DNA计算是以DNA分子为载体,利用DNA杂交反应的巨大并行性特点而进行计算的一种自然计算模式。编码问题是DNA计算机研制中的核心问题之一。从分子生物学角度来看,DNA序列自身的物理化学属性决定了DNA编码序列的存在形式;而DNA编码序列的热力学属性则是杂交反应的动力源泉。基于此,本文主要围绕DNA序列的物理化学属性以及热动力学特性进行DNA计算中的编码理论的研究与设计,主要研究内容如下:详细地讨论了DNA计算中的编码问题;详细地介绍了DNA分子的物理化学性质、杂交反应的热力学基础以及相关热力学参数的计算方法。提出了一种针对DNA计算的编码序列优化设计方案。该方案在综合考虑DNA计算中编码序列的约束条件的基础上,根据约束条件之间的相互制约关系,采用整体优化的思想,首先将各约束条件进行归类;然后依据各约束条件的计算时间复杂度和约束强弱程度进行优化组合排序,采用随机产生-实时过滤算法产生计算所需数目的DNA编码序列。比较结果表明,该优化设计方案的各项评价指标均优于以往文献提供的方法。在综合考虑计算编码序列生物约束条件之间的制约关系的基础上,提出了一种基于统计学原理的、无需实验就可确定各评价指标的权重系数的方法:组合权重方法,并据此建立了一套DNA编码序列系统评价模型,仿真结果表明该评价模型可以对编码序列集合进行合理、客观的评价。另外,该系统评价模型对采用演化策略进行DNA编码序列的设计研究时构造适应度函数具有重要的指导意义。由于在一个随机产生的DNA序列集合中寻找满足相关物理化学和热力学约束条件的最大编码数问题可以映射为求解图的最大团问题,即是一NP困难问题,于是,采用启发式算法来解决该问题也就成了必然选择。基于此,尝试采用一种基于改进的Hopfield神经网络算法的DNA编码序列设计方法。仿真结果显示,该方法可用于对随机产生的DNA序列集合进行评估和预过滤,对最终得到好的DNA编码序列具有指导和参考作用。提出了一种基于模拟退火遗传算法的计算编码序列设计方法。该算法既有遗传算法的全局搜索能力,又兼有模拟退火算法的局部快速收敛性。仿真结果显示,该方法对DNA编码序列设计是有效的,可生成质量较好的DNA编码序列。讨论了粒子群优化算法在DNA计算中的编码问题上的应用。提出了一种离散问题连续化策略,使得只能求解连续优化问题的标准粒子群优化算法可用于解决属于离散问题的DNA于编码序列设计问题;还提出了一种用于DNA编码序列设计的四进制离散粒子群优化算法。仿真结果表明,这两种算法对于较小规模的编码问题具有很好的效果,能快速有效地进行DNA编码序列设计。