第五容器15、第六容器18均用于提供数据间实施探针运算的环境，可称为计算平台。
把经过探针运算后的两个数据与相应的探针一起形成的聚合体称为2-数据聚合体。进而，若第三个数据与2-数据聚合体中的某个数据可探针，则经过探针运算后的聚合体称为3-数据聚合体。类似，把经过若干次探针运算后，含m(≥2)个数据的聚合体称为m-数据聚合体，或阶数为m的数据聚合体，通常用M或带有下标的Mi来表示，并用|M|表示M的阶数。特别，将一个数据称为1-数据聚合体。
计算平台，记作λ，具有如下3个基本功能：
基本功能1：高聚合性。当某个探针进入λ中时，/>总是寻找能产生更高阶的含更多探针的数据聚合体的两个目的数据纤维/>与/>具体有如下几种选择情况：
若M1,M2,M3是λ中的3个数据聚合体，M1上含且M2与M3中均含/> 与/>是可探针的，当|M2|＞|M3|时，则/>会选择M1上的/>与M2中的/>进行探针运算；
若与M1与M2这两个数据聚合体均可探针，则当|M1|＞|M2|时，则/>会选择与M2实施探针运算；若|M1|＝|M2|时，则选择探针数目最多的一个实施探针运算；若|M1|＝|M2|且它们的探针数目也相同，则任选其一。
基本功能2：唯一性。对于λ中的任意数据聚合体M，所含的数据种类互不相同，且M上的任意两个数据之间最多只有一次基本探针运算。
基本功能3：门限性。在λ中的数据聚合体经过探针运算后，其阶数需要恰好等于探针运算图G(X′,Y′)的阶数，且探针运算的次数需恰等于|E(G(X′,Y′))|。因此，若两个聚合体的阶数之和大于G(X′,Y′)的阶数，即使二者之间是可探针的，但在λ控制下，它们不能实施探针运算。
本发明的反应过程：分别取出适量的相关数据及适量的相关探针，注入计算平台，在计算平台作用下，形成多种类型的数据聚合体。计算平台具体实施方式可为由PE或玻璃等材料制成的容器，包含用于使数据与探针自由接触反应的特定溶液(即聚合酶)的容器。
检测器19只需检测出所有与预设的探针运算图(根据待处理数据事先构建的)同构的数据聚合体，即为问题的真解。可使用原子力显微镜AFM或扫描电镜来进行检测。
由上述论述可知，在本发明的一次处理中，第五容器、第六容器先后进行反应物反应。在上述两个容器中，反应物为空间自由放置，第二反应物可和任意一对第一反应物直接进行信息处理，第四反应物可和任意的两个第三反应物或第五容器形成的真解聚合体直接进行信息处理。针对一个待解问题，本发明只需两次反应即可求出问题的全部解，相对于图灵机一次只处理相邻的两个数据的串行处理模式，处理效率更高且结果更全面。本发明尤其适合于处理诸如SAT问题、Hamilton圈问题、图顶点着色以及其他可转换为图问题的NP-难问题。
图4为本发明一实施例提供的数据处理方法的流程图，包括：
S41、所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令；
S42、所述控制器根据所述处理指令，向所述第一可控开关发送第一打开控制指令，并向所述第二可控开关发送第二打开控制指令；
S43、所述第一可控开关根据所述第一打开控制指令打开，所述第二可控开关根据所述第二打开控制指令打开；
S44、所述控制器在向所述第一可控开关发送第一打开控制指令或向所述第二可控开关发送第二打开控制指令达到第一预设时间时，向所述检测器发送第一检测指令；
S45、所述检测器根据所述检测指令对所述第五容器中聚合体进行检测，并将检测结果发送给所述控制器；
S46、所述检测器根据所述检测指令对所述聚合体进行检测，以获得检测结果，并将所述检测结果发送给所述控制器；
S47、所述控制器在接收到所述检测器发送的检测结果后，判断是否有真解，若无，则结束；否则向所述第五可控开关发送第五开关控制指令，以将第五容器中的所有真解放入第六容器；
S48、所述控制器向所述第三可控开关发送第三打开控制指令，并向所述第四可控开关发送第四打开控制指令；
S49、所述控制器在向所述第三可控开关发送第三打开控制指令或向所述第四可控开关发送第四打开控制指令达到第二预设时间时，向所述检测器发送第二检测指令；
S50、所述检测器根据所述检测指令对所述第六容器聚合体进行检测，以获得检测结果，并将所述检测结果发送给所述控制器；
S51、所述检测器根据所述检测指令对所述聚合体进行检测，以获得检测结果，并将所述检测结果发送给所述控制器；
