人工智能與仿真模擬..

1、第二章第二章第二章第二章第二章第二章 計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析 第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié)第四節(jié) 人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真模擬技術(shù)模擬技術(shù)模擬技術(shù)模擬技術(shù)模擬技術(shù)模擬技術(shù)一、人工智能簡(jiǎn)介一、人工智能簡(jiǎn)介an introduction to Artificial intelligence 二、儀器分析實(shí)驗(yàn)多二、儀器分析實(shí)驗(yàn)多媒體仿真模擬媒體仿真模擬multimedia simulation of instrument analysis e

2、xperimentcomputer and instrument analysis artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology10:34:39一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介 a introduction to Artificial intelligencea introduction to Artificial intelligence

3、a introduction to Artificial intelligence 人工智能人工智能（artificial intelligence）: : 是指用機(jī)器是指用機(jī)器或計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人類的智慧行為來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題或計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人類的智慧行為來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。的能力。 人工智能技術(shù)在化學(xué)方面的應(yīng)用：人工智能技術(shù)在化學(xué)方面的應(yīng)用： 計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析；計(jì)算機(jī)輔助合成設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析；計(jì)算機(jī)輔助合成設(shè)計(jì)；智能化分析儀器；計(jì)算機(jī)多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)室。智能化分析儀器；計(jì)算機(jī)多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)室。 一般層次：一般層次：人工智能人工智能 = = 知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)+ +邏輯推理方法；邏輯推理方法；

4、 高級(jí)層次：高級(jí)層次：具有自學(xué)習(xí)、自積累能力。具有自學(xué)習(xí)、自積累能力。10:34:40化學(xué)人工智能的核心問(wèn)題：化學(xué)人工智能的核心問(wèn)題：（1 1） 化學(xué)知識(shí)的模型化和表示方法化學(xué)知識(shí)的模型化和表示方法（2 2） 知識(shí)庫(kù)的建立與搜索方法知識(shí)庫(kù)的建立與搜索方法（3 3） 推理、演繹、判斷與求解方法推理、演繹、判斷與求解方法（4 4） 程序設(shè)計(jì)和技術(shù)程序設(shè)計(jì)和技術(shù)10:34:411. 1. 1. 1. 1. 1. 知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法 知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展；解決問(wèn)題的規(guī)則（具有因果關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展；

5、解決問(wèn)題的規(guī)則（具有因果關(guān)系的數(shù)據(jù)）的分類集合，為推理服務(wù)。系的數(shù)據(jù)）的分類集合，為推理服務(wù)。 推理模式和知識(shí)表示方式?jīng)Q定知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；推理模式和知識(shí)表示方式?jīng)Q定知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 知識(shí)表示方式知識(shí)表示方式：邏輯表示模式；過(guò)程表示模式；語(yǔ)義網(wǎng)邏輯表示模式；過(guò)程表示模式；語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模式；框架表示模式；產(chǎn)生式表示模式。絡(luò)模式；框架表示模式；產(chǎn)生式表示模式。 知識(shí)表示方式用于知識(shí)的計(jì)算機(jī)識(shí)別，編譯程序用于知識(shí)知識(shí)表示方式用于知識(shí)的計(jì)算機(jī)識(shí)別，編譯程序用于知識(shí)庫(kù)的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換；庫(kù)的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換；10:34:41邏輯表示模式邏輯表示模式邏輯表示模式邏輯表示模式邏輯表示模式邏輯表示模式 將事

6、實(shí)用將事實(shí)用“命題命題”和和“謂詞謂詞”兩種方式表示；兩種方式表示；命題：命題：“真真”、“假假”兩種可能的事實(shí)；兩種可能的事實(shí)； 如：如：P P命題命題“2980“2980cm-1cm-1處有吸收處有吸收”； Q Q命題命題“1719“1719cm-1cm-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)合命題復(fù)合命題”； PQPQ；化合物在兩處均有吸收化合物在兩處均有吸收謂詞：謂詞：描述實(shí)體的性質(zhì)或關(guān)系；描述實(shí)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17191719cm-1cm-1處有吸收處有吸收”； E E(

7、(b,c)b,c)表示表示 “b=c” “b=c”； A A(Z,X(Z,X，Y)Y)表示表示Z=X+YZ=X+Y；知識(shí)表述：知識(shí)表述： E E( (X,Y) X,Y) E E( (Y,Z) Y,Z) E E( (X,Z)X,Z) 若若X=YX=Y且且Y=ZY=Z，則則X=ZX=Z（為邏輯關(guān)系為邏輯關(guān)系“蘊(yùn)含蘊(yùn)含”）大量的知識(shí)描述（事實(shí)或規(guī)則）即構(gòu)成知識(shí)庫(kù)大量的知識(shí)描述（事實(shí)或規(guī)則）即構(gòu)成知識(shí)庫(kù)10:34:41推理方法推理方法推理方法推理方法推理方法推理方法 依據(jù)提依據(jù)提供的事實(shí)，供的事實(shí)，利用知識(shí)庫(kù)，利用知識(shí)庫(kù)，通過(guò)程序運(yùn)通過(guò)程序運(yùn)行（推理），行（推理），獲得結(jié)果；獲得結(jié)果；推理方法：推理方

