人工智能與實(shí)驗(yàn)仿真模擬技術(shù)

第二章

計(jì)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(jiǎn)介anintroductiontoArtificialintelligence

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

artificialintelligenceandmultimedia

experiment

simulationtechnology2023/1/19一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介

aintroductiontoArtificialintelligence

人工智能（artificialintelligence）:是指用機(jī)器或計(jì)算機(jī)通過(guò)模擬人類(lèi)的智慧行為來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

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)；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：人工智能=知識(shí)庫(kù)+邏輯推理方法；

高級(jí)層次：具有自學(xué)習(xí)、自積累能力。2023/1/19化學(xué)人工智能的核心問(wèn)題：（1）化學(xué)知識(shí)的模型化和表示方法（2）知識(shí)庫(kù)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(jì)和技術(shù)2023/1/191.知識(shí)庫(kù)與知識(shí)表示方法知識(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)系的數(shù)據(jù)）的分類(lèi)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)；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)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)庫(kù)的內(nèi)、外部表示的轉(zhuǎn)換；2023/1/19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(shí)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(shí)描述（事實(shí)或規(guī)則）即構(gòu)成知識(shí)庫(kù)2023/1/19推理方法

依據(jù)提供的事實(shí)，利用知識(shí)庫(kù)，通過(guò)程序運(yùn)行（推理），獲得結(jié)果；推理方法：正向推理逆向推理2023/1/19推理方法逆向推理2023/1/192.專(zhuān)家系統(tǒng)（expertsystem）

將專(zhuān)家的判斷過(guò)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(shí)獲取專(zhuān)家問(wèn)題狀態(tài)推理機(jī)制知識(shí)庫(kù)2023/1/19專(zhuān)

家

系

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,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)解析專(zhuān)家系統(tǒng)流程框圖2023/1/19液相色譜專(zhuān)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(lèi)型等推薦預(yù)處理方法，色譜分析方法，分離柱，流動(dòng)相，檢測(cè)器等。（2）色譜條件優(yōu)化及離線色譜數(shù)據(jù)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，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，分離條件顯示，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示2023/1/19輔助助光光譜譜圖圖解解析析系系統(tǒng)統(tǒng)基于于譜譜圖圖庫(kù)庫(kù)的的輔輔助助解解析析系系統(tǒng)統(tǒng)確定化化合物物結(jié)構(gòu)構(gòu)：紅紅外、、核磁磁、質(zhì)質(zhì)譜1969年年，斯斯坦福福大學(xué)學(xué)的DENDRAL系統(tǒng)1976年，PBM系統(tǒng)，，美國(guó)國(guó)Cornall大學(xué)，，質(zhì)譜譜圖解解析1977年，SISCOM系統(tǒng)，，前聯(lián)聯(lián)邦德德國(guó)煤煤炭研研究所所，質(zhì)質(zhì)譜圖圖解析析譜圖存存儲(chǔ)方方法原則：：節(jié)省省空間間，不不遺漏漏信息息：保存峰峰數(shù)據(jù)據(jù)；按按波長(zhǎng)長(zhǎng)取數(shù)數(shù)據(jù)查詢對(duì)對(duì)比方方法（（檢索索）需要考考慮儀儀器誤誤差（（峰位位、峰峰強(qiáng)）），判判斷相相似程程度的的定量量指標(biāo)標(biāo)2023/1/1人工智智能化化合物物結(jié)構(gòu)構(gòu)識(shí)別別系統(tǒng)統(tǒng)模擬專(zhuān)專(zhuān)家的的思維維，將將經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)抽象象成一一些規(guī)規(guī)則或或數(shù)學(xué)學(xué)公式式Munk紅外光光譜解解釋程程序：：將基團(tuán)團(tuán)分為為25大類(lèi)類(lèi)，159個(gè)分分類(lèi)，，兼顧顧峰強(qiáng)強(qiáng)和峰峰形但無(wú)法法將結(jié)結(jié)構(gòu)單單元與與光譜譜數(shù)據(jù)據(jù)之間間用數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)關(guān)系精精確描描述Sasaki的Chemics-F程序：將分子結(jié)結(jié)構(gòu)分成成179個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)單元，，互不重重疊，任任一分子子結(jié)構(gòu)都都可以由由這些基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)單元組組合得到到。2023/1/1識(shí)別系統(tǒng)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(duì)結(jié)果分子式規(guī)則譜圖庫(kù)2023/1/13.模模式識(shí)別別模擬人對(duì)對(duì)客觀環(huán)環(huán)境的認(rèn)認(rèn)識(shí)。事物的性性質(zhì)由其其特征決決定。性性質(zhì)相似似的物體體其特征征相似。。提取特征征分類(lèi)羰基化合合物與炔炔類(lèi)化合合物在1920，3300cm-1都有紅外外吸收峰峰。以兩兩波長(zhǎng)處處的吸光光度為坐坐標(biāo)（二二維模式式空間））作圖，，每個(gè)化化合物對(duì)對(duì)應(yīng)一個(gè)個(gè)點(diǎn)，兩兩類(lèi)物質(zhì)質(zhì)形成兩兩個(gè)有界界線的子子集。由由未知物物的點(diǎn)所所在子集集，確定定所屬類(lèi)類(lèi)，距離離最近的的點(diǎn)，結(jié)結(jié)構(gòu)最相相似。擴(kuò)擴(kuò)展到多多維空間間，判斷斷結(jié)果的的準(zhǔn)確性性提高。。自學(xué)習(xí)過(guò)過(guò)程：訓(xùn)練集，，1/2含某某基團(tuán)，，計(jì)算機(jī)機(jī)找出模模式空間間差異特征選取?。簩?duì)分類(lèi)重重要的特特征。節(jié)節(jié)省空間間，加快快查找速速度羰基炔類(lèi)2023/1/1智能化分分析儀器器示意圖圖分析儀器熱、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(zhuān)家系統(tǒng)最優(yōu)化技術(shù)自動(dòng)化技術(shù)2023/1/1二、仿真模擬擬技術(shù)與虛擬擬實(shí)驗(yàn)室multimediasimulationofinstrumentanalysisexperiment在仿現(xiàn)實(shí)環(huán)境境的界面中，，模擬實(shí)際過(guò)過(guò)程（數(shù)學(xué)建建模），完成成特定任務(wù)。。采用的技術(shù)：場(chǎng)景設(shè)計(jì)；；動(dòng)態(tài)非線形形交互；多線線程；數(shù)學(xué)模模型；應(yīng)用：計(jì)算機(jī)輔助助教學(xué)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)類(lèi)網(wǎng)絡(luò)課程程；儀器分析虛擬擬實(shí)驗(yàn)室；分析化學(xué)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室室；分析化學(xué)虛擬擬考場(chǎng)。特點(diǎn)：場(chǎng)景化、智智能化、高度度實(shí)時(shí)交互、、非線性；2023/1/1虛擬實(shí)驗(yàn)室室2023/1/1虛擬實(shí)驗(yàn)室室2023/1/1虛擬實(shí)驗(yàn)室室2023/1/1內(nèi)容容選選擇擇：：第一一節(jié)節(jié)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)與與儀儀器器分分析析computerandinstrumentanalysis第二二節(jié)節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)采采集集與與計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)控控制制computercontrolanddatacollection第三三節(jié)節(jié)信信息息處處理理與與數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)挖挖掘掘技技術(shù)術(shù)informationpr