检索结果-内蒙古大学图书馆

吉林农业科技学院学报 2019年第1期28卷 111-114,124页

作者：胡娟殷志祥张丽丽淮南职业技术学院基础部淮南232001

排课表是涉及到教师﹑教室﹑班级﹑课程和时间的NP完全问题,为了更加简捷方便的解决排课表问题,提出了一种基于芯片的dna计算模型解决排课问题。在实验中,采用荧光标记技术,通过观察荧光将每次结果进行记录,通过比较,就可以得到需要解... 详细信息

排课表是涉及到教师﹑教室﹑班级﹑课程和时间的NP完全问题,为了更加简捷方便的解决排课表问题,提出了一种基于芯片的dna计算模型解决排课问题。在实验中,采用荧光标记技术,通过观察荧光将每次结果进行记录,通过比较,就可以得到需要解决问题的可行解,并且能有效地解决更多此类问题。

关键词：排课表问题 dna计算模型 dna编码

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求解排课表问题的酶切dna计算模型研究

求解排课表问题的酶切DNA计算模型研究

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作者：桑晓彤大连理工大学

学位级别：硕士

dna计算作为一种新兴的智能计算手段,在近些年成为国内外学者广泛关注和研究的对象。1994年Adleman创新地采用dna计算的方法解决七个城市之间的哈密顿路径问题,这标志着dna计算正式成为解决NP-完全问题的一种有效手段。利用dna计算解决... 详细信息

dna计算作为一种新兴的智能计算手段,在近些年成为国内外学者广泛关注和研究的对象。1994年Adleman创新地采用dna计算的方法解决七个城市之间的哈密顿路径问题,这标志着dna计算正式成为解决NP-完全问题的一种有效手段。利用dna计算解决问题的基本思路是:基于dna分子独特的分子结构和自我复制能力,把现实问题进行dna编码并生成特定的dna分子。在生物酶的催化作用下,生成需要的初始解空间。在进行一系列生物反应后删除非解,最后利用PCR技术、凝胶电泳技术等生物方法对结果进行检测并映射成实际问题的最终解。dna计算由于其并行性高、储存量大等特点,有望在解决NP-完全问题的研究方面有所突破。排课表问题作为一种典型的NP-完全问题,是一个有约束的,多目标优化问题,具有很强的实际实用价值。本文旨在研究面向求解排课表问题的dna计算模型。在对dna计算和相关计算模型的研究基础上,本文提出了两种改进的求解排课表问题的酶切dna计算模型:1.基于AcryditeTM凝胶分离的dna计算模型。在构建凝胶柱的基础上,通过酶切反应和电泳技术将dna凝胶柱重新排列,此过程中的最小循环数就是排课表问题中的最少课时数。此模型中限制性内切酶的使用改进了以往计算模型反应时间长、反应条件复杂、容易产生发卡结构等缺点,提高了模型的使用效率。2.上述基于AcryditeTM凝胶分离的计算模型由于其生物技术的限制,难以应用于大规模的排课表问题中。为此,本文通过将荧光技术与酶切技术相结合,提出了可用于求解较大规模排课表问题的表面dna计算模型。由于模型中的dna分子以点阵列的形式储存,在并行性和存储量方面都有优势,因而适用于较大规模的排课问题。该计算模型相比之前的计算模型具有反应灵敏度更高、实验操作更简单、反应时间缩短的优点。本文关于dna计算模型的研究不仅为诸如排课表问题的NP-完全问题提供了更多的求解途径和研究思路,也为dna计算、生物计算的研究带来了更多可能性,具有一定的理论研究意义和实际应用价值。

