www.fmath.info

Mul käis läbi Hirveän palju asju ja lõpuks ainus asi, mis jäi, kui ma saaks läbi mõistliku aja jooksul oli matemaatika.

Ta võttis ta viis aastat, et lõplikult lõpetanud aastal 1968, kui ta võttis töökoha arvuti programmeerija Bank of America. Varsti pärast, taotles ta meditsiini koolis, kus ta oli vastu, kuid ta muutis meelt ja ei registreeruda. Ta otsustas selle asemel et olla füüsik ja hakkas võttes tunde San Francisco State College töötamise ajal pangas. Taas ta kaotas huvi.

Mulle ei meeldinud teha katseid, mulle meeldis mõelda asju.

Adleman lõpuks tagasi Berkeley jätkamiseks PhD in Computer Science. Ta oli kaks motivatsioon, kusjuures esimene praktiline:

Ma arvasin, et saada doktorikraadi arvutiteaduses oleks vähemalt edasist karjääri.

Teine oli romantiline. Martin Gardner oli kirjutatud artikkel Gödel 's theorem in Scientific American, mis vajasid Adleman oma sügavat filosoofilist mõju:

Ma arvasin, et "Wow. See on nii puhas. " Seal olid mitmed asjad, ma leidsin puhas - must auk, Üldrelatiivsusteooria. Ma arvasin, et üks kord minu elus, ma tahan tõesti mõista neist sügava tulemusi.

Adleman otsustas liituda Graduate School ja ära tulema koos mõistmist Gödel 'i teoreem tasemel kaugemale pealiskaudsed. Kuid kui teadlane koolis, midagi temaga juhtus - ta lõpuks aru tegeliku olemuse ja kaalukad ilu matemaatika. Ta avastas, et see oli "... vähem seotud raamatupidamise, kui see on filosoofia."

Inimesed mõtlevad matemaatika mingis praktiline kunst, ... punkti, kui sinust saab matemaatik on, kui te kuidagi läbi näha seda ja vaata, ilu ja võim matemaatika.

Aastal 1976, Adleman valmis oma väitekirja "Number theoretic Aspects of Computational keerukus" sai doktorikraadi ja kohe tagatud töökoha dotsent matemaatika MIT. (Tema isa soovitas tal jääda Bank of America, kus atleast nad olid head pensionilejäämise plaan). Üks Adleman kolleegid MIT oli Ronald Rivest kes oli oma ametikoha kõrvalt. Rivest oli gripped poolt artikli IEEE Transactions on Information Theory kirjutas Martin Hellman, arvuti teadlane Stanfordi ja tema õpilane Whitfield Diffie (vt). Seal nad olid kirjeldatud idee uut tüüpi krüpteerimist süsteemi. See põhineb uute saladus "võtmed" - matemaatilised valemid skrambleerimise ja unscrambling sõnumeid. Kuni selle ajani, kui keegi valduses krüptimiseks võtme võiks ka lahti lihtsalt tagurdab krüpteerimine juhiseid. Mis Hellmani ja Diffie ettepanek oli üsna revolutsiooniline - kasutage ühesuunalist funktsiooni või matemaatilisi valemeid, mida on kerge arvutada ühes suunas, kuid võimatu on vastupidine kui ei teadnud keegi, kuidas nad on ehitatud esimese koha. Krüptovõtit võiks avalikustada, nii et igaüks võib saata kodeeritud sõnum. Aga ainult keegi, kellel on tegelik ehitamise võti oleks dekrüpteerimist võtit ja seega suutma dekodeerida ta.

Rivest teada, et selline ühesuunaline funktsioon oleks leitud, mis viiks loomine avaliku võtme cryptosystem. Idee ise oli ilmselgelt rakendatav vaid leida tõeliselt ühesuunaline funktsioon tundub heidutav ülesanne. Rivest oli sama innukas pooldaja ühes kolleegidega - Adi Shamir. Adleman siiski oli vähem kui põnevil - ta arvas, idee oli üsna ebapraktiline ja vääritu tegutsemise. Varsti aga Rivest ja Shamir olid leiutas kodeerimissüsteemi ja Adleman nõustus katse iga süsteemide püüdes murdma. Duo tulid välja 42 erineva kodeerimise süsteemid ja iga kord Adleman oli võimeline murdma. On 43 ^ndal katsel, mis põhineb raske faktooring probleemi Adleman tunnistas, et kood oli tõesti Unbreakable, sest matemaatika seotud ja võib ilmselt võtta sajandeid arvutuse tegur. Rivest jäi terve öö, valmistades käsikiri kirjeldab kood, enne kui ta andis selle Adleman. Ta oli nimetatud raamatu autorid tähestikulises järjekorras - Adleman, Rivest, Shamir. Adleman demurred:

Ma ütlesin, Ron, "Võta mu nimi välja paberil. See on sinu töö.