S52、所述控制器根据检测器发送的检测结果，判断聚合体是否为处理结果。
由于上述数据处理装置中已经详细介绍了本发明的数据处理流程，此处不再详述。
下面通过一个具体例子对本发明进行详细说明。
要解决的问题：首先将某一组合优化问题转化为典型的图着色问题，然后通过本发明的处理方法进行处理。以下是求解含9个顶点的图(图5所示)的着色问题的计算过程与方法步骤。
图5是一个9-阶3-可着色图，将其记为G，G中的顶点依次标号为1～9。由于顶点1、2、3构成一个三角形，故不失一般性，在G的所有3-着色中，均可令顶点1、2、3分别着红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)。在此基础上，建立一个尽可能着颜色数少的颜色表，如表1所示，其中最上层的数1,2,…,k表示图的顶点，每个顶点i(1≤i≤9)所在的列表示可能要着的颜色，其标记中，r,g,b分别表示红色、绿色、蓝色，下标为顶点标记。
表1表示图5所示图中每个顶点可能的着色，共16个。
1 2 3 4 5 6 7 8 9
r1 r5 r6 r7 r8
g2 g4 g5 g8 g9
b3 b4 b5 b6 b7 b9
表1
构建数据库：基于表1，数据库由9种数据构成，分别记为x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9,其数据胞标记该图的顶点名称，相应的数据纤维为该顶点所有可能的着色。于是，这9种数据对应的数据纤维集分别由表1中所有对应的列给出，即
数据的制作方法是：以纳米颗粒作为数据胞，以DNA链作为数据纤维所构成的。根据该数据上所带数据纤维数pi,将纳米颗粒较均等地分成pi个连通区域，然后在每个区域上连接数量尽可能多的同一种数据纤维，即DNA序列。
在图G中，根据局部顶点互相连边的稀疏情况，可对顶点进行分类，如可将顶点1,2,3归为第一类，原因是此3个顶点构成一个三角形，互相连边较为紧密，如图6(a)所示；同理，将顶点7,8,9归为第二类，形成的子图如图6(b)所示，剩下的顶点4,5,6归为第三类。因此将第一、二类的数据对应的反应物置入第一容器中，将第三类数据对应的反应物置入第三容器中。让第一、二类数据先进行反应运算的目的是有效减少非解。
构建探针库：探针设计的基本原则是相邻顶点无同色探针。依据图5中的每条边来设计探针。用xi来表示顶点i,i＝1,2,…,9.对于边x1x2,由于x1与x2的着色均唯一，故x1x2对应的探针也是唯一的，记作同理，边x1x3对应的探针也是唯一的，为/>对于边x1x4,由于顶点x4可能的着色有两个，故x1x4对应的探针也有两种：/>对于边x4x5，由于x4的可能着色有2种，而x5的可能着色有3种，注意到相邻顶点颜色不同，故它们之间共有4种探针：/> 其余边类似，详见表2。
表2中xixt所对应的列记为子探针库Yit中的所有探针，其中i,t＝1,2,…,9,i≠t，因此，共有15个子探针库，36种探针。
表2表示图5中每条边对应的3-色探针集合，共有15个子探针库，36种探针。
/>
表2
探针的制作方法是：设分别是数据xi与xt上的两个纤维，若这两个纤维可探针，其探针记作/>由/>与/>各一半DNA链(均未与纳米颗粒相连接的那一半)组成的DNA链之补链构成。
第二容器、第四容器为探针库，其中，第二容器中存储的探针与第一容器中的数据相匹配，目的是生成若干个子图的真解聚合体。于是，本例中第二容器中存储探针种类包括 其余探针放入第四容器中存储。
探针运算的方法步骤：
步骤1、制作9种数据胞(图5有9个顶点)，对16种数据纤维对应的DNA序列进行编码，并合成之。进而，将DNA链(数据纤维)嵌入在相应的纳米颗粒(即数据胞)上；将制作好的数据x1,x2,x3,x7,x8,x9放入第一容器中，将x4,x5,x6放入第二容器中。
步骤2、按照探针库中关于探针的制作原理，合成由36种探针构成的探针库；将制作好的探针 放入第二容器中，其余探针放入第四容器中。
步骤3、从第一容器中取出适量的6种数据x1,x2,x3,x7,x8,x9，以及适量的探针 注入计算平台即第五容器中；经过DNA分子间的特异性杂交反应，在计算平台的作用下，形成多种类型的数据聚合体，所得真解如图6(c)～(e)所示。
