四进制造物主 - 第四十二章 DNA计算机

    半个月后，
    3号楼503寝室的就寝率直降为零。
    因为艾达否也终于开始夜不归宿了。
    易天霖本就神出鬼没。自上次外场试验失败后，便一头扎进实验室里，试图将他的烫手大肠杆菌提升一个档次，进化为烈焰大肠杆菌。
    卢赫自打下了定了决心后，经常在实验室抱着锌指平台睡到后半夜，把结果做完电泳之后，再回寝室睡一个不超过3个小时的回笼觉。
    于是艾达否经常独享一个二十多平米的大单间，一人霸占三张椅子，半躺着对着三个屏幕敲敲打打。有时是在世界第一程序员交友平台gayhub上攒绿格子；有时是接下了几个私活，用和他同名的小软件，反编译几个小程序，挣点零花钱；而更多的时候，则是徜徉在游戏的海洋里。
    每每看到卢赫披着月光进门，或者顶着白露出门，他都要嘲讽一句：
    “卷王！”
    而如今，他却成为了503乃至全学院的卷中卷中卷中卷。
    这天，卢赫又一次披星戴月地返回寝室，半路上看见隔壁计算机学院院楼的小广场里，半人多高的茂盛万年青上，飘着一个人头。
    那人头缓缓地沿着绿化带，从南飘到北，又从北飘到南。如此反复几趟，然后越飘越远，直至只露出头顶上几缕被风掀起的头发。伴随着噗通一声，人头彻底消失在视线。
    卢赫连忙上前查看，发现艾达否正跪拜在花坛中央的铜制的艾伦·麦席森·图灵的全身雕像前。
    他悄声走到艾达否身后，把手从衣兜里抽出，轻抚对方的肩膀，“平身。”
    艾达否被惊得一得瑟，转头发现是卢赫，便立刻起身照着卢赫的屁股揣了一脚，“瞅你那揍性，竟敢占我便宜。你脑袋里有哏丘还是咋地，大半夜的不睡觉，到处瞎转。”
    “你脑子才有毛病。”卢赫连连躲闪，“闲得没事拜那玩意儿干啥，知道那位神死得有多惨吗？不如去拜数学院的那尊祖冲之。”
    “祖冲之太远了，懒得走过去。”艾达否抬脚又踢了个空，“让你侮辱我偶像。”
    两人嬉闹地绕着花坛追逐了两圈，随后一同瘫在长椅上喘气发呆。
    “老艾，说正经的，你最近抽什么风，怎么突然就那么卷？”卢赫从背包中掏出一瓶矿泉水，咕咚灌了一口。
    艾达否仰面望着天空上的半轮月，砸了砸嘴，“我遇见难事了。dna计算机听说过没？”
    “什么玩意儿？”卢赫被水呛了一口。
    “dna计算机，这是我的研究方向。”艾达否的脸上闪过一丝得意，“我告诉这东西可牛了，理论上与量子计算机比肩，可以解决np完全问题。”
    “噗。”卢赫听后嘲讽道，“民科。”
    艾达否被激得起身坐直，正言道：“你知道什么是np完全问题吗？”
    “知道啊。”卢赫把水瓶拧好，捏在手里心不在焉地晃着，“如果一个问题可以在多项式时间内猜出它的一个解，那它就是np问题。如果一个np问题可以被其它所有np问题约化到，那么它就是一个np完全问题。”
    艾达否听后，连忙竖起大拇指，“牛啤啊，你还知道多项式时间和约化？”
    “切。”卢赫得意地扬起下巴，“多大点事儿，当谁没编过程似的。不就是时间复杂度里的n出现在底数位置吗？非得给人重起个名叫多项式时间，故弄玄虚。”
    “至于约化，不就是解决不了一个问题，就绕过它，去研究一个更复杂的问题，对其进行降维打击吗？举个例子，你脑子不好使死活解不出一元一次方程，灵机一动想出了个点子：
    既然我解不出一元一次的，那我干脆去研究二元一次的。一旦我把二元一次的给解出来，那一元一次的就该像喝水一样简单了。”
    “至于你说得什么np完全问题，那不就是以多项式时间作为上限，无限去做约化。我解不出一元一次的，我就去解更复杂的二元一次；解不出二元一次，就去解更复杂的三元一次。
    这样无限套娃下去，约化到一个无限复杂的问题，你拍着胸脯说：嘿，只要把这道题解出来，世界上所有问题就都难不倒我了！”