Aga Rivest nõudis ja lõpuks võidu talle.

Ma arvasin, "Noh, see saab olema vähemalt oluline paber Olen kunagi olnud, kuid mõne aasta I on vaja nii palju ridu minu vita saada hoole ... Teisest küljest, ma ei märkimisväärne kogus intellektuaalset tööd rikub koodid 1 kuni 42. Seega on mõistlik asi, mida teha ei tohi kolmandate autor. "

Martin Gardner kirjutas kood, nüüdsest RSA pärast isikute, tema kolonni (vt) ja palju Adleman's hämmastust, oma kuulsuse ja selle koodi kiiresti levida. Tulv tähtedega valada ja riikliku julgeoleku agentuuri (NSA), siiani ainus koht, kus krüptimine uuriti, mis on väljendatud kartust, et avaldamine näiliselt Unbreakable koodid nagu RSA võivad potentsiaalselt ohustada riigi julgeolekut!

Rivest, Shamir ja Adleman määratud patendi oma koodi MIT ja aastal 1983 asutatud äriühing, RSA Data Security Inc of Redwood City, California, teha RSA arvuti kiibid. Adleman tehti President, Rivest juhatuse esimees ja Shamir laekur. Aastal 1996 firma müüdi $ 200 miljonit.

MIT ette Adleman on intellektuaalselt stimuleeriv atmosfäär, kuid ta yearned jaoks Californias, kus ta tahtis rahunema ja on perekonnaga. Seega, ta võttis töökoha University of Southern California, Los Angeles (kus ta praegu on Henri Salvatori Professor of Computer Science ja professor molekulaarbioloogia) 1980. Kolm aastat hiljem, kohtus ta oma tulevase abikaasa Lori Bruce aadressil Suur-tants. See oli armastust esimesel pilgul ja paar abiellus kuus nädalat hiljem.

Samal aastal, Adleman koos RS Rumely ja C Pomerance avaldatud raamatus kirjeldab "peaaegu polünoomi aeg" deterministlikku algoritmi probleem eristada peaministri numbrid komposiit ones. See oli esimene tulemusena Theoretical Computer Science mis avaldatakse Annals of Mathematics (vt).

Aastal ka tunnistajaks ajaloolise arengu Computer Science. Fred Cohen, kraadiõppe üliõpilane USC, ajama uut ideed seoses "programm, mis suudab" nakatada "teisi programme muutes nende hulka olla muudetud versiooni ise". Adleman, kes oli Cohen juhendaja, oli kohe veendunud, et idee oleks töö ajal õppis ta midagi. Ta tegi ettepaneku, et nimetus "viirus" programmi jaoks, et Cohen, kes lõpuks avaldas oma esimese viiruse paber 1984 ja doktorikraadi väitekirja samal teemal 1986.

Oluline pöördepunkt Adleman elu tuli ajal 90-ndate alguses, kui ta juhtis oma entusiasmi suunas valdkonnas immunoloogia. Üks põhjus, miks tema kasvav huvi see, et lahendamata probleeme immunoloogia "oli selline ilu matemaatikud otsima". Adleman oli kohe mures uuringu vere valgeliblede nn T-lümfotsüüdid, kelle püsiv vähenemine AIDSi patsientide jätta need haavatavaks surmavate nakkuste. T rakud peamiselt kahte tüüpi - CD4 ja CD8. Seal on umbes 800 CD4 T-rakkude iga kuupmeetri millimeetri vereplasma Tervete ja värskelt nakatunud inimest. See arv aga väheneb järk-järgult kümne aasta jooksul-pika viivitusega jooksul seostatud AIDSiga. Tavaliselt pärast CD4 rakkude arv langeb alla 200, infektsioonid iseloomulik AIDSi seatud sisse siiski kaotate T-raku ei ole nagu kaotanud käe või jala. Inimese keha, isegi et on HIV-nakatunud isikut, võib täiendada T rakkude arvu, tehes uusi. See oli täiesti müstiline, miks CD4 T-rakkude populatsiooni kahanes HIV-infektsiooniga patsientidel.