关键词： dna计算模型排课表问题酶切技术 AcryditeTM凝胶技术表面dna计算

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可满足性问题的巨磁电阻型dna计算模型

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计算机学报 2013年第4期36卷 829-835页

作者：肖建华许进南开大学现代物流研究中心天津300071 北京大学信息科学技术学院北京100871

dna计算是一种新的计算模式,因其海量的信息存储能力、高度的并行性及低能耗等优点而被广泛地应用于求解各类NP完全问题.文中利用免疫磁标记和巨磁电阻(GMR)效应,对生物特异性反应进行检测,构建了可满足性问题的巨磁电阻型dna计算模型,... 详细信息

dna计算是一种新的计算模式,因其海量的信息存储能力、高度的并行性及低能耗等优点而被广泛地应用于求解各类NP完全问题.文中利用免疫磁标记和巨磁电阻(GMR)效应,对生物特异性反应进行检测,构建了可满足性问题的巨磁电阻型dna计算模型,并用实例说明了模型的有效性和可行性.与传统的荧光标记法dna计算模型相比,巨磁电阻型dna计算模型的输出结果是电信号形式,因而具有检测信号易处理、检测时间短、解可靠性高、无需标记和读解简单等优点.

关键词：可满足性问题 dna计算模型巨磁电阻效应 dna计算机

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数值乘法的dna计算模型

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数学建模及其应用 2013年第Z1期2卷 54-59,84页

作者：孟亚李慧佛罗里达大学生物统计系中华人民共和国国土资源部信息中心北京100812

针对数值计算中的乘法计算,通过编码特定的dna分子,将所有计算中可能出现的dna分子链设定为特殊结构的dna分子库,建立数值乘法dna计算的自装配模型。相对于已有的针对数值计算的dna计算模型,这种计算模型的优点是采用了并行计算的方式,... 详细信息

针对数值计算中的乘法计算,通过编码特定的dna分子,将所有计算中可能出现的dna分子链设定为特殊结构的dna分子库,建立数值乘法dna计算的自装配模型。相对于已有的针对数值计算的dna计算模型,这种计算模型的优点是采用了并行计算的方式,特别在计算位数比较多时,表现出dna计算极度并行的优点,使计算更加有效。虽然讨论的是十进制数的乘法,但其方法也适用于任意的N进制乘法运算。

关键词： dna计算模型数值乘法并行计算 dna分子链乘法库

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基于新型检测技术的dna计算模型研究

基于新型检测技术的DNA计算模型研究

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作者：李菲北京大学

学位级别：博士

dna计算是一种以dna分子作为“数据”,以生化反应作为“信息处理工具”的新型计算方式。由于其具有高度并行、海量存储、低能耗等优点,已经成为当今发展非传统高性能计算的重要途径之一。解的检测问题是促进dna计算研究发展的关键环节... 详细信息

dna计算是一种以dna分子作为“数据”,以生化反应作为“信息处理工具”的新型计算方式。由于其具有高度并行、海量存储、低能耗等优点,已经成为当今发展非传统高性能计算的重要途径之一。解的检测问题是促进dna计算研究发展的关键环节。而现有生物实验检测仪器存在成本高、体积庞大、干扰因素多等诸多缺点,如何有效控制枚举思想导致的“解空间指数增长”,发展性能优越的检测方法和设备对dna计算研究具有重要的科学意义。本文结合纳米、磁、光、电等多种现代高科技手段,研究适用于dna计算的新型检测技术,建立基于新型检测技术的dna计算模型,从而应用于更好地解决一些复杂的NP‐完全问题。主要工作如下:　　基于自组装纳米探针检测原理,提出了一种解决0-1整数规划问题的dna计算模型。该方法将问题的解空间映射到自组装纳米探针分子的识别区,通过杂交之后产生的荧光信号判断问题的正确解。实例分析表明,基于该检测技术的dna计算模型具有成本低,探针分子固定效事高、计算与检测同步完成等优点,进一步提高了dna计算过程的并行性。　　采用光电转换技术,构造了硅芯片集成光电二极管的新型dna检测平台。dna序列连接的磁珠颗粒经杂交反应后在光电二极管表面形成阴影,从而改变光电二极管输出的光电流,由此得到dna杂交信号。实验结果表明,该系统能有效区分dna分子单碱基错配与完全杂交的情况,且与传统光电检测系统相比,完全避免信号增强步骤,节省大量检测时间,具有超高的检测灵敏度和效率。　　由于磁珠的磁性吸附能力,新型dna磁珠光电检测系统更适用于进行dna计算中的非解删除操作。因此,文中提出了基于这种检测技术的dna计算模型,并应用于求解图的最小顶点覆盖问题。该模型将代表变量的dna分子固定在光电二极管表面,通过杂交反应后的光电流变化判断正确解。实例表明,该方法有效可行,非解删除易于操作,计算精度和效率明显提高。更重要的是,该系统输出的电流信号能与电子计算机技术相结合,有利于自动化处理计算结果。　　解空间指数爆炸问题是制约dna计算发展的最大障碍。针对此问题,文中提出了基于纳米电子开关的非枚举dna计算模型,并应用于求解图顶点着色问题。该模型结合非枚举思想,从dna编码规则、构建初始解空间及纳米电子开关阵列设计三方面进行优化,逐步降低问题的解空间规模。文中以5个顶点的图3-着色为例对该模型进行了实验验证,结果表明,该模型相比传统dna计算模型,能有效控制解空间规模,适用于求解大规模复杂计算问题。

