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<title>NUPACK Design 使用笔记</title>
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}
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vertical-align: top;
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}
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</style>
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</head>
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<body>
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<main>
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<p class="muted">NUPACK replica / Design workflow notes</p>
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<h1>Design 使用笔记</h1>
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<p>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。</p>
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<nav class="toc">
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<a class="button" href="#quick-start">快速跑通</a>
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<a class="button" href="#targets">Targets 怎么填</a>
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<a class="button" href="#mixed">混合材料 Design</a>
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<a class="button" href="#hard">Hard constraints</a>
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<a class="button" href="#soft">Soft constraints</a>
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<a class="button" href="#staged">分阶段计算</a>
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<a class="button" href="#speed">为什么会慢</a>
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<a class="button" href="/workspace#design-targets">跳到工作台 Targets</a>
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<a class="button" href="/workspace#design-hard">跳到工作台 Hard</a>
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<a class="button" href="/workspace#design-soft">跳到工作台 Soft</a>
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<a class="button" href="/cloud">打开云端记录</a>
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</nav>
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<section id="quick-start" class="card">
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<h2>1. 快速跑通</h2>
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<p>主界面选择 <strong>Design</strong>，点击 <strong>载入示例</strong>，会得到一个可直接运行的双链设计：</p>
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<pre><code>domain:
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a = N10
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strands:
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A = a
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B = ~a
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target complex:
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AB_target = A+B
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structure = (10+)10
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target tube:
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AB_target = 1 uM
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off-target max size = 2</code></pre>
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<p><code>~a</code> 表示 domain <code>a</code> 的反向互补，因此 <code>(10+)10</code> 这个全双链目标结构是合法的。</p>
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</section>
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<section id="targets" class="card">
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<h2>2. Targets 怎么填</h2>
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<table>
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<thead>
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<tr><th>区域</th><th>含义</th><th>示例</th></tr>
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</thead>
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<tbody>
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<tr><td>Design Domains</td><td>给每段可设计区域命名，并写 IUPAC 约束。</td><td><code>a = N10</code></td></tr>
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<tr><td>链输入</td><td>Design 模式下，序列框可以写 domain composition。</td><td><code>A = a</code>, <code>B = ~a</code></td></tr>
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<tr><td>Target Complex</td><td>指定哪些链组成目标复合物，以及目标二级结构。</td><td><code>A+B</code>, <code>(10+)10</code></td></tr>
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<tr><td>Target Tube</td><td>Tube design 才需要。指定 on-target 浓度，off-target 由 max size 自动补全。</td><td><code>AB_target = 1 uM</code></td></tr>
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</tbody>
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</table>
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</section>
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<section id="mixed" class="card">
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<h2>3. 混合材料 Design</h2>
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<p>选择 <code>rna-dna06</code> 或 <code>rna-merna06</code> 后，Domain 约束必须显式标注小写材料前缀。点击“插入混合片段模板”可生成可直接编辑的起点：</p>
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<pre><code>RNA/DNA: mixed1 = rN6dN6
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RNA/2′OMe: mixed1 = rN6mN6
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材料也可设计: mixed1 = wN12</code></pre>
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<p><code>r</code>、<code>d</code>、<code>m</code> 分别表示 RNA、DNA、2′OMe-RNA；<code>w</code> 表示 wildcard material。材料前缀不计入碱基长度，IUPAC 约束与计数仍可组合，例如 <code>rS4dN8</code>。</p>
