第二章

計算機與儀器分析第四節(jié)人工智能與實驗仿真模擬技術(shù)一、人工智能簡介anintroductiontoArtificialintelligence二、儀器分析實驗多媒體仿真模擬multimediasimulationofinstrumentanalysisexperimentcomputerandinstrumentanalysisartificialintelligenceandmultimediaexperimentsimulationtechnology一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡介

aintroductiontoArtificialintelligence人工智能〔artificialintelligence〕: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。2024/1/6化學(xué)人工智能的中心問題：〔1〕化學(xué)知識的模型化和表示方法〔2〕知識庫的建立與搜索方法〔3〕推理、演繹、判別與求解方法〔4〕程序設(shè)計和技術(shù)2024/1/61.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；知識表示方式：邏輯表示方式；過程表示方式；語義網(wǎng)絡(luò)方式；框架表示方式；產(chǎn)生式表示方式。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；2024/1/6邏輯表示方式將現(xiàn)適用“命題〞和“謂詞〞兩種方式表示；命題：“真〞、“假〞兩種能夠的現(xiàn)實；如：P命題“2980cm-1處有吸收〞；Q命題“1719cm-1處有吸收〞命題可以用邏輯關(guān)系詞組合成“復(fù)合命題〞；P^Q；化合物在兩處均有吸收謂詞：描畫實體的性質(zhì)或關(guān)系；如：P(acetone)表示“丙酮在1719cm-1處有吸收〞；E(b,c)表示“b=c〞；A(Z,X，Y)表示Z=X+Y；知識表述：E(X,Y)^E(Y,Z)→E(X,Z)假設(shè)X=Y且Y=Z，那么X=Z〔→為邏輯關(guān)系“蘊含〞〕大量的知識描畫〔現(xiàn)實或規(guī)那么〕即構(gòu)成知識庫2024/1/6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2024/1/6推理方法逆向推理2024/1/62.專家系統(tǒng)〔expertsystem〕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2024/1/6專

家

系

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)造輸出構(gòu)造解析專家系統(tǒng)流程框圖2024/1/6液相色譜專家系統(tǒng)：〔1〕柱系統(tǒng)引薦軟件包輸入碳數(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，檢測器等?！?〕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，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，分別條件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示2024/1/6輔助光譜圖解析系統(tǒng)

基于譜圖庫的輔助解析系統(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2024/1/6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25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。2024/1/6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2024/1/63.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取：對分類重要的特征。節(jié)省空間，加快查找速度羰基炔類2024/1/6智能化分析儀器表示圖分析儀器熱、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)2024/1/6二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實驗室

multimediasimulationofinstrumentanalysisexperiment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；2024/1/6虛擬實驗室2024/1/6虛擬實驗室2024/1/6虛擬實驗室2024/1/6內(nèi)容選擇：第一節(jié)計算機與儀器分析computerandinstrumentanalysis第二節(jié)數(shù)據(jù)采集與計算機控制computercontrolanddatacollection第三節(jié)信息