Algorithmic self-assembly occurs when disorganized components autonomously combine to form structures and, by their design and the dynamics of the system, are forced to follow the execution of algorithms. Motivated by applications in DNA-nanotechnology, investigations in algorithmic tile-based self-assembly have blossomed into a mature theory with research leveraging tools from computability theory, complexity theory, information theory, and graph theory to develop a wide range of models and show that many are computationally universal, while also exposing powers and limitations of each. Beyond computational universality, the abstract Tile Assembly Model (aTAM) was shown to be intrinsically universal (IU), a strong notion of completeness where a single tile set is capable of simulating all systems within the model; however, this result required non-deterministic tile attachments. This was later confirmed necessary when it was shown that the class of directed aTAM systems is not IU. Building on these results to further investigate the impacts of other dynamics, Hader et al. examined several tile-assembly models which varied across (1) the numbers of dimensions used, (2) restrictions based on diffusion of tiles through space, and (3) whether each system is directed, and showed which models are IU. Such results have shed much light on the roles of various aspects of the dynamics of tile-assembly and their effects on the intrinsic universality of each model. Here we provide direct comparisons of the various models by considering intrinsic simulations between models. We show that in some cases one model is more powerful than another, and in others, pairs of models have mutually exclusive capabilities. This comparison helps to expose the impacts of these three important aspects and further helps define a hierarchy of tile-assembly models.


翻译:算法自组装发生在无序组件自主结合形成结构的过程中,且凭借其设计及系统动力学特性,迫使这些结构遵循算法执行。受DNA纳米技术应用驱动,基于算法瓦片自组装的研究已发展成成熟理论,研究者利用可计算性理论、复杂性理论、信息论和图论工具,开发了多种模型,并证明其中许多模型具有计算通用性,同时揭示了各模型的能力与局限性。除计算通用性外,抽象瓦片组装模型(aTAM)被证明具有内在通用性(IU)——这是一种强完备性概念,即单一瓦片集能模拟该模型内的所有系统;然而,该结果需要非确定性瓦片附着。此后,当有向aTAM系统类被证明不具有IU时,这一条件被确认为必要。基于上述结果,为深入探究其他动力学因素的影响,Hader等人研究了多种瓦片组装模型,这些模型在以下三方面存在差异:(1)所用维度数量;(2)基于瓦片在空间中扩散的限制;(3)各系统是否具有有向性。他们证明了哪些模型具有IU。这些结果揭示了瓦片组装动力学的多方面因素及其对模型内在通用性的影响。本文通过考虑模型间的内在模拟,直接对比了各类模型。我们证明在某些情况下,一种模型比另一种更强大;而在其他情况下,成对模型具有互斥能力。这种比较有助于揭示这三个重要因素的影响,并进一步定义瓦片组装模型的层次结构。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月16日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月15日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月14日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
VIP会员
最新内容
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
0+阅读 · 今天15:30
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:43
《人工智能的挑战:算法战的想象与现实》
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:26
首场人工智能战争:Maven如何重塑武装冲突
专知会员服务
3+阅读 · 今天14:12
《通往人工通用智能之路上的均衡策略》
专知会员服务
7+阅读 · 6月3日
《Palantir的科技生态系统》
专知会员服务
17+阅读 · 6月2日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员