8、法：正向推理正向推理逆向推理逆向推理10:34:42推理方法推理方法推理方法推理方法推理方法推理方法逆向推理逆向推理10:34:422. 2. 2. 專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（專家系統(tǒng)（expert systemexpert systemexpert system） 將專家的判將專家的判斷過(guò)程轉(zhuǎn)變成的斷過(guò)程轉(zhuǎn)變成的智能程序系統(tǒng)；智能程序系統(tǒng)；用戶用戶界面解釋功能知識(shí)獲取專家問(wèn)題狀態(tài)推理機(jī)制知識(shí)庫(kù)10:34:43專專專專專專家家家家家家系系系系系系統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)統(tǒng)知識(shí)表示及編譯程序結(jié)構(gòu)驗(yàn)證化學(xué)環(huán)境模式識(shí)別人機(jī)交互信息 波譜模擬 結(jié)構(gòu)碎片發(fā)生器整體分子拼接實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(MS,NMR

9、,IR)分子式其他信息譜圖-結(jié)構(gòu)相關(guān)表其他約束條件推理數(shù)據(jù)庫(kù)(用戶提供的信息)結(jié)構(gòu)發(fā)生器立體結(jié)構(gòu)發(fā)生器知識(shí)庫(kù)分子張力能計(jì)算13C-NMR譜峰數(shù)結(jié)構(gòu)輸出結(jié)構(gòu)解析結(jié)構(gòu)解析專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)流程框圖流程框圖10:34:43液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：液相色譜專家系統(tǒng)：（1）柱系統(tǒng)推薦軟件包）柱系統(tǒng)推薦軟件包 輸入碳數(shù)、基團(tuán)、試樣類型等輸入碳數(shù)、基團(tuán)、試樣類型等 推薦預(yù)處理方法，色譜分析方法，分離柱，流動(dòng)相，檢推薦預(yù)處理方法，色譜分析方法，分離柱，流動(dòng)相，檢測(cè)器等。測(cè)器等。（2）色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)計(jì)算軟件包）色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)

10、計(jì)算軟件包 根據(jù)獲得的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行條件優(yōu)化后，再次進(jìn)行分析，根據(jù)獲得的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行條件優(yōu)化后，再次進(jìn)行分析，提供分析報(bào)告。提供分析報(bào)告。 譜圖與數(shù)據(jù)查詢：譜圖的再處理，相關(guān)譜圖查找，計(jì)算，譜圖與數(shù)據(jù)查詢：譜圖的再處理，相關(guān)譜圖查找，計(jì)算，分離條件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示分離條件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示10:34:44輔助光譜圖解析系統(tǒng)輔助光譜圖解析系統(tǒng)輔助光譜圖解析系統(tǒng)輔助光譜圖解析系統(tǒng)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(kù)的輔助解析系統(tǒng)基于譜圖庫(kù)的輔助解析系統(tǒng)基于譜圖庫(kù)的輔助解析系統(tǒng)基于譜圖庫(kù)的輔助解析系統(tǒng)基于譜圖庫(kù)的輔助解析系統(tǒng)基于譜圖庫(kù)的輔助解析系統(tǒng)確定化合物結(jié)構(gòu)：紅外、核磁、質(zhì)譜196

11、9年，斯坦福大學(xué)的DENDRAL系統(tǒng)1976年，PBM系統(tǒng)，美國(guó)Cornall大學(xué)，質(zhì)譜圖解析1977年，SISCOM系統(tǒng)，前聯(lián)邦德國(guó)煤炭研究所，質(zhì)譜圖解析譜圖存儲(chǔ)方法譜圖存儲(chǔ)方法原則：節(jié)省空間，不遺漏信息：原則：節(jié)省空間，不遺漏信息：保存峰數(shù)據(jù)；按波長(zhǎng)取數(shù)據(jù)保存峰數(shù)據(jù)；按波長(zhǎng)取數(shù)據(jù)查詢對(duì)比方法（檢索）查詢對(duì)比方法（檢索）需要考慮儀器誤差（峰位、峰強(qiáng)），判斷相似程度的定量指標(biāo)10:34:44人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng)人工智能化合物結(jié)構(gòu)識(shí)別系統(tǒng) 模擬專家的思維，將經(jīng)驗(yàn)抽象成一些規(guī)則或數(shù)學(xué)公式模

