NUPACK replica / Design workflow notes

Design 使用笔记

这份笔记只讲当前网页里已经接入的功能：Design domains、target complexes、target tubes、hard constraints、soft constraints 和 defect weights。

1. 快速跑通

主界面选择 Design，点击 载入示例，会得到一个可直接运行的双链设计：

domain:
  a = N10

strands:
  A = a
  B = ~a

target complex:
  AB_target = A+B
  structure = (10+)10

target tube:
  AB_target = 1 uM
  off-target max size = 2

~a 表示 domain a 的反向互补，因此 (10+)10 这个全双链目标结构是合法的。

2. Targets 怎么填

区域	含义	示例
Design Domains	给每段可设计区域命名，并写 IUPAC 约束。	`a = N10`
链输入	Design 模式下，序列框可以写 domain composition。	`A = a`, `B = ~a`
Target Complex	指定哪些链组成目标复合物，以及目标二级结构。	`A+B`, `(10+)10`
Target Tube	Tube design 才需要。指定 on-target 浓度，off-target 由 max size 自动补全。	`AB_target = 1 uM`

3. Hard constraints 怎么用

Hard constraint 是“必须满足”的约束，写错会让设计空间为空，或直接报错。

类型	必填字段	当前推荐示例
Match	左侧、右侧	`a` 与 `a`
Complementarity	左侧、右侧	`A` 与 `B`
Similarity	scope、reference、上下限	`scope=a`, `reference=R10`
Window	scope、source sequences	`scope=a`, 每行一个 10 nt source
Pattern	patterns；scope 可空表示全局	`AAAA, UUUU`

如果看到 “Constraint scope cannot be empty”，就是当前 constraint 类型需要填写 scope，但该字段为空。新版界面会在提交前拦截这类错误。

4. Soft constraints 和 weights

Soft constraint 不会替代 ensemble defect，只是给优化目标增加加权惩罚。权重越大，设计器越偏向满足它，但也可能变慢。

Defect weights 用来告诉设计器哪些 domain、strand、complex 或 tube 更重要。初学时建议先不填，确认 target 能跑通后再逐步添加。

5. 为什么 Design 会慢

NUPACK design 是优化问题，不是一次性的结构分析。影响耗时的主要因素：

off-target max size 越大，需要考虑的非目标复合物越多。
f_stop 越小，停止条件越严格，通常越慢。
trials 大于 1 时会跑多个随机种子，NUPACK 源码里会并行提交多个 trial。
hard constraints 太多或互相矛盾，会反复搜索甚至失败。

当前服务已显式设置 NUPACK 的 config.threads，不再只依赖 OMP_NUM_THREADS。本地 NUPACK 源码里有 NUPACK_CUDA 编译选项，但当前 wheel/镜像不是 CUDA 构建；直接“打开 GPU”不能生效，除非重新编译 NUPACK 的 CUDA 版本并替换镜像里的 wheel。