1、第二章第二章 計算機與儀器分析計算機與儀器分析 第四節(jié)第四節(jié) 人工智能與實驗仿真人工智能與實驗仿真模擬技術(shù)模擬技術(shù)一、人工智能簡介一、人工智能簡介an introduction to Artificial intelligence 二、儀器分析實驗多二、儀器分析實驗多媒體仿真模擬媒體仿真模擬multimedia simulation of instrument analysis experimentcomputer and instrument analysis artificial intelligence and multimedia experiment simulation techn

2、ology一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡介 a introduction to Artificial a introduction to Artificial intelligence intelligence 人工智能artificial intelligence: 是指用機器或計算機經(jīng)過模擬人類的智慧行為來處理實踐問題的才干。 人工智能技術(shù)在化學(xué)方面的運用： 計算機輔助構(gòu)造解析；計算機輔助合成設(shè)計；智能化分析儀器；計算機多媒體虛擬實驗室。 普通層次：人工智能 = 知識庫+邏輯推理方法； 高級層次：具有自學(xué)習(xí)、自積累才干?；瘜W(xué)人工智能的中心問題：化學(xué)人工智能的

3、中心問題：1 1 化學(xué)知識的模型化和表示方法化學(xué)知識的模型化和表示方法2 2 知識庫的建立與搜索方法知識庫的建立與搜索方法3 3 推理、演繹、判別與求解方法推理、演繹、判別與求解方法4 4 程序設(shè)計和技術(shù)程序設(shè)計和技術(shù)1. 知識庫與知識表示方法知識庫與知識表示方法 知識庫：數(shù)據(jù)庫的開展；處理問題的規(guī)那么具有因果知識庫：數(shù)據(jù)庫的開展；處理問題的規(guī)那么具有因果關(guān)系的數(shù)據(jù)的分類集合，為推理效力。關(guān)系的數(shù)據(jù)的分類集合，為推理效力。 推理方式和知識表示方式?jīng)Q議知識庫的數(shù)據(jù)構(gòu)造；推理方式和知識表示方式?jīng)Q議知識庫的數(shù)據(jù)構(gòu)造； 知識表示方式：邏輯表示方式；過程表示方式；語義網(wǎng)知識表示方式：邏輯表示方式；過程表

4、示方式；語義網(wǎng)絡(luò)方式；框架表示方式；產(chǎn)生式表示方式。絡(luò)方式；框架表示方式；產(chǎn)生式表示方式。 知識表示方式用于知識的計算機識別，編譯程序用于知識知識表示方式用于知識的計算機識別，編譯程序用于知識庫的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換；庫的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換；邏輯表示方式邏輯表示方式 將現(xiàn)適用將現(xiàn)適用“命題和命題和“謂詞兩種方式表示；謂詞兩種方式表示；命題：命題：“真、真、“假兩種能夠的現(xiàn)實；假兩種能夠的現(xiàn)實； 如：如：P P命題命題“2980cm-1“2980cm-1處有吸收；處有吸收； Q Q命題命題“1719cm-1“1719cm-1處有吸收處有吸收 命題可以用邏輯關(guān)系詞組合成命題可以用邏輯關(guān)系詞組合成“復(fù)

5、合命題；復(fù)合命題； PQ PQ；化合物在兩處均有吸收；化合物在兩處均有吸收謂詞：描畫實體的性質(zhì)或關(guān)系；謂詞：描畫實體的性質(zhì)或關(guān)系； 如：如：P(acetone)P(acetone)表示表示“丙酮在丙酮在1719cm-11719cm-1處有吸收；處有吸收； E(b,c) E(b,c)表示表示 “b=c “b=c； A(Z,X A(Z,X，Y)Y)表示表示Z=X+YZ=X+Y；知識表述：知識表述： E(X,Y) E(Y,Z) E(X,Z) E(X,Y) E(Y,Z) E(X,Z) 假設(shè)假設(shè)X=YX=Y且且Y=ZY=Z，那么，那么X=ZX=Z為邏輯關(guān)系為邏輯關(guān)系“蘊含蘊含大量的知識描畫現(xiàn)實或規(guī)那么即

6、構(gòu)成知識庫大量的知識描畫現(xiàn)實或規(guī)那么即構(gòu)成知識庫推理方法推理方法 根據(jù)提供的現(xiàn)實，利用知識庫，經(jīng)過程序運轉(zhuǎn)推理，獲得結(jié)果；推理方法：正向推理逆向推理推理方法推理方法逆向推理逆向推理2. 專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)expert system 將專家的判別過程轉(zhuǎn)變成的智能程序系統(tǒng)；用戶用戶界面解釋功能知識獲取專家問題形狀推理機制知識庫專專家家系系統(tǒng)統(tǒng)知識表示及編譯程序構(gòu)造驗證化學(xué)環(huán)境方式識別人機交互信息 波譜模擬 構(gòu)造碎片發(fā)生器整體分子拼接實驗數(shù)據(jù)(MS,NMR,IR)分子式其他信息譜圖-構(gòu)造相關(guān)表其他約束條件推理數(shù)據(jù)庫(用戶提供的信息)構(gòu)造發(fā)生器立體構(gòu)造發(fā)生器知識庫分子張力能計算13C-NMR譜峰數(shù)構(gòu)造輸

