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文檔簡介

第二章

計算機(jī)與儀器分析

第四節(jié)人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真模擬技術(shù)一、人工智能簡介anintroductiontoArtificialintelligence

二、儀器分析實(shí)驗(yàn)多媒體仿真模擬multimediasimulationofinstrumentanalysisexperimentcomputerandinstrumentanalysis

artificialintelligenceandmultimedia

experiment

simulationtechnology2024/8/20一、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(jī)器或計算機(jī)通過模擬人類的智慧行為來解決實(shí)際問題的能力。

人工智能技術(shù)在化學(xué)方面的應(yīng)用:

計算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)解析;計算機(jī)輔助合成設(shè)計;智能化分析儀器;計算機(jī)多媒體虛擬實(shí)驗(yàn)室。

一般層次:人工智能=知識庫+邏輯推理方法;

高級層次:具有自學(xué)習(xí)、自積累能力。2024/8/20化學(xué)人工智能的核心問題:(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、判斷與求解方法(4)程序設(shè)計和技術(shù)2024/8/201.知識庫與知識表示方法知識庫:數(shù)據(jù)庫的發(fā)展;解決問題的規(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)。

推理模式和知識表示方式?jīng)Q定知識庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);知識表示方式:邏輯表示模式;過程表示模式;語義網(wǎng)絡(luò)模式;框架表示模式;產(chǎn)生式表示模式。知識表示方式用于知識的計算機(jī)識別,編譯程序用于知識庫的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換;2024/8/20邏輯表示模式將事實(shí)用“命題”和“謂詞”兩種方式表示;命題:“真”、“假”兩種可能的事實(shí);

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:描述實(shí)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)

若X=Y且Y=Z,則X=Z(→為邏輯關(guān)系“蘊(yùn)含”)大量的知識描述(事實(shí)或規(guī)則)即構(gòu)成知識庫2024/8/20推理方法

依據(jù)提供的事實(shí),利用知識庫,通過程序運(yùn)行(推理),獲得結(jié)果;推理方法:正向推理逆向推理2024/8/20推理方法逆向推理2024/8/202.專家系統(tǒng)(expertsystem)

將專家的判斷過程轉(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狀態(tài)推理機(jī)制知識庫2024/8/20專

統(tǒng)知識表示及編譯程序結(jié)構(gòu)驗(yàn)證化學(xué)環(huán)境模式識別人機(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,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(用戶提供的信息)結(jié)構(gòu)發(fā)生器立體結(jié)構(gòu)發(fā)生器知識庫分子張力能計算13C-NMR譜峰數(shù)結(jié)構(gòu)輸出結(jié)構(gòu)解析專家系統(tǒng)流程框圖2024/8/20液相色譜專家系統(tǒng):(1)柱系統(tǒng)推薦軟件包

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,流動相,檢測器等。(2)色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)計算軟件包

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,提供分析報告。譜圖與數(shù)據(jù)查詢:譜圖的再處理,相關(guān)譜圖查找,計算,分離條件顯示,相關(guān)數(shù)據(jù)顯示2024/8/20輔助光譜圖解析系統(tǒng)

基于譜圖庫的輔助解析系統(tǒng)確定化合物結(jié)構(gòu):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)邦德國煤炭研究所,質(zhì)譜圖解析譜圖存儲方法原則:節(jié)省空間,不遺漏信息:保存峰數(shù)據(jù);按波長取數(shù)據(jù)查詢對比方法(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)2024/8/20人工智能化合物結(jié)構(gòu)識別系統(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Munk紅外光譜解釋程序:

將基團(tuán)分為25大類,159個分類,兼顧峰強(qiáng)和峰形但無法將結(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Chemics-F程序:

將分子結(jié)構(gòu)分成179個結(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。2024/8/20識別系統(tǒng)流程紅外核磁獲得結(jié)構(gòu)單元可能結(jié)構(gòu)組合譜圖核對結(jié)果分子式規(guī)則譜圖庫2024/8/203.模式識別

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1920,3300cm-1都有紅外吸收峰。以兩波長處的吸光度為坐標(biāo)(二維模式空間)作圖,每個化合物對應(yīng)一個點(diǎn),兩類物質(zhì)形成兩個有界線的子集。由未知物的點(diǎn)所在子集,確定所屬類,距離最近的點(diǎn),結(jié)構(gòu)最相似。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)過程:訓(xùn)練集,1/2含某基團(tuán),計算機(jī)找出模式空間差異特征選?。簩Ψ诸愔匾奶卣?。節(jié)省空間,加快查找速度羰基炔類2024/8/20智能化分析儀器示意圖分析儀器熱、光、電新技術(shù)新型材料、電子器件操作分析對象控制信號實(shí)施檢測數(shù)據(jù)庫信息數(shù)據(jù)處理方法描述報告結(jié)果判斷多媒體計算機(jī)人工智能專家系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)自動化技術(shù)2024/8/20二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室

multimediasimulationofinstrumentanalysisexperiment

在仿現(xiàn)實(shí)環(huán)境的界面中,模擬實(shí)際過程(數(shù)學(xué)建模),完成特定任務(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;

應(yīng)用:計算機(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;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。特點(diǎn):場景化、智能化、高度實(shí)時交互、非線性;2024/8/20虛擬實(shí)驗(yàn)室2024/8/20虛擬實(shí)驗(yàn)室2024/8/20虛擬實(shí)驗(yàn)室2024/8/20內(nèi)容選擇:第一節(jié)計算機(jī)與儀器分析computerandinstrumentanalysis第二節(jié)數(shù)據(jù)采集與計算機(jī)控制computercontrolanddatacollection第三節(jié)信息處理與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)in

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