Adleman ja teised näitasid, et probleem hankima homeostatic mehhanism, mille abil jälgitakse tasemeid T rakke - see ei erista CD4 ja CD8 rakku. Seega iga kord, kui ta tuvastab saamata jäänud T-rakke, homeostatic mehhanism tekitab nii CD4 ja CD8 rakkude taastamiseks kokku T rakkude arvu. Kuid lisaks on CD8 rakkude tegelikult pärsib tootmist CD4 rakud ja seetõttu HIV jätkuvalt rünnata CD4, mis langetab arv. Nagu Adleman öeldes:

Homeostatic mehhanismi ... on pime.

Adleman ja David Wofsy University of California San Francisco kirjeldasid oma test hüpoteesist veebruar 1993 küsimust Teataja omandatud immuunsuspuudulikkuse sündroom (JAIDS) (vt). Kahjuks AIDSi teadlaste vastuseid Adleman ideed olid vähem kui julgustav. Kohutamata, Adleman otsustas omandada sügavamaid bioloogias HIV et olla enam veenev advokaat. Ta alustas molekulaarbioloogia laborisse USC ja hakkas õppima meetodid kaasaegse bioloogia juhendamisel Nickolas Chelyapov (nüüd juhtivteaduri Adleman enda laboratoorium).

See oli perioodi intensiivse õppe Adleman kelle oma varasemat seisukohta bioloogia oli toimumas olulist ümberkujundamist. Ta selgitab:

Bioloogia oli nüüd uuringu andmed salvestatud DNA - strings neli tähte: A, T, G ja C-alused Adeniin, Tymiini, guaniini ja cytosine - ja muutusi, et teave läbib on rakus. Oli matemaatika siin!

Ta hakkas lugemine klassikaline tekst Molekulaarbioloogia geeni, kaasautor by James D. Watson (vaata) ja Watson-Crick kuulsus. Adleman elavalt meenutab aega õppis kirjeldus üsna eriline ensüümi:

Hilinenud ühel õhtul, samas asub voodis lugemine Watson teksti, tulin kirjeldus DNA polümeraasi. See on kuningas ensüümid - tegija elu. Sobivatel tingimustel, arvestades Strand DNA DNA polümeraasi toodab teine "Watson-Crick" täiendav haru, kus iga C asendatakse G, iga G-le C-iga, mida T ja iga T poolt . Näiteks antud molekuli reaga CATGTC, DNA polümeraas hakkab tootma uut molekuli reaga GTACAG. Polümeraasi võimaldab DNA paljundamiseks, mis omakorda võimaldab rakke paljundada ning lõpuks saab paljundada. Ranget kitsas, replikatsiooni DNA DNA polümeraas on see, mis elu on.

Ta jätkab:

DNA polümeraas on hämmastav vähe nanomachine, ühe molekuli, et "humal" koridori haru DNA ja slaidid mööda seda "lugemist" iga baaskülvipinna ta läheb ja "kirjalikult" oma täiendama peale uus, kasvava DNA ahela.

See oli Adleman on hetkel epiphany:

Samal ajal asub seal imetlusega uskumatu ensüümi, olin üllatunud selle sarnasusega midagi kirjeldatud 1936 Alan Turing, kuulsa briti matemaatik.

Tõepoolest, Adleman mõtlesin "Turingi masin".

Ühe versiooni oma masin koosnes paari lindid ning mehhanismi nimetatakse piiratud kontrolli, mis liigutatakse mööda "sisend" lindile lugemine andmeid samal ajal liigub piki "toodang" lindi lugemisel ja kirjutamisel muud andmed. Piiratud kontroll oli programmeeritav väga lihtsaid juhiseid ja võiks lihtsalt kirjutada programm, mis loe jada, T, C ja G on input lindi ja kirjutada Watson-Crick täiendavad string kohta väljundi lindile. Sarnasusi DNA polümeraas vaevalt on ilmsem.

Veelgi oli tõsi:

Aga seal oli üks oluline teave, et teha see sarnasus tõeliselt hämmastav: Turing mänguasja arvuti oli osutus universaalsed - lihtne nagu see oli, see võib olla programmeeritud arvutada kõike, mis on arvutatav üldse. (See idee on sisuliselt sisu tuntud "Kirik" s Thesis.) Teisisõnu, võiks programmi Turingi masin toota Watson-Crick täiendavad strings faktor numbrid malet mängima ja nii edasi.