步骤4、通过检测技术，只检查出第五容器中所有与图6同构的3-阶数据聚合体，即为子图的真解。
步骤5、从第三容器中取出适量的3种数据x4,x5,x6，从第四容器中取出适量的24种探针，以及从第五容器中取出所有的真解聚合体，注入计算平台即第六容器中；经过DNA分子间的特异性杂交反应，在计算平台的作用下，形成多种类型的数据聚合体，所得真解如图7所示。
步骤6、通过检测技术，只检查出第六容器中所有与图5同构的9-阶数据聚合体，即为问题的真解。
理论上，通过上述两次反应运算，即可求出图7所示的全部4个真解，即4种不同的3-着色。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种数据处理装置，其特征在于，包括：
处理指令输入模块、控制器、第一容器、第二容器、第三容器、第四容器、第五容器、第六容器以及检测器，连接在所述第一容器和所述第五容器的连接通路上的第一可控开关、连接在所述第二容器和所述第五容器的连接通路上的第二可控开关、连接在所述第三容器和所述第六容器的连接通路上的第三可控开关、连接在所述第四容器和所述第六容器的连接通路上的第四可控开关、连接在所述第五容器和所述第六容器的连接通路上的第五可控开关，所述处理指令输入模块连接所述控制器，所述控制器分别连接所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关、第四可控开关以及第五可控开关，所述控制器还连接所述检测器，所述检测器分别连接所述第五容器和所述第六容器；
所述控制器用于根据所述处理指令输入模块输入的处理指令向所述第一可控开关、所述第二可控开关分别发送第一指令、第二指令，以使所述第一容器中预存的第一反应物进入所述第五容器，所述第二容器中预存的第二反应物进入所述第五容器中并与第一反应物在所述第五容器中预存的反应介质作用下反应生成第一聚合体，在发送所述第一指令或所述第二指令达到第一预设时间时，控制所述检测器检测所述第五容器中的所述第一聚合体，在确定所述第一聚合体为真解聚合体的条件下，向所述第三可控开关、所述第四可控开关以及所述第五可控开关分别发送第三指令、第四指令和第五指令，以使所述第三容器中预存的第三反应物进入所述第六容器，所述第四容器中预存的第四反应物进入所述第六容器，所述第五容器中的所有真解聚合体进入所述第六容器并与所述第三反应物和第四反应物在第六容器中预存的反应介质的作用下发生反应生成第二聚合体，在所述第三指令或所述第四指令达到第二预设时间时，控制所述检测器检测所述第六容器中的所述第二聚合体，以确定所述第六容器中的所述第二聚合体是否为真解；
所述第一容器、所述第三容器均用于存放待处理数据，称为数据库；所述数据库内包含若干个非空子集，每个子集称为所述数据库的一个数据池，该数据池中只存放一种数据；每种数据由两个部分构成：一个称为数据胞，另一个称为数据纤维；所述数据胞与所述数据纤维相连接，相同种类的数据纤维被连接在同一连通区域；
所述第二容器、所述第四容器均用于存放算子，称为探针库；
所述探针库内的探针用于寻找并关联所述第一反应物和所述第三反应物；
所述第五容器、所述第六容器均用于提供数据间实施探针运算的环境，称为计算平台；
所述第二反应物为根据所述第一反应物制作的，所述第二反应物与所述第一反应物匹配；
所述第四反应物为根据所述第三反应物和第五容器中反应得到的真解聚合体制作的，所述第四反应物与所述第三反应物与第五容器反应得到的真解聚合体构成的并匹配。
2.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述第一可控开关，用于根据所述控制器发送的第一打开控制指令打开，以使所述第一容器中预先存储的第一反应物进入所述第五容器；所述第一反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的；所述第二可控开关，用于根据所述控制器发送的第二打开控制指令打开，以使所述第二容器内预先存储的第二反应物进入所述第五容器中与所述第一反应物在所述第五容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第三可控开关，用于根据所述控制器发送的第三打开控制指