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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,*,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 techn

2、ology,2024/12/11,一、分析化學(xué)中的人工智能技術(shù)簡介,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(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=知識庫+邏輯推理方法；,高級層次：,具有自學(xué)習(xí)、自積累能力。,2024/12/11,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）

3、推理、演繹、判斷與求解方法,（4）程序設(shè)計(jì)和技術(shù),2024/12/11,1.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(jì)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；,2024/12/11,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,“2980,cm-1,處有吸收”；,Q,命題,“1719,cm-1

4、,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1719,cm-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,2024/12/11,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,2024/12/11,推理方法,逆向推

5、理,2024/12/11,2.專家系統(tǒng)（,expert system,）,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,2024/12/11,專家系統(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(jì)算,13,C-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,2024/12/11,液相色譜專家系統(tǒng)：,（1

6、）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(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,2024/12/11,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

7、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),2024/12/11,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(gè)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(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。,2024/12/11,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

8、,譜圖庫,2024/12/11,3.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1920，3300,cm,-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(gè)化合物對應(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?。?對分類重要的特征。節(jié)省空間，加快查找速度,羰基,炔類,2024/12/11,智能化分析儀器示意圖,分析儀器,熱、光

9、、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(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),自動化技術(shù),2024/12/11,二、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(jì)；動態(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。

10、,特點(diǎn),：場景化、智能化、高度實(shí)時(shí)交互、非線性；,2024/12/11,虛擬實(shí)驗(yàn)室,2024/12/11,虛擬實(shí)驗(yàn)室,2024/12/11,虛擬實(shí)驗(yàn)室,2024/12/11,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 process and technology of date,excavate,第四節(jié) 人工智能與仿真模擬,artificial intelligence and,multimedia,experiment,simulation technology,結(jié)束,2024/12/11,