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<p>链输入仍推荐填写 Domain composition，例如 <code>A = mixed1</code>、<code>B = ~mixed1</code>。反向互补由所选模型的 material alphabet 计算，结果和“载入为 Analysis”都会保留材料前缀。</p>
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</section>
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<section id="hard" class="card">
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<h2>4. Hard constraints 怎么用</h2>
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<p>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。</p>
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<table>
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<thead>
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<tr><th>类型</th><th>必填字段</th><th>当前推荐示例</th></tr>
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</thead>
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<tbody>
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<tr><td>Match</td><td>左侧、右侧</td><td><code>a</code> 与 <code>a</code></td></tr>
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<tr><td>Complementarity</td><td>左侧、右侧</td><td><code>A</code> 与 <code>B</code></td></tr>
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<tr><td>Similarity</td><td>scope、reference、上下限</td><td><code>scope=a</code>, <code>reference=R10</code></td></tr>
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<tr><td>Window</td><td>scope、source sequences</td><td><code>scope=a</code>, 每行一个 10 nt source</td></tr>
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<tr><td>Pattern</td><td>patterns；scope 可空表示全局</td><td><code>AAAA, UUUU</code></td></tr>
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</tbody>
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</table>
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<p class="warn">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。</p>
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</section>
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<section id="soft" class="card">
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<h2>5. Soft constraints 和 weights</h2>
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<p>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。</p>
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<p>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。</p>
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</section>
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<section id="staged" class="card">
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<h2>6. 推荐的分阶段流程</h2>
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<p>复杂体系不要一开始就把搜索条件设到最终验证强度。推荐把“找候选序列”和“验证候选序列”分开：</p>
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<table>
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<thead>
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<tr><th>阶段</th><th>建议设置</th><th>目的</th></tr>
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</thead>
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<tbody>
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<tr><td>输入检查</td><td>1 trial，max size 2，<code>f_stop=0.1–0.2</code>，填写明确的最大时间</td><td>先确认 targets、结构和约束可行，并快速暴露填写错误。</td></tr>
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<tr><td>正式设计</td><td>从已验证输入逐步收紧 <code>f_stop</code>；确有需要时再增加 trials</td><td>获得候选序列。每个 trial 都是一次完整随机搜索，不是免费的重复采样。</td></tr>
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<tr><td>最终验证</td><td>把设计结果载入 Analysis，以 max size 3–4 检查更大的复合物集合</td><td>保留严格的最终热力学验证，同时避免在每一步优化迭代中反复枚举大集合。</td></tr>
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</tbody>
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</table>
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<p class="warn">分阶段流程会改变“在哪个阶段计算哪些集合”，但不会偷减最终验证。若研究目标明确要求在优化目标中直接包含 size 3–4 off-target，应保留该设置并给任务填写最大时间。</p>
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</section>
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<section id="speed" class="card">
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<h2>7. 为什么 Design 会慢</h2>
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<p>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：</p>
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<ul>
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<li><strong>off-target max size</strong> 越大，需要考虑的非目标复合物越多。</li>
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<li><strong>f_stop</strong> 越小，停止条件越严格，通常越慢。</li>
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<li><strong>trials</strong> 大于 1 时会跑多个随机种子，NUPACK 源码里会并行提交多个 trial。</li>
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<li><strong>hard constraints</strong> 太多或互相矛盾，会反复搜索甚至失败。</li>
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</ul>
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<p>页面的“设计预检”会实时显示可变碱基数、固定目标数和复合物上限，并提醒无限时长、严格停止阈值、多 trial 与大 off-target 集合。它只做估算和提示，不会改写提交参数。</p>
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<p>当前服务会按 CPU 和内存自动限制同时运行的任务数，并已显式设置 NUPACK 的 <code>config.threads</code>。这些调度参数不改变模型、约束或结果目标；它们主要用于防止多个 8–9 GB 任务把机器内存耗尽。增加线程不保证单个 design 等比例加速，因为部分优化阶段主要使用单核；多任务通常比单任务更容易占满多核。增加内存本身也不会让搜索更快，只会减少 OOM、换页和缓存压力。</p>
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<p>当前 NUPACK 4.1.0.1 wheel/镜像不是 CUDA 构建，且官方分发包中没有附带 <code>source/</code> 源码树；直接填写环境变量或安装显卡不能生效。GPU 路线需要重新编译或替换核心 wheel，并对结果一致性与稳定性重新测试。</p>
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</section>
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</main>
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</body>
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</html>
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