Adleman vaevalt sisaldavad tema erutus:

See teostus põhjustas mulle istuda voodis ja märkus, et mu naine Lori "Jeez, need asjad võiks arvutada." Ma ei saa magada ülejäänud öö, püüdes välja mõelda, kuidas saada DNA probleemide lahendamiseks.

Ta lihtsalt otsustas teha DNA-arvuti sarnane Turingi masin ensüümi asendada piiratud kontrolli. Kümne aasta tagasi, IBMi teadlased Charles H. Bennet ja Rolf Landauer oli soovitanud oma olemuselt sarnane ideid (vt), kuid oli ebaselge olemasolu ensüümid, mis mitte ainult toodetud Watson-Crick täiendab, kuid ei suutnud täita muid matemaatilisi funktsioone ka. Adleman soovis oma DNA-arvutiga teha midagi vähemalt sama huvitav kui mängivad malet. Selleks alustas ta õppimist olulised vahendid DNA keemia nagu polümeraase, ligases, geelelektroforeesiga, DNA süntees jne asjaolu, et kaubandus-DNA kohandatud konkreetsetele nõuetele, oli lihtsalt kättesaadav oli rohkem kui kasulik tema eesmärgi.

Nüüd on võimalik kirjutada DNA järjestuse kohta paberil, saata kaubik sünteesi poole ja mõne päeva pärast saada katseklaasi, mis sisaldab ligikaudu molekulide DNA kõik (või atleast kõige rohkem) mida on kirjeldatud jada. ... Molekulid on esitatud kuivada väike toru ja tundub nagu väike, valge, amorfne ühekordsed.

Teoreetiliselt, ainult kaks asja oli vaja ehitada arvuti suudab arvuti midagi arvutatav - meetod, mille andmed on salvestatud ja lihtsad toimingud, mis tegutses ta. DNA ise on ait teavet (see sisaldab 'plaani elu "!) Samas ensüümid nagu polümeraaside oli kasutatud tegutseda selle teabe. Adleman teadsin, et ta oli piisavalt ehitada universaalse arvutiga.

Juba järgmisel asi, mida ta pidi tegema, oli valida probleemi, mis tema DNA-arvuti oleks suutnud lahendada. Adleman otsustatud Hamiltonin tee Problem.

... antud graafik on suunatud teravaid servi ja täpsustatud alustada tipu ja lõpu tipu, üks ütleb, et on Hamiltonin tee siis ja ainult siis, kui on olemas tee, mis algab alguses tipuga, lõpeb lõpus Vertex ja läbib kõik ülejäänud Vertex täpselt üks kord . Hamiltonin tee probleem on otsustada iga konkreetse Graafiku määratud alguse ja lõpu tipud, kas Hamiltonin tee olemas või mitte.

Kuigi Hamiltonin tee probleem on ulatuslikult uuritud, tõhusat algoritmi lahendamiseks on veel arenema. Selgus ajal juba 1970-ndatel, et ei ole tõhusaid algoritmi probleem on üldse võimalik (mis tõendavad, on veel avatud probleemi!). Tegelikult ta kuulub suuremasse klassi probleeme nn NP-täielik probleeme. Siiski on selliste algoritmidega nagu järgmine, kes töötavad siiski:

Arvestades suunatud graafik G n tipud, millel on algus tipu u ja lõpuks tipu v

1. Loo seatud pistelise teid kogu graafik.
   
2. Kustuta kõik teed, mis ei algab U ja lõpeb vs.
   
3. Kustuta kõik teed, mis ei sisene täpselt n tipud.
   
4. Kustuta kõik teed, mis ei läbib iga tipu vähemalt üks kord.
   
5. Kui komplekt on mitte-tühi, öelda "jah", muidu ütlevad "ei".

Kuigi ei ole tõhus üks see algoritm annab suhteliselt õigeid tulemusi, kui teid on tekkinud juhuslikult piisavalt ja sellest tulenev määrab on piisavalt suured. Just see algoritm, mis Adleman kasutada oma esimese DNA arvutusvõimsus. Tema Hamiltonin tee probleem, ta otsustas pärast suunatud graafikul:


Sel graafik, alguse ja lõpu tippude jaoks Hamiltonin tee on vastavalt 0 ja 6. Adleman kaubale juhusliku DNA järjestuse iga tipu ja serva graafik (järjestused on tuntud oligonucleotides). Kuna iga DNA järjestust on oma Watson-Crick täiendada, iga tipuga on seotud tema täiendab jada. Kui kodeeringud olid sisse seadnud, täiendav DNA järjestuste puhul tippude ja järjestuste jaoks servad olid sünteesitud. Ülejäänud protseduurid on kõige paremini kirjeldada Adleman ise:

Võtsin näputäis (umbes 10 ¹⁴ molekulid) iga eri etapi ja neid ellu viia üldine katseklaasi. Alustada arvutamine, ma lihtsalt lisatakse vesi - pluss ligase, soola ja mõne muu koostisosa suhtes, et ühtlustada tingimused sees raku. Kokku vaid umbes fiftieth of tl lahendust kasutada. Jooksul umbes ühe sekundi, mul oli vastus Hamiltonin tee probleemi mu kätt.

Adleman tuli seejärel teha pigem tüütu eksperiment, mille ta pidi välja rookima umbes 100-trillion molekulide kodeeritud mitte Hamiltonin teed. Asjaolu, et ta rakendatud algoritm kirjeldatud eespool tähendas, et edastatud DNA jääb katseklaasi peale igat etappe viidi läbi peaks tingimata kodeerib soovitud Hamiltonin tee. Lõpuks võttis ta Adleman seitse päeva molekulaarbioloogia laboris tegema maailma esimese DNA arvutusvõimsus.

Adleman teatatud tema geniaalne avastus november 1994 küsimus Science (vaata) ja ta on nüüd õigustatult räägiti isa DNA-arvutuse ". Üks põnev valdkondades tänapäeva teadusuuringute, molekulaar Arvutamine on näinud mitu märkimisväärset läbimurde aastat pärast Adleman's katse. Aastal 1995, Richard J. Lipton Princetoni Ülikooli ettepanek (vt) DNA lahusest viiakse teise kuulsa "NP-täielik probleem - nn" rahulolu "probleemi (SAT). Aastal 2002 uurimisrühma juhib Ehud Shapiro on Weizmann Institute of Science in Rehovet, Iisrael töötada molekulaar arvuti masin kuulub ensüümide ja DNA molekule, mis võiksid täita 330 trillion sekundis enam kui 100.000 korda kiirus kiireim arvuti . Mõne kuu jooksul, sama meeskond parandada oma eelmise mudeli üks, kus DNA sisend on ka allikas kütust masin (vaata). Guinessi rekordite raamatusse tunnustatud arvutisse "väikseima bioloogilise arvuti seadet kunagi ehitatud.

Sellist DNA-arvutite on revolutsiooniline mõju ka farmaatsia-ja biomeditsiini valdkonnas. Teadlased näevad ette tulevikku, kus väike DNA arvutid oleks võimalik jälgida meie heaolu ja vabastamise õigus narkootikumide remondi kahjustatud kudedes. Ütleb Shapiro:

Ühepoolse biomolekulaarsed arvuti saab töötada kui "arstide lahter", tegevuskulud sees elusrakkude ja taju kõrvalekaldeid vastuvõtva ... Consulting saade arstiteaduse arvutid võivad vastata kõrvalekaldeid poolt sünteesimis levitava narkootikume.

David Hawksett, teadus kohtuniku Guinness World Records, ütleb tabavalt:

See on teadus, mis jätab sci-fi kirjanikud võitleb hoida.

See "arst-in-a-cell" visioon molekulaarse Arvutamine on vaid üks paljudest teistest on jõuliselt teadlaste poolt, kes on nüüd torchbearers uue "molekulaarse teaduse", mis püüab tungida sügavale peidetud saladuste kohta elus. On tõesti märkimisväärne, et abielu on näiliselt erinevad veel ka Tootlik väljad bioloogia ja matemaatika on soodustanud selline ettevõte. Mitte vähem inspireeriv, selles vanuses tugev spetsialiseerumine on asjaolu, et see matemaatik, kes alustas seda kõike. Võibolla ühel päeval me võiksime õigustavad Adleman nägemus:

Viimase poole sajandi jooksul, bioloogia ja infotehnoloogia on õide ja ei saa olla erilist kahtlust, et nad on oluline osa meie teaduse ja majanduse arengut uuel aastatuhandel. Aga bioloogia ja infotehnoloogia - elu ja arvutusvõimsus - on omavahel seotud. Olen kindel, et nende liides suured avastused ootama neid, kes püüavad neid.

Source:School of Mathematics and Statistics University of St Andrews, Scotland