    卢赫说完，右手搭在艾达否肩膀上，左手指着天空：“老艾啊，哥送你一句话：仰望星空，脚踏实地。左脚蹬右脚永远都上不了天。”
    艾达否听后不屑地笑了笑，“你可去拉倒吧，你个思想落伍的保守分子。dna计算机是怎么工作的你知道吗？”
    “怎么工作的啊？”卢赫来了兴致。
    艾达否一脸认真地娓娓道来：
    “你知道哈密顿问题吗？图论里面的最着名难题。不知道也没关系，给你简单点描述一下：
    假如你是一个时间管理大师，同时交往着5的女朋友，这些女朋友分布在5个不同的城市。有一天，你被老板派到另一个城市出差。好巧不巧，在那个城市你一个女朋友都没有，而你非常想念她们，想借着公费出差的机会，把这5个女朋友都见一遍。
    由于经费有限，你又很抠门不想多掏机票钱，所以每个城市只能去一次。同时这些城市之间又不全部都有双向直飞航线，你该怎么做呢？
    你可以想想，但我告诉你不论你怎么想都没用。因为这类问题的解法只有一个，那就是试！和我们暴力破解密码一样，一个一个试！
    进一步的，如果你不只五个女朋友，而是有50个、500个、5万个、无穷个，你该怎么办？”
    卢赫对着艾达否逐渐由认真转为嬉笑的脸，思索片刻，答道：“我觉得这个问题我不需要考虑。5个女朋友大眼一瞅在纸上画画也就出来了，如果再多，我肯定会先死在床上。”
    “你个死变态。”艾达否一脸嫌弃道：
    “很难对吧？这其实是一个时间复杂度为n!的问题，也就是说，如果你有n个女朋友，就要尝试n的阶乘次。如果你女朋友多达万个，就算是拥有4万个核心天河三号，也要算到你年过花甲。
    可这个问题对于dna计算机来说，却是小菜一叠。它是这么算的：
    假如你现在刚见完1号女朋友，准备奔赴到2号的怀抱。那么你离开1号女朋友的行为，就被编码为acac；奔赴2号女朋友的行为，被编码为gtgt。把这两串编码合起来，acacgtgt就代表你从1号到2号的路径。
    接下来，你见完了2号女朋友，又匆匆赶往3号。这个过程可以再用编码表示为tctcagag。
    也就是说，8个碱基就可以用来表示你和其中一个女朋友从见面到拜拜的全过程。这个时候你肯定就要问了，我要你规划一条连续的路径，可acacgtgt、tctcagag是分离的两条链，这还怎么能玩儿的下去？
    很简单嘛，碱基对是可以互补的。你再找一条cacaagag，不就可以跟胶水一样，把那两条毫不相关的链给粘起来了吗？
    接下来的事情就更简单了。你有几个女朋友，就用几串8位编码来表示和她们的见面和拜拜的过程。然后你把你的女朋友和胶水都合成一下，扩增个几万亿条，放在一起，养蛊。
    根据碱基配对原则，胶水分分钟就能发挥作用，把各种女朋友给粘起来。这个时候，你会得到几万亿条路径。这就是路径遍历的所有结果。
    那你又要问，我怎么把最省钱的那一条路径给筛选出来呢？
    这也很简单，你的起点和终点是固定的。只要拿起点和终点作引物，扩增一下，起终点正确的路才能被扩增，不正确的会被逐渐稀释掉。至于有些路径上，你少见了几个女朋友，或者重复多见了几个女朋友，这些链的长度肯定是不对的。
    最终，你把它们电泳一下，链长的和链短的分开，挑出长度刚好的链，测个序，答案不就出来了吗？”
    艾达否说完，抢过卢赫手里的水，猛灌了几口，“要知道，1克的dna可以存储215pb的数据，相当于2亿部小电影。这还不算完，由于碱基配对的速度不慢，这215pb可以直接当作内存用，有几条链就相当于有几个线程并行运行。
    有个神仙已经设计出了多项式时间的、基于dna算法的np完全算法，只不过减少时间复杂度的时候，牺牲掉了空间复杂度。这个算法实现起来，需要有指数数量的编码方式，和巨额的存储空间。
    可这些对dna来说都是洒洒水，刚才都说了，dna的存储效率极高。因此，dna解决np完全问题，指日可待！”