12、擬專家的思維，將經(jīng)驗(yàn)抽象成一些規(guī)則或數(shù)學(xué)公式Munk 紅外光譜解釋程序：紅外光譜解釋程序： 將基團(tuán)分為將基團(tuán)分為25大類，大類，159個(gè)分類，兼顧峰強(qiáng)和峰形個(gè)分類，兼顧峰強(qiáng)和峰形但無(wú)法將結(jié)構(gòu)單元與光譜數(shù)據(jù)之間用數(shù)學(xué)關(guān)系精確描述但無(wú)法將結(jié)構(gòu)單元與光譜數(shù)據(jù)之間用數(shù)學(xué)關(guān)系精確描述Sasaki 的的Chemics-F程序：程序： 將分子結(jié)構(gòu)分成將分子結(jié)構(gòu)分成179個(gè)結(jié)構(gòu)單元，互不重疊，任一分子個(gè)結(jié)構(gòu)單元，互不重疊，任一分子結(jié)構(gòu)都可以由這些基本結(jié)構(gòu)單元組合得到。結(jié)構(gòu)都可以由這些基本結(jié)構(gòu)單元組合得到。10:34:45識(shí)別系統(tǒng)流程識(shí)別系統(tǒng)流程識(shí)別系統(tǒng)流程識(shí)別系統(tǒng)流程識(shí)別系統(tǒng)流程識(shí)別系統(tǒng)流程紅外核磁獲得結(jié)構(gòu)單

13、元可能結(jié)構(gòu)組合譜圖核對(duì)結(jié)果分子式規(guī)則譜圖庫(kù)10:34:453. 3. 3. 模式識(shí)別模式識(shí)別模式識(shí)別模式識(shí)別模式識(shí)別模式識(shí)別 模擬人對(duì)客觀環(huán)境的認(rèn)識(shí)。模擬人對(duì)客觀環(huán)境的認(rèn)識(shí)。 事物的性質(zhì)由其特征決定。性質(zhì)相似的物體其特征相似。事物的性質(zhì)由其特征決定。性質(zhì)相似的物體其特征相似。提取特征分類 羰基化合物與炔類化合物在羰基化合物與炔類化合物在1920，3300cm-1都有紅外吸收都有紅外吸收峰。以兩波長(zhǎng)處的吸光度為坐標(biāo)（二維模式空間）作圖，每個(gè)峰。以兩波長(zhǎng)處的吸光度為坐標(biāo)（二維模式空間）作圖，每個(gè)化合物對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，兩類物質(zhì)形成兩個(gè)有界線的子集。由未知化合物對(duì)應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，兩類物質(zhì)形成兩個(gè)有界線的子集。由

14、未知物的點(diǎn)所在子集，確定所屬類，距離最近的點(diǎn)，結(jié)構(gòu)最相似。物的點(diǎn)所在子集，確定所屬類，距離最近的點(diǎn)，結(jié)構(gòu)最相似。擴(kuò)展到多維空間，判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性提高。擴(kuò)展到多維空間，判斷結(jié)果的準(zhǔn)確性提高。自學(xué)習(xí)過(guò)程：自學(xué)習(xí)過(guò)程：訓(xùn)練集，訓(xùn)練集，1/2 含某基團(tuán)，計(jì)算機(jī)找出模式空間差異含某基團(tuán)，計(jì)算機(jī)找出模式空間差異特征選取：特征選?。簩?duì)分類重要的特征。節(jié)省空間，加快查找速度對(duì)分類重要的特征。節(jié)省空間，加快查找速度羰基炔類10:34:46智能化分析儀器智能化分析儀器智能化分析儀器智能化分析儀器智能化分析儀器智能化分析儀器示意圖示意圖示意圖示意圖示意圖示意圖分析儀器熱、光、電新技術(shù)新型材料、電子器件操作分析對(duì)象控

15、制信號(hào)實(shí)施檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息數(shù)據(jù)處理方法描述報(bào)告結(jié)果判斷多媒體計(jì)算機(jī)人工智能專家系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)10:34:46二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室 multimedia simulation of instrument analysis experimentmultimedia simulation of instrument analysis experimentmultimedia simulation of instrument analysis ex

16、periment 在仿現(xiàn)實(shí)環(huán)境的界面中，模擬實(shí)際過(guò)程（數(shù)學(xué)建模），在仿現(xiàn)實(shí)環(huán)境的界面中，模擬實(shí)際過(guò)程（數(shù)學(xué)建模），完成特定任務(wù)。完成特定任務(wù)。 采用的技術(shù)采用的技術(shù)：場(chǎng)景設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)非線形交互；多線程；數(shù)：場(chǎng)景設(shè)計(jì)；動(dòng)態(tài)非線形交互；多線程；數(shù)學(xué)模型；學(xué)模型； 應(yīng)用應(yīng)用：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，實(shí)驗(yàn)類網(wǎng)絡(luò)課程；：計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，實(shí)驗(yàn)類網(wǎng)絡(luò)課程； 儀器分析虛擬實(shí)驗(yàn)室；儀器分析虛擬實(shí)驗(yàn)室； 分析化學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室；分析化學(xué)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室； 分析化學(xué)虛擬考場(chǎng)。分析化學(xué)虛擬考場(chǎng)。 特點(diǎn)特點(diǎn)：場(chǎng)景化、智能化、高度實(shí)時(shí)交互、非線性；：場(chǎng)景化、智能化、高度實(shí)時(shí)交互、非線性；10:34:47虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室10:34:47虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室10:34:47虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室虛擬實(shí)驗(yàn)室10:34:48內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：第一節(jié)第一節(jié) 計(jì)算機(jī)與儀器分析計(jì)算機(jī)與儀器分析computer and instrumen