Název: Watson-Crick modely pro zpracování formálních jazyků
Překlad názvu: Watson-Crick Models for Formal Language Processing
Autoři: Hammer, Jan ; Tomko, Martin (oponent) ; Křivka, Zbyněk (vedoucí práce)
Typ dokumentu: Diplomové práce
Rok: 2022
Jazyk: eng
Nakladatel: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií
Abstrakt: [eng] [cze]
Tato práce se zabývá Watson-Crickovými jazyky, které jsou inspirovány výpočty nad DNA, dále jejich modely a algoritmy pro rozhodování členství řetězců v těchto jazycích. Analyzuje nedávno představený algoritmus nazvaný WK-CYK a prezentuje algoritmus založený na prohledávání stavového prostoru, jehož základem je standardní prohledávání prostoru do šířky, ale používá množství optimalizací a heuristik, aby byl v praxi efektivnější a dokázal analyzovat delší vstupy. Klíčové jsou heuristiky pro prořezávání stavového prostoru (detekují slepé větve) a heuristiky pro výběr nejslibnějších větví pro další výpočet. Tyto dva algoritmy jsou testovány na 20 různých Watson-Crickových gramatikách (40 včetně jejich verzí v Chomského normální formě). Zatímco WK-CYK je schopen rozhodnout členství v jazyce v rozumném čase u vstupů o délce zhruba 30-50 symbolů, jeho efektivnost je velmi konzistentní u různých gramatik a různých vstupů, algoritmus prohledávající stavový prostor je obvykle (v 89-98 % případů) efektivnější a je schopen provést výpočet pro vstupy s délkou o stovkách často i tisících symbolů. Tedy tento algoritmus má potenciál být vhodným nástrojem pro praktické použití při rozhodování členství ve Watson-Crickových jazycích a nabízí vhodný základ pro další vývoj a vylepšení, která by dále zvyšovala efektivitu algoritmu. This work focuses on Watson-Crick languages inspired by DNA computing, their models and algorithms of deciding the language membership. It analyzes a recently introduced algorithm called WK-CYK and introduces a state space search algorithm which is based on regular Breath-first search but uses a number of optimizations and heuristics to be efficient in practical use and able to analyze inputs of greater lengths. The key parts are the heuristics for pruning the state space (detecting dead ends) and heuristics for choosing the most promising branches to continue the search. These two algorithms have been tested with 20 different Watson-Crick grammars (40 including their Chomsky normal form versions). While WK-CYK is able to decide the language membership in a reasonable time for inputs of length of roughly 30-50 symbols and its performance is very consistent for all kinds of grammars and inputs, the state space search is usually (89-98 % of cases) more efficient and able to do the computation for inputs with lengths of hundreds or even thousands of symbols. Thus, the state space search has a potential to be a good tool for practical Watson-Crick membership testing and is a good basis to further build on and further improve the efficiency of the algorithm.
Klíčová slova: DNA computing; formal grammars; language membership problem; state space search; Watson-Crick languages; DNA výpočty; formální gramatiky; problém členství v jazyce; prohledávání stavového prostoru; Watson-Crickovy jazyky

Instituce: Vysoké učení technické v Brně (web)
Informace o dostupnosti dokumentu: Plný text je dostupný v Digitální knihovně VUT.
Původní záznam: http://hdl.handle.net/11012/207792

Trvalý odkaz NUŠL: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-505316


Záznam je zařazen do těchto sbírek:
Školství > Veřejné vysoké školy > Vysoké učení technické v Brně
Vysokoškolské kvalifikační práce > Diplomové práce