計(jì)算機(jī)與儀器分析.ppt

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 an introduction to Artificial intelligence 二、儀器分析實(shí)驗(yàn)多媒體仿真模擬 multimedia simulation of instrument analysis experiment,computer and instrument analysis,artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology,13:53:07,一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡(jiǎn)介 a introduction to Artificial intelligence,人工智能（artificial intelligence）: 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。,13:53:07,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),13:53:07,1. 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；,13:53:07,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”； PQ；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),13:53:07,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,13:53:07,推理方法,逆向推理,13:53:07,2. 專家系統(tǒng)（expert system）,將專家的判斷過(guò)程轉(zhuǎn)變成的智能程序系統(tǒng)；,13:53:07,專 家 系 統(tǒng),結(jié)構(gòu)解析專家系統(tǒng)流程框圖,13:53:07,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(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,13:53:07,輔助光譜圖解析系統(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 1969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 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) 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),13:53:07,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 Munk 紅外光譜解釋程序： 將基團(tuán)分為25大類，159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 Sasaki 的Chemics-F程序： 將分子結(jié)構(gòu)分成179個(gè)結(jié)構(gòu)單元，互不重疊，任一分子結(jié)構(gòu)都可以由這些基本結(jié)構(gòu)單元組合得到。,13:53:07,識(shí)別系統(tǒng)流程,13:53:07,3. 模式識(shí)別,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。,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(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(guò)程：訓(xùn)練集，1/2 含某基團(tuán)，計(jì)算機(jī)找出模式空間差異 特征選?。簩?duì)分類重要的特征。節(jié)省空間，加快查找速度,13:53:07,智能化分析儀器示意圖,13:53:07,二、仿真模擬技術(shù)與虛擬實(shí)驗(yàn)室 multimedia simulation of instrument analysis experiment,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)。 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)學(xué)模型； 應(yīng)用：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； 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)。 特點(diǎn)：場(chǎng)景化、智能化、高度實(shí)時(shí)交互、非線性；,13:53:07,虛擬實(shí)驗(yàn)室,13:53:07,虛擬實(shí)驗(yàn)室,13:53:07,虛擬實(shí)驗(yàn)室,13:53:07,內(nèi)容選擇：,第一節(jié) 計(jì)算機(jī)與儀器分析 computer and instrument analysis 第二節(jié) 數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)控制 computer control and data collection 第三節(jié) 信息處理與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù) information p