DNAQL Simulator. Presentatie Bachelorproef. Tom Desair. Universiteit Hasselt. Academiejaar

Transcriptie

1 DNAQL Simulator Presentatie Bachelorproef Tom Desair Universiteit Hasselt Academiejaar Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

2 Inhoud Inleiding Inhoud 1 Inleiding Inhoud Het onderwerp 2 Databases in DNA De DNA molecule Motivatie 3 Het Sticker Complex Datamodel Sticker Complexen Operaties en DNAQL 4 Implementatie Datastructuren en Algoritmen Demo 5 Vragen Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

3 Inleiding Onderwerp bachelorproef Het onderwerp 1 Het beschrijven van een theoretische data(base) model dat gebruik maakt van DNA Structuur en processen van DNA DNA Computing 2 Het implementeren van een interpreter/simulator van dit model Resultaat: DNAQL Simulator Computermodellen, geen echte DNA moleculen Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

4 Inleiding Onderwerp bachelorproef Het onderwerp 1 Het beschrijven van een theoretische data(base) model dat gebruik maakt van DNA Structuur en processen van DNA DNA Computing 2 Het implementeren van een interpreter/simulator van dit model Resultaat: DNAQL Simulator Computermodellen, geen echte DNA moleculen Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

5 Databases in DNA De DNA molecule Desoxyribonucleïnezuur Een molecule in de kern van elke cel (de chromosomen) Drager van genetische (overerfbare) eigenschappen Bepaalt mee de gehele werking van een organisme Basenparing: A T en C G Figuur: Structuur DNA molecule Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

6 Databases in DNA Motivatie Waarom data opslaan in DNA? DNA is een ideaal medium om data op te slaan Zeer klein (slechts enkele moleculen) Enorm robuust: opwarmen, bevriezen, schokbestendig... Relatief makkelijk aan te maken en in te lezen Met DNA kunnen we ook berekeningen uitvoeren Operaties kunnen op duizenden moleculen in parallel werken Handig voor bulk data processing Er zijn reeds verschillende experimenten gedaan DNA Computing Zelfs modellen die Turing-Compleet zijn Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

7 Databases in DNA Motivatie Waarom data opslaan in DNA? DNA is een ideaal medium om data op te slaan Zeer klein (slechts enkele moleculen) Enorm robuust: opwarmen, bevriezen, schokbestendig... Relatief makkelijk aan te maken en in te lezen Met DNA kunnen we ook berekeningen uitvoeren Operaties kunnen op duizenden moleculen in parallel werken Handig voor bulk data processing Er zijn reeds verschillende experimenten gedaan DNA Computing Zelfs modellen die Turing-Compleet zijn Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

8 Het Sticker Complex Datamodel Sticker Complexen Databases + DNA =? Het sticker complex datamodel Ontwikkeld aan de Universiteit Hasselt Een sticker complex is een zes-tupel (V, E, λ, µ, immob, blocked) Definieert operaties op sticker complexen Union, Difference, Ligate, Hybridize, Split... W V W U U X Y Z Z Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

9 Het Sticker Complex Datamodel Sticker Complexen Sticker complexen DNA complexen Complementaire strengen zijn stickers op de (positieve) strengen. Sticker complex: D A B A B D = CTGAACCCTG A = ACGTGCATCA B = GTTCACCGAA DNA complex: C T G A A C C C T GA CG T GC A T C AGT T C A C CG A A G A C T T GGG A C T GC A CG T AG T C A AGT GGC T T Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

10 Het Sticker Complex Datamodel Sticker Complexen Datarepresentatie: een intuïtief voorbeeld Gebruik van alfabetten voor attributen (Ω), waarden (Λ) en structuur -symbolen (Θ = {# 1, # 2, # 3, # 4, # 5, # 6, # 7, # 8, # 9 }): A B # 2 A # 3 1 # 4 # 2 B # 3 2 # 4 # 2 A # 3 3 # 4 # 2 B # 3 4 # 4 Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

11 Het Sticker Complex Datamodel Operaties en DNAQL Sticker complex operaties en DNAQL DNAQL is een query-taal voor sticker complexen Functionele programmeertaal Gebruikt de operaties van het sticker complex datamodel Verschillende toevoegingen zoals for-lus, if-test, functies... Een voorbeeldprogramma fun main ( e1, e2 ) : = l e t x := e2 in l e t y := e1 in i f empty ( x ) then empty else i f empty ( y ) then empty else difference ( x, y ) Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

12 Implementatie Datastructuren en Algoritmen Implementatie: DNAQL Simulator Tools: C++, de STL library en het Qt framework Datastructuren: De syntaxboom klassen (Flex, Bison) Klassen voor sticker complexen Symbol table, Visualizer, CommandLineParser... Algoritmen: Implementeren van de sticker complex operaties Hybridisatie algoritme niet erg efficiënt Bepalen eindigheid hybridisatie Inlezen en uitschrijven van sticker complex bestanden Bestandsformaat zelf bepaald Het visualiseren van sticker complexen (force directed graph drawing)... Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

13 Implementatie Datastructuren en Algoritmen Implementatie: DNAQL Simulator Tools: C++, de STL library en het Qt framework Datastructuren: De syntaxboom klassen (Flex, Bison) Klassen voor sticker complexen Symbol table, Visualizer, CommandLineParser... Algoritmen: Implementeren van de sticker complex operaties Hybridisatie algoritme niet erg efficiënt Bepalen eindigheid hybridisatie Inlezen en uitschrijven van sticker complex bestanden Bestandsformaat zelf bepaald Het visualiseren van sticker complexen (force directed graph drawing)... Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

14 Demonstratie Implementatie Demo En dan nu een demo... Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

15 Vragen Vragen Zijn er vragen? Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13

16 The End Vragen Bedankt Bedankt voor uw aandacht! Tom Desair (Universiteit Hasselt) DNAQL Simulator Academiejaar / 13