1.基于DNA杂交反应技术的新型线性机器学习方法,其特征在于,包括训练部分、算法部分、测试部分;
(1)其中训练部分表达式如下:
方程(1a)‑(2d)属于催化反应模块1;(3a)和(3b)属于催化反应模块2;(3c)和(3d)属于催化反应模块1;方程(4a)‑(5f)属于湮灭反应模块;
其中 i=1,2,…,N,N为输入项的个数,[*]t表示物质*在t时刻的浓+ ‑
度,则[Xi]t表示i个输入值; 表示第i个权值;设定[H]t=[H]t≡1(nM),+ ‑物质I和I浓度随时间变化的微分方程为:(6)式可以简化为:
则
+ ‑
设定[H]t=[H]t≡1(nM),则当DNA杂交反应网络达到动态平衡时,有:+ ‑
其中[Y]t=[Y]t‑[Y]t表示系统的输出值;
(2)算法部分表达式如下:
其中,方程(7)‑(9)由催化反应模块1构成;
+ ‑
物质Wi和Wi的浓度随时间变化的微分方程为:+ ‑
其中[D]t=[D]t‑[D]t表示期望值。
由公式(10)‑(12)可得:
(3)测试部分表达式如下:
其中,方程(13a)‑(15d)属于催化反应模块1;(16a)和(16b)属于催化反应模块2;(16c)和(16d)属于催化反应模块1;方程(17a)‑(17f)属于湮灭反应模块。
2.根据权利要求1所述的基于DNA杂交反应技术的新型线性机器学习方法,其特征在于,所述催化反应模块1反应方程为: 它可由如下DNA链置换反应得到:
其中I+被催化,Xi为输入信号DNA分子,[Wi+]t为权值报告链, 和 为辅助DNA链,且辅助DNA链的初始浓度为Cm,并满足 反应速率qi和ki满足qi≤qm,ki=qi,qm表示最大反应速率;
所述催化反应模块2反应方程为: 可由如下DNA链置换反应得到:‑ + + + + + + +
其中I被催化,Am 、An 、Ah及H 为辅助DNA链,且辅助DNA链Am、An和Ah的初始浓度分+ + + + ‑ +别设定[Am]0=[An]0=[Ah]0=Cm,并满足Cn>>[Y]0,[I]0;H的初始浓度为1nM;反应速率qi满足qi≤qm,ki=qi。
所述湮灭反应模块的反应方程为: 废弃链,它可由如下DNA链置换反应得到:
其中 和 被湮灭, 及 为辅助DNA链,且辅助DNA链的初始浓度为Cm,并满足 反应速率qi满足qi≤qm,ki=qi。
3.根据权利要求1所述的基于DNA杂交反应技术的新型线性机器学习方法,其特征在于,所述训练方式包括以下步骤:S1:训练数据的归一化处理
机器学习的训练由多轮训练构成,一轮训练由K组训练数据组成,每组数据又由N个数据构成,即该机器学习有N个输入,则i=1,2,L,N;
打乱训练数据组,得到另一轮训练数据,按如下进行数据归一化处理:其中
xi(k,l)表示第l轮训练的第k组数据的第i个数据,其中k=1,2,…,K,l=1,2,…,Λ,ρ为正调节参数, 及 为机器学习的输入信号DNA链的初始浓度设定,满足和S2:机器学习的训练评估
在一轮训练中,定义相对误差el(k)如下:其中
表示经过本轮训练以后得到的权值;
评估本轮训练结果,定义平均相对误差如下:进过多轮训练以后,当平均相对误差达到目标值以后,则停止训练。
S3:机器学习的测试评估
机器学习的测试由多轮测试构成,一轮测试由P组训练数据组成,打乱测试数据组,得到另一轮测试数据,按如下方法进行数据归一化处理:其中βi(p,g)表示第g轮训练的第p组数据的第i个数据,p=1,2,…,P,g=1,2,…,G;θi=max(Φi)‑min(Φi),θ=max([θ1,θ2,…θN]),在一轮测试中,定义相对误差 如下:其中
表示经过本轮训练以后得到的权值;
评估本轮训练结果,定义测试阶段的平均相对误差如下:
4.根据权利要求1所述的基于DNA杂交反应技术的新型线性机器学习方法,其特征在于,所述训练部分、算法部分、测试部分中的催化反应模块1、催化反应模块2、湮灭反应模块属于同一类型的反应模块,但不是同一反应模块。