关键词： dna计算模型 dna序列连接磁珠光电检测自组装纳米探针光电转换高性能计算

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dna计算的研究现状与展望

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广州大学学报（自然科学版） 2019年第2期18卷 56-64页

作者：石强王燕肖玮石晓龙薛志东华中科技大学软件学院湖北武汉430074 华中科技大学生命学院湖北武汉430074 广州大学计算科技研究院广东广州510006

基于硅材料的微电子技术由于工艺技术和基本理论上的局限,使得现有电子计算机无法满足科技发展对计算能力的需求.由于具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力,dna计算始终是新型计算机领域研究的热门.dna计算的研究已经涉及到dna... 详细信息

基于硅材料的微电子技术由于工艺技术和基本理论上的局限,使得现有电子计算机无法满足科技发展对计算能力的需求.由于具有超强的并行运算能力和巨大的数据存储能力,dna计算始终是新型计算机领域研究的热门.dna计算的研究已经涉及到dna计算模型、dna计算机系统、dna计算的应用等诸多方面.文章从dna计算流程、dna计算模型、dna计算机、dna计算应用研究等几个方面,综述了dna计算研究的现状.同时,也指出了dna计算存在的问题,并从dna编码设计、dna计算噪声控制等方面阐述了未来研究方向.相信随着生物技术、纳米技术等的进一步发展,dna计算一定能够发挥出自身的优势和潜力,能够为国防建设、信息安全、基础科学研究、生命科学研究等方面提供更好的服务.

关键词： dna计算模型生物计算机生物逻辑门 NP-完全问题

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基于生化反应的典型约束可满足问题求解算法研究

基于生化反应的典型约束可满足问题求解算法研究

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作者：吴帆湖南大学

学位级别：博士

约束可满足问题,广泛存在于科学研究和工程实践中。如人力资源配置问题、农作物布局优化问题、工程设计方案优化问题和资源分配优化问题等,都属于约束可满足问题。这类问题的特点是在特定的约束条件下,寻找问题的解。此类问题的解决往... 详细信息