令打开，以使所述第三容器中预先存储的第三反应物进入所述第六容器；所述第三反应物为根据待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系制作的；所述第四可控开关，用于根据所述控制器发送的第四打开控制指令打开，以使所述第四容器内预先存储的第四反应物进入所述第六容器中与所述第三反应物和第五容器反应得到的真解聚合体在所述第六容器中预先存储的反应介质的作用下反应生成聚合体；所述第五可控开关，用于根据所述控制器发送的第五打开控制指令打开，以使所述第五容器中反应后得到的全部真解聚合体进入所述第六容器。
3.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，还包括：数据获取装置和反应物制作装置；所述数据获取装置和所述反应物制作装置均与所述控制器连接；所述数据获取装置，用于获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器，用于根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向所述反应物制作装置发送控制指令；所述反应物制作装置，用于根据所述控制指令制作第一、第二、第三和第四反应物。
4.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述第一反应物和所述第三反应物包括纳米颗粒以及连接在所述纳米颗粒上的多种DNA单链，其中，所述纳米颗粒上的相同种DNA单链连接在所述纳米颗粒的同一连通区域上；所述第二反应物和所述第四反应物包括DNA单链。
5.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述反应介质为聚合酶。
6.根据权利要求1所述的数据处理装置，其特征在于，所述第五容器和所述第六容器为PE容器或玻璃容器，所述检测器为原子力显微镜AFM或扫描电镜。
7.一种基于权利要求1~6任一所述的数据处理装置的数据处理方法，其特征在于，包括：
所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令；
所述控制器根据所述处理指令向所述第一可控开关、所述第二可控开关分别发送第一指令和第二指令，以使所述第一容器中预存的第一反应物进入所述第五容器，所述第二容器中预存的第二反应物进入所述第五容器中并与所述第一反应物在所述第五容器中预存的反应介质作用下反应生成第一聚合体，在发送所述第一指令或所述第二指令达到第一预设时间时，控制所述检测器检测所述第五容器中的所述第一聚合体，在确定所述第一聚合体为真解聚合体的条件下，向所述第三可控开关、所述第四可控开关以及所述第五可控开关分别发送第三指令、第四指令和第五指令，以使所述第三容器中预存的第三反应物进入所述第六容器，所述第四容器中预存的第四反应物进入所述第六容器，所述第五容器中的所有真解聚合体进入所述第六容器并与所述第三反应物、第四反应物在第六容器中预存的反应介质的作用下发生反应生成第二聚合体，在所述第三指令或所述第四指令达到第二预设时间时，控制所述检测器检测所述第六容器中的所述第二聚合体，以确定所述第六容器中的所述第二聚合体是否为真解。
8.根据权利要求7所述的数据处理方法，其特征在于，所述处理指令输入模块向所述控制器输入处理指令之前，所述方法还包括：数据获取装置获取待处理数据，并将所述待处理数据发送给所述控制器；所述控制器根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向反应物制作装置发送控制指令；所述反应物制作装置根据所述控制指令制作所述第一反应物、第二反应物、第三反应物以及第四反应物。
9.根据权利要求8所述的数据处理方法，其特征在于，所述控制器根据所述待处理数据以及所述待处理数据之间的连接关系，向反应物制作装置发送控制指令，包括：所述控制器将所述待处理数据中的每个数据作为顶点、所述待处理数据之间的连接关系作为边构建简单无向图；根据所述简单无向图中不同顶点之间连边的紧密差别向所述反应物制作装置发送四个控制指令。
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