7、出構(gòu)造解析構(gòu)造解析專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)流程框圖流程框圖液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：1柱系統(tǒng)引薦軟件包柱系統(tǒng)引薦軟件包 輸入碳數(shù)、基團、試樣類型等輸入碳數(shù)、基團、試樣類型等 引薦預(yù)處置方法，色譜分析方法，分別柱，流動相，檢引薦預(yù)處置方法，色譜分析方法，分別柱，流動相，檢測器等。測器等。2色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)計算軟件包色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)計算軟件包 根據(jù)獲得的原始數(shù)據(jù)，進展條件優(yōu)化后，再次進展分析，根據(jù)獲得的原始數(shù)據(jù)，進展條件優(yōu)化后，再次進展分析，提供分析報告。提供分析報告。 譜圖與數(shù)據(jù)查詢：譜圖的再處置，相關(guān)譜圖查找，計算，譜圖與數(shù)據(jù)查詢：譜圖的再處置，相關(guān)譜圖查找，計算，分別條

8、件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示分別條件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示輔助光譜圖解析系統(tǒng)輔助光譜圖解析系統(tǒng)基于譜圖庫的輔助解析基于譜圖庫的輔助解析系統(tǒng)系統(tǒng)確定化合物構(gòu)造：紅外、核磁、質(zhì)譜1969年，斯坦福大學(xué)的DENDRAL系統(tǒng)1976年，PBM系統(tǒng)，美國Cornall大學(xué)，質(zhì)譜圖解析1977年，SISCOM系統(tǒng)，前聯(lián)邦德國煤炭研討所，質(zhì)譜圖解析譜圖存儲方法原那么：節(jié)省空間，不脫漏信息：保管峰數(shù)據(jù)；按波長取數(shù)據(jù)查詢對比方法檢索需求思索儀器誤差峰位、峰強，判別類似程度的定量目的人工智能化合物構(gòu)造識別系統(tǒng)人工智能化合物構(gòu)造識別系統(tǒng) 模擬專家的思想，將閱歷籠統(tǒng)成一些規(guī)那么或數(shù)學(xué)公式Munk 紅外光譜解釋程序： 將基團分為2

9、5大類，159個分類，兼顧峰強和峰形但無法將構(gòu)造單元與光譜數(shù)據(jù)之間用數(shù)學(xué)關(guān)系準(zhǔn)確描畫Sasaki 的Chemics-F程序： 將分子構(gòu)造分成179個構(gòu)造單元，互不重疊，任一分子構(gòu)造都可以由這些根本構(gòu)造單元組合得到。識別系統(tǒng)流程識別系統(tǒng)流程紅外核磁獲得構(gòu)造單元能夠構(gòu)造組合譜圖核對結(jié)果分子式規(guī)那么譜圖庫3. 方式識別方式識別 模擬人對客觀環(huán)境的認(rèn)識。 事物的性質(zhì)由其特征決議。性質(zhì)類似的物體其特征類似。提取特征分類 羰基化合物與炔類化合物在1920，3300cm-1都有紅外吸收峰。以兩波優(yōu)點的吸光度為坐標(biāo)二維方式空間作圖，每個化合物對應(yīng)一個點，兩類物質(zhì)構(gòu)成兩個有界限的子集。由未知物的點所在子集，確定

10、所屬類，間隔最近的點，構(gòu)造最類似。擴展到多維空間，判別結(jié)果的準(zhǔn)確性提高。自學(xué)習(xí)過程：訓(xùn)練集，1/2 含某基團，計算機找出方式空間差別特征選?。簩Ψ诸愔匾奶卣鳌９?jié)省空間，加快查找速度羰基炔類智能化分析儀器智能化分析儀器表示圖表示圖分析儀器熱、光、電新技術(shù)新型資料、電子器件操作分析對象控制信號實施檢測數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)處理方法描畫報告結(jié)果判別多媒體計算機人工智能專家系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)自動化技術(shù)二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實驗室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實驗室 multimedia simulation of instrument analysis experiment 在仿現(xiàn)實環(huán)境的界面中，模擬實踐過程數(shù)學(xué)建模，完成特定義務(wù)。 采用的技術(shù)：場景設(shè)計；動態(tài)非線形交互；多線程；數(shù)學(xué)模型； 運用：計算機輔助教學(xué)，實驗類網(wǎng)絡(luò)課程； 儀器分析虛擬實驗室； 分析化學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室； 分析化學(xué)虛擬考場。 特點：場景化、智能化、高度實時交互、非線性；虛擬實驗室虛擬實驗室虛擬實驗室虛擬實驗室虛擬實驗室虛擬實驗室內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：第一節(jié)第一節(jié) 計算機與儀器分析計算機與儀器分析computer and instrument analysis第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集與計算機控制數(shù)據(jù)采集與計算機控制computer control and data collection第三節(jié)第三節(jié) 信