约束可满足问题,广泛存在于科学研究和工程实践中。如人力资源配置问题、农作物布局优化问题、工程设计方案优化问题和资源分配优化问题等,都属于约束可满足问题。这类问题的特点是在特定的约束条件下,寻找问题的解。此类问题的解决往往能带来很高的社会或经济价值。目前还没有高效的精确求解算法,由于这类问题通常可约化为典型的约束可满足问题,如最小顶点覆盖问题。因此可对典型约束可满足问题进行深入的理论研究,以寻找问题求解的新思路和新方法。如何求解约束可满足问题是研究约束可满足问题的核心。对于最小顶点覆盖等典型约束可满足问题,当问题规模较大时,传统的电子计算机求解算法很难实现精确求解。基于生化反应的dna计算,是一种非传统的高性能计算方法。它具有高度的并行性,并行操作数目超过1018,能在多项式时间内精确求解NP难问题。这为约束可满足问题的精确求解提供了新的思路和方法。另外,受自然界生化反应的启发,科学家提出了化学反应优化算法,研究发现,该方法在近似求解NP问题时,往往能跳出局部极值的限制,比遗传算法、禁忌算法等启发式算法具有更加良好的分布性。基于此,通过分析基于生化反应的dna计算和化学反应优化算法特征,本文研究了利用dna计算和化学反应优化智能算法来求解典型约束可满足问题的关键技术,提出了若干相关算法,研究表明这些算法表现出了良好的性能和扩展性。论文的主要研究工作如下:提出了一种基于分治法的N皇后问题dna计算算法(1)N皇后问题是一种典型的约束可满足问题。研究表明,基于粘贴模型求解该问题的dna计算算法,可以在多项式时间内精确求解此问题,但参与反应的dna链数是指数级的,这将导致求解过程中误解率较高,难以求解大规模问题的求解计算等问题。针对这些问题,本文提出了一种结合分治法,基于扩展粘贴模型来求解N皇后问题的dna计算算法。通过算法分析和模拟实验表明:本算法的dna链数是亚指数级的,将dna链数从O(n")减少至O(nn/2),同时减少生物操作数,降低了误解率,测试试管数由所需的O(n)减少至O(1)。(2)提出了一种基于dna自组装模型来求解最小顶点覆盖问题的dna计算算法。尽管基于扩展粘贴模型,利用分治法可以以亚指数的dna链数求解N皇后问题,但由于参与生化反应的是dna单链分子,其误解率依然较高。为此,本文提出了一种基于dna自组装模型来求解最小顶点覆盖问题的dna计算算法。自组装模型是近年dna计算领域提出的一种计算模型,具有降低问题求解过程中生化操作和生化解误解率等优点。本文描述了编码方案、问题求解算法以及进行了模拟实验。实验表明,本算法能快速精确求解出最小顶点覆盖问题。同时算法通过减少计算过程中操作步骤数,降低了生化解的错误率,提高了生化解的准确性,算法的生化实验复杂度低,具有良好的易操作性。(3)提出一种利用连接分子与自组装模型求解N皇后问题的dna计算算法最小顶点覆盖问题的约束条件单一。针对具有多约束条件下的N皇后问题,本文研究了基于自组装模型的dna计算算法。N皇后问题具有四个约束条件,即棋盘行、列和两个对角线上不能存在皇后冲突。本文通过设计连接分子,巧妙地利用它将多个约束条件组合在一起从而实现了基于自组装模型的N皇后问题求解dna计算算法。模拟实验表明,本方法是有效的,且具有良好的扩展性。算法使用的tiles分子块种类为Θ(2n),生化操作复杂性为Θ(1),其中n为皇后的个数。(4)提出了一种基于混合CRO求解N皇后问题的算法利用dna计算在多项式时间内可以精确求解典型约束可满足问题,其实质是利用dna计算的巨大并行性并利用穷举方法从而实现求解计算,参与计算的dna分子链数或tiles分子数是指数级或亚指数级的。尽管许多科学家也提出了许多改善生化反应中产生错误解的方法,然而,针对规模较大的问题求解时,目前dna计算依然无法将误解率减少到可以接受的水平。智能启发式算法依然是约束可满足问题一种高效的近似求解算法。化学反应优化算法是近年提出来的一种智能启发式算法,该算法能避免搜索陷入局部最优,具有提高问题搜索空间的优点,局部最优搜索是基于贪婪法的快速搜索算法,该算法具有收敛速度快等优点。因此本文将这两个算法融入到一起,设计了混合CRO算法来求解N皇后问题。实验分析表明,跟其它启发式算法相比,本算法具有良好的分布性和收敛速度,能提高N皇后问题求解的效率。