    卢赫听后连连拱手称赞道，“厉害，厉害。不过我有个问题，你刚才说的那个哈密顿路径算法，顶多就是个算法，它有逻辑判断能力吗？它算个哪门子计算机呦？”
    艾达否拧紧瓶盖，把水瓶仍会卢赫怀里，“你还真是瞎狗端星星——死活看不出个样儿来。我就是给你举个简单的例子，至于逻辑判断，不就是几个通用逻辑门的组合吗？
    与、或、非、与非、或非等通用逻辑门都已经被设计出来了。实际上，只要与非或者或非，所有的逻辑门就都可以实现。”
    “呵呵。”卢赫细品了一下艾达否的话，品出了他正极力掩饰的东西，幽幽开口道：“门都已经实现了，可为什么这种神仙东西却迟迟不面世？”
    艾达否的气势瞬间萎了下来，“因为还有点问题。你知道链置换过程吧，两条互补链相遇就会立刻粘起来，不管两条链一不一样长，先粘起来再说。就好比你找女朋友，一见钟情一般都是很难的，肯定是遇到合适的，就先谈起来再说。
    可是如果日后遇到更合适了的呢？我想以你的人品，肯定会毫不犹疑地把原来那位甩掉，然后和更合适的谈。dna也一样，如果基链遇到了更搭配的互补链，就会通过链置换原理把当前的互补链踢掉，换成更匹配的一条。
    比如与门，它的实现过程就是先给一条基链上贴上一条互补链，然后再给它两条更搭配的置换链，把原来那条互补链给挤出去。这样，两条置换链为输入真，原互补链为输出真，就形成了一个基本的计算单元：与门。”
    “你大爷的竟敢质疑我的人品，你不了解我，我可是很专一的一个人。”卢赫拿起怀里的水瓶，猛地砸向艾达否，“还有，你这是什么破烂与门，那输入链和输入链都是基链的一部分互补链，二者这么相似，你这计算单元计算了个寂寞啊？1＋1等于1？”
    艾达否揉了揉被砸疼了的肩膀，长叹了一口气，“就是啊，输入和输出都差不多，计算了个寂寞。所以我现在正在想法子，解决这个问题。”
    他说完仰头长啸：“苍天啊，各位神啊，保佑我吧，赐给我一个开天辟地的灵感，拯救我于水火之中吧。下辈子我肯定给你们当牛做马。”
    卢赫在一旁暗自思忖，然后发话道，“老艾，你可能要当我的马了。”
    艾达否眼前一亮：“什么意思？”
    “没想到啊老艾，当我的马你这么激动。”卢赫笑着说：“我有一个大胆的想法。你知道发夹环吗？就是dna上的富含gc的回文序列，转录成mrna之后，形成的一个倒t形的长得像奶嘴一样的东西。
    如果你在基链上设计两个回文序列，它们就有粘在一起的倾向，形成一个发夹环。发夹环底座上的互补链作为输入，它往底座上粘的时候会促使奶嘴两侧的回文序列越粘越紧，直至其上原本的互补链被挤下去，完成链置换。奶嘴上被挤下去的那条链，就是输出。
    这样，虽然输出是固定的gc回文序列，但是输入可以是任意的，从而做到输入和输出毫不相关，你这问题不就解决了吗？”
    艾达否听后立刻激动地蹦起，狠狠地拥抱了一下卢赫，然后小跑到图灵雕像前还愿：
    “范内瓦·布什，什爷；冯·诺依曼，冯叔；麦席森·图灵，麦伯伯；唐纳德·克努特，唐哥。”他围着雕像转了一圈后，跑回卢赫面前，鞠了一躬，“还有你，我亲爱的儿子，卢小弟。感谢你们赐予我灵感。”
    卢赫一脚踹向艾达否：“你大爷的，我才是你爸爸。还说我人品不好，我看你才是个花心大萝卜，拜了这么多人。”
    艾达否灵活地闪躲，“这你就不懂了，buff不嫌多。你这么些天早出晚归的，一定也遇上什么困难了吧？”
    艾达否说完，走上前把卢赫拉起来，“走走走，拜拜去。老祖宗说得好，心诚则灵。”
    卢赫起身，但并没有走向雕像，而是转身面朝生科楼，楼侧里德实验室几个大字被灯带围了起来，正发着惨白的光。
    他并不相信艾达否的鬼话。但如果一定让他拜一个人的话，他只想真诚地问罗伯特·里德一句话：
    我尊敬的里德先生，你发明的锌指技术，曾经创造了那么多的辉煌。可又为什么在几十年后的今天，如此黯然失色？