1、 計算機與儀器分析計算機與儀器分析 第四節第四節 人工智能與實驗仿真人工智能與實驗仿真模擬技術模擬技術一、人工智能簡介一、人工智能簡介an introduction to Artificial intelligence 二、儀器分析實驗多二、儀器分析實驗多媒體仿真模擬媒體仿真模擬multimedia simulation of instrument analysis experimentcomputer and instrument analysis artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology1

2、歡迎下載歡迎下載 可修改可修改*一、分析化學中的人工智能技術簡介一、分析化學中的人工智能技術簡介 a introduction to Artificial intelligence 人工智能人工智能（artificial intelligence）: : 是指用機器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。的能力。 人工智能技術在化學方面的應用：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；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。智能化分析儀器；計算機多媒體虛擬實驗

3、室。 一般層次：一般層次：人工智能人工智能 = = 知識庫知識庫+ +邏輯推理方法；邏輯推理方法； 高級層次：高級層次：具有自學習、自積累能力。具有自學習、自積累能力。2歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*化學人工智能的核心問題：化學人工智能的核心問題：（1 1） 化學知識的模型化和表示方法化學知識的模型化和表示方法（2 2） 知識庫的建立與搜索方法知識庫的建立與搜索方法（3 3） 推理、演繹、判斷與求解方法推理、演繹、判斷與求解方法（4 4） 程序設計和技術程序設計和技術3歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*1. 1. 知識庫與知識表示方法知識庫與知識表示方法 知識庫知識庫：數據庫的發展；解決問題的

4、規則（具有因果關數據庫的發展；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。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；推理模式和知識表示方式決定知識庫的數據結構； 知識表示方式知識表示方式：邏輯表示模式；過程表示模式；語義網邏輯表示模式；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。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；庫的內、外部表示的轉換；4歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*邏輯表示模式邏輯表示模式 將事

5、實用將事實用“命題命題”和和“謂詞謂詞”兩種方式表示；兩種方式表示；命題：命題：“真真”、“假假”兩種可能的事實；兩種可能的事實； 如：如：P P命題命題“2980“2980cm-1cm-1處有吸收處有吸收”； Q Q命題命題“1719“1719cm-1cm-1處有吸收處有吸收” 命題可以用邏輯關系詞組合成命題可以用邏輯關系詞組合成“復合命題復合命題”； PQPQ；化合物在兩處均有吸收化合物在兩處均有吸收謂詞：謂詞：描述實體的性質或關系；描述實體的性質或關系； 如：如：P(acetone)P(acetone)表示表示“丙酮在丙酮在17191719cm-1cm-1處有吸收處有吸收”； E E(

6、(b,c)b,c)表示表示 “b=c” “b=c”； A A(Z,X(Z,X，Y)Y)表示表示Z=X+YZ=X+Y；知識表述：知識表述： E E( (X,Y) X,Y) E E( (Y,Z) Y,Z) E E( (X,Z)X,Z) 若若X=YX=Y且且Y=ZY=Z，則則X=ZX=Z（為邏輯關系為邏輯關系“蘊含蘊含”）大量的知識描述（事實或規則）即構成知識庫大量的知識描述（事實或規則）即構成知識庫5歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*推理方法推理方法 依據提依據提供的事實，供的事實，利用知識庫，利用知識庫，通過程序運通過程序運行（推理），行（推理），獲得結果；獲得結果；推理方法：推理方法：正向推理正

7、向推理逆向推理逆向推理6歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*推理方法推理方法逆向推理逆向推理7歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*2. 專家系統（專家系統（expert system） 將專家的判將專家的判斷過程轉變成的斷過程轉變成的智能程序系統；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8歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*專專家家系系統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

8、-NMR譜峰數結構輸出結構解析結構解析專家系統專家系統流程框圖流程框圖9歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*液相色譜專家系統：液相色譜專家系統：（1）柱系統推薦軟件包）柱系統推薦軟件包 輸入碳數、基團、試樣類型等輸入碳數、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，檢推薦預處理方法，色譜分析方法，分離柱，流動相，檢測器等。測器等。（2）色譜條件優化及離線色譜數據計算軟件包）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，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。提供分析報告。 譜圖與數據查詢：譜圖的再處理，相關譜圖查

9、找，計算，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，相關數據顯示分離條件顯示，相關數據顯示10歡迎下載歡迎下載 可修可修改改9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-3-62022-3-62022-3-63/6/2022 8:05:21 PM11、人總是珍惜為得到。2022-3-62022-3-62022-3-6Mar-226-Mar-2212、人亂于心，不寬余請。2022-3-62022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202

10、213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-63/6/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年3月6日星期日2022-3-62022-3-62022-3-615、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。2022年3月2022-3-62022-3-62022-3-63/6/202216、業余生活要有意義，不要越軌。2022-3-62022-3-6March 6, 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-6*輔助光譜圖解析系統輔助光譜圖解析系統基于譜圖庫的輔助

11、解析系統基于譜圖庫的輔助解析系統確定化合物結構：紅外、核磁、質譜1969年，斯坦福大學的DENDRAL系統1976年，PBM系統，美國Cornall大學，質譜圖解析1977年，SISCOM系統，前聯邦德國煤炭研究所，質譜圖解析譜圖存儲方法譜圖存儲方法原則：節省空間，不遺漏信息：原則：節省空間，不遺漏信息：保存峰數據；按波長取數據保存峰數據；按波長取數據查詢對比方法（檢索）查詢對比方法（檢索）需要考慮儀器誤差（峰位、峰強），判斷相似程度的定量指標12歡迎下載歡迎下載 可修可修改改9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 2022

12、10、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-3-62022-3-62022-3-63/6/2022 8:05:21 PM11、人總是珍惜為得到。2022-3-