关键词：约束可满足问题智能启发算法 dna计算模型化学反应优化算法

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最小顶点覆盖问题的几种dna算法研究

最小顶点覆盖问题的几种DNA算法研究

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作者：郭洪敏安徽理工大学

学位级别：硕士

传统的计算机由于其自身存储量和计算能力的有限,已经不能满足日益发展的科学形势。1994年,Adleman探索性的将现代生物技术与dna操作技术结合起来,成功解决了具有七个节点的有向赋权图的哈密尔顿路径问题(Hamilton path problem),从此... 详细信息

传统的计算机由于其自身存储量和计算能力的有限,已经不能满足日益发展的科学形势。1994年,Adleman探索性的将现代生物技术与dna操作技术结合起来,成功解决了具有七个节点的有向赋权图的哈密尔顿路径问题(Hamilton path problem),从此打开了生物计算的大门,让dna分子作为一种新型的计算机硬件成为可能。而dna分子由于具有传统计算机无法比拟的海量存储量和高度的计算并行性,使得其在密码学,数学,计算机等领域得到了广泛的青睐。本文将具体阐述dna计算的研究背景、dna分子结构、dna分子操作过程等基本理论,并且对dna分子操作过程中的初始编码问题进行了具体的分析,包括初始编码问题的基本概念,初始编码的约束条件和具体的编码方法；还将简单介绍一些常用的dna计算模型(剪接模型、分子信标、质粒dna模型以及dna自组装模型等)的基本操作原理及优缺点。此外,本文将具体介绍最小顶点覆盖问题、可满足性问题、线性规划问题的基本概念,并巧妙的将复杂的最小顶点覆盖表转化为形式简便的0-1规划问题和可满足性问题,这也是本文的创新之处。并在此基础上,结合dna自组装模型、质粒dna模型,给出基本算法和具体生物操作过程,具有一定研究意义。

关键词： dna计算 dna计算模型最小顶点覆盖 dna自组装质粒dna模型

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dna计算中最大团问题以及dna自组装的相关研究

DNA计算中最大团问题以及DNA自组装的相关研究

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作者：冯婷陕西师范大学

学位级别：硕士

生物计算,是近些年来新兴出现,又是一个异军突起的新型交叉学科。这是一门边缘学科,主要涉及到的学科有生物学科、数学学科以及计算机学科。这种计算方式和以往传统的计算方式是截然不同的,其首先利用的是生物大分子,诸如dna、RNA等,来... 详细信息

