第二章

計算機與儀器分析

第四節人工智能與實驗仿真模擬技術一、人工智能簡介anintroductiontoArtificialintelligence

二、儀器分析實驗多媒體仿真模擬multimediasimulationofinstrumentanalysisexperimentcomputerandinstrumentanalysis

artificialintelligenceandmultimedia

experiment

simulationtechnology2023/1/19一、分析化學中的人工智能技術簡介

aintroductiontoArtificialintelligence

人工智能（artificialintelligence）:是指用機器或計算機通過模擬人類的智慧行為來解決實際問題的能力。

人工智能技術在化學方面的應用：

計算機輔助結構解析；計算機輔助合成設計；智能化分析儀器；計算機多媒體虛擬實驗室。

一般層次：人工智能=知識庫+邏輯推理方法；

高級層次：具有自學習、自積累能力。2023/1/19化學人工智能的核心問題：（1）化學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）程序設計和技術2023/1/191.知識庫與知識表示方法知識庫：數據庫的發展；解決問題的規則（具有因果關系的數據）的分類集合，為推理服務。

推理模式和知識表示方式決定知識庫的數據結構；知識表示方式：邏輯表示模式；過程表示模式；語義網絡模式；框架表示模式；產生式表示模式。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、外部表示的轉換；2023/1/19邏輯表示模式將事實用“命題”和“謂詞”兩種方式表示；命題：“真”、“假”兩種可能的事實；

如：P命題“2980cm-1處有吸收”；

Q命題“1719cm-1處有吸收”命題可以用邏輯關系詞組合成“復合命題”；

P^Q；化合物在兩處均有吸收謂詞：描述實體的性質或關系；

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（→為邏輯關系“蘊含”）大量的知識描述（事實或規則）即構成知識庫2023/1/19推理方法

依據提供的事實，利用知識庫，通過程序運行（推理），獲得結果；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.專家系統（expertsystem）

將專家的判斷過程轉變成的智能程序系統；用戶用戶界面解釋功能知識獲取專家問題狀態推理機制知識庫2023/1/19專

家

系

統知識表示及編譯程序結構驗證化學環境模式識別人機交互信息波譜模擬結構碎片發生器整體分子拼接實驗數據(MS,NMR,IR)分子式其他信息譜圖-結構相關表其他約束條件推理數據庫(用戶提供的信息)結構發生器立體結構發生器知識庫分子張力能計算13C-NMR譜峰數結構輸出結構解析專家系統流程框圖2023/1/19液相色譜專家系統：（1）柱系統推薦軟件包

輸入碳數、基團、試樣類型等推薦預處理方法，色譜分析方法，分離柱，流動相，檢測器等。（2）色譜條件優化及離線色譜數據計算軟件包

根據獲得的原始數據，進行條件優化后，再次進行分析，提供分析報告。譜圖與數據查詢：譜圖的再處理，相關譜圖查找，計算，分離條件顯示，相關數據顯示2023/1/19輔助助光光譜譜圖圖解解析析系系統統基于于譜譜圖圖庫庫的的輔輔助助解解析析系系統統確定化化合物物結構構：紅紅外、、核磁磁、質質譜1969年年，斯斯坦福福大學學的DENDRAL系統1976年，PBM系統，，美國國Cornall大學，，質譜譜圖解解析1977年，SISCOM系統，，前聯聯邦德德國煤煤炭研研究所所，質質譜圖圖解析析譜圖存存儲方方法原則：：節省省空間間，不不遺漏漏信息息：保存峰峰數據據；按按波長長取數數據查詢對對比方方法（（檢索索）需要考考慮儀儀器誤誤差（（峰位位、峰峰強）），判判斷相相似程程度的的定量量指標標2023/1/1人工智智能化化合物物結構構識別別系統統模擬專專家的的思維維，將將經驗驗抽象象成一一些規規則或或數學學公式式Munk紅外光光譜解解釋程程序：：將基團團分為為25大類類，159個分分類，，兼顧顧峰強強和峰峰形但無法法將結結構單單元與與光譜譜數據據之間間用數數學關關系精精確描描述Sasaki的Chemics-F程序：將分子結結構分成成179個結構構單元，，互不重重疊，任任一分子子結構都都可以由由這些基基本結構構單元組組合得到到。2023/1/1識別系統統流程紅外核磁獲得結構單元可能結構組合譜圖核對結果分子式規則譜圖庫2023/1/13.模模式識別別模擬人對對客觀環環境的認認識。事物的性性質由其其特征決決定。性性質相似似的物體體其特征征相似。。提取特征征分類羰基化合合物與炔炔類化合合物在1920，3300cm-1都有紅外外吸收峰峰。以兩兩波長處處的吸光光度為坐坐標（二二維模式式空間））作圖，，每個化化合物對對應一個個點，兩兩類物質質形成兩兩個有界界線的子子集。由由未知物物的點所所在子集集，確定定所屬類類，距離離最近的的點，結結構最相相似。擴擴展到多多維空間間，判斷斷結果的的準確性性提高。。自學習過過程：訓練集，，1/2含某某基團，，計算機機找出模模式空間間差異特征選取取：對分類重重要的特特征。節節省空間間，加快快查找速速度羰基炔類2023/1/1智能化分分析儀器器示意圖圖分析儀器熱、光、電新技術新型材料、電子器件操作分析對象控制信號實施檢測數據庫信息數據處理方法描述報告結果判斷多媒體計算機人工智能專家系統最優化技術自動化技術2023/1/1二、仿真模擬擬技術與虛擬擬實驗室multimediasimulationofinstrumentanalysisexperiment在仿現實環境境的界面中，，模擬實際過過程（數學建建模），完成成特定任務。。采用的技術：場景設計；；動態非線形形交互；多線線程；數學模模型；應用：計算機輔助助教學，實驗驗類網絡課程程；儀器分析虛擬擬實驗室；分析化學網絡絡虛擬實驗室室；分析化學虛擬擬考場。特點：場景化、智智能化、高度度實時交互、、非線性；2023/1/1虛擬實驗室室2023/1/1虛擬實驗室室2023/1/1虛擬實驗室室2023/1/1內容容選選擇擇：：第一一節節計計算算機機與與儀儀器器分分析析computerandinstrumentanalysis第二二節節數數據據采采集集與與計計算算機機控控制制computercontrolanddatacollection第三三節節信信息息處處理理與與數數據據挖挖掘掘技技術術informationpr