生物计算,是近些年来新兴出现,又是一个异军突起的新型交叉学科。这是一门边缘学科,主要涉及到的学科有生物学科、数学学科以及计算机学科。这种计算方式和以往传统的计算方式是截然不同的,其首先利用的是生物大分子,诸如dna、RNA等,来解决一些难以或者无法用传统计算方法解决的NP问题以及完全NP问题。当然,随着科学研究的不断发展,现在dna计算所研究解决的并不仅仅局限于这些领域,还包括：dna密码的加密与解密；生物化学以及医学等领域的应用。同时这种算法相对于传统计算方法还有其无法比拟的优点：海量的存储能力、高度的并行性以及非常快的运行速度。从这门学科开始出现到现在,只经历了短短十几年的时间,但其取得的进展和成果可以说是非常巨大的。目前无论在国外还是国内都有很多研究学者在这个领域上进行研究,主要涉及到理论研究,生化建模研究以及生物计算机的研究。本次研究主要对目前生物计算领域中的分支——dna计算的相关知识进行介绍以及总结概括,主要包括对dna计算的基本知识、优缺点等进行了简单的阐述,并对dna计算领域中的基础计算模型进行了介绍以及dna自组装的内容的介绍,同时利用dna计算中的一种计算方式解决了数学中著名的完全NP问题——最大团问题。具体研究内容如下： 1.本文主要介绍了dna自组装的几种模型,包括粘贴模型、剪接模型、发夹模型、质粒模型、试管模型、表面模型、以及K-臂dna计算模型。每一种模型都有其所适用的应用范围以及缺点,在文章中对其进行了简要的介绍。同时介绍了目前计算领域的几种新技术。 2.最大团问题是一个困难的计算问题,它是Karp提出的21个NP完全问题之一。近年来研究者解决最大团问题所用的算法时,存在实验步骤太过繁杂,不容易进行活体操作,环化效率较低等各种问题,本文利用二维dna结构(k-臂dna分子)的方法解决该问题。这种方法首先把二维dna分子设计成分子tiler,然后通过分子tiler形成三维dna结构图,最后建立对应的计算模型。此方法大大减少了最大团问题解决所需步骤及时间。此模型目前还处于理论探索阶段,这对于本模型的发展是一个很大的缺点,甚至于在现在所有的分子计算中这都是一个很大的缺陷。所以我们要进一步的通过设计实验并进行实验验证来确定这个方法是否可行,是否对于dna计算是一个进步。 3.在dna计算的基础上,dna又出现了一个新的发展方向,即dna自组装。自组装(self-assembly),是指基本分子在热力学平衡状态下自我组装形成有序结构的一种技术。近年来,随着对自组装这一概念理解的加深,它的关注度也越来越高,有关它的应用也越来越广泛,比如纳米科技、机器人技术和制造业、微电子、网格系统等。在材料科学中自组装被应用的最重要的例子是形成分子晶体、胶体、双层脂质、阶段分离复合物以及单层膜。文中主要介绍了目前dna自组装的发展,从一维自组装到三维dna自组装,其发展速度是非常迅速的。同时还介绍了目前所存在的几种dna自组装瓦片：DX瓦片、TX瓦片、十字瓦片以及n-point-star模块。dna折纸术也是目前dna自组装发展的一个方向。研究学者根据不同的技术、算法或者方法,利用dna,折叠出了不同的复杂的纳米结构。例如：正方形,长方形,三角形,笑脸,中国地图以及各种复杂的三维立体空间等结构。对于dna自组装来说,其发展潜力和空间是非常巨大的。本文的最后,分析讨论了目前dna计算以及自组装的发展优势和不足,并对目前此学科中发展前景进行了展望。

关键词： dna计算 dna计算模型最大团问题 dna自组装

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dna计算中若干理论的研究

DNA计算中若干理论的研究

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作者：宋弢山东科技大学

学位级别：硕士

dna计算的研究主要包括三个方面:dna编码,dna计算模型与dna计算的形式模型。其中dna编码是dna计算的第一步也是最重要的一步,dna计算模型是dna计算实现的过程,而dna计算的形式模型是dna计算形式化的研究。本文首先介绍了dna计算产生的背... 详细信息

dna计算的研究主要包括三个方面:dna编码,dna计算模型与dna计算的形式模型。其中dna编码是dna计算的第一步也是最重要的一步,dna计算模型是dna计算实现的过程,而dna计算的形式模型是dna计算形式化的研究。本文首先介绍了dna计算产生的背景,研究现状以及本文的主要内容。提出了更适合dna编码的Watson-Crick Hamming距离,设计出适合dna编码的dna码矩阵。此基础上给出三元dna编码法与扩元dna编码法;通过推广编码理论中的Golay码理论得到dna Golay码,分析得到其码字间Watson-Crick Hamming距离,码字长度,码字重量与码字规模等性质;借鉴形式语言与自动机理论,将dna编码视为字母表{A,T,C,G}上的语言,证明了产生dna编码文法的存在性与可行性,为解决dna编码问题给出一种新的思路。dna计算模型方面,利用PNA分子的生化特性,改进了两种经典dna计算模型:Adleman实验模型与Lipton的表面实验模型,提高了dna计算的准确率,降低了实验操作的复杂性;利用dna计算中的粘贴系统与剪接系统以及相应的生化操作模拟了Fredkin可逆逻辑门的计算过程,设计了dna Fredkin可逆逻辑门以及较大规模的dna可逆逻辑电路的理论模型,为dna计算与量子计算模型的研究提出了新的思考方向。

关键词： dna计算 dna编码 dna计算模型 dna编码方法Watson-Crick Hamming距离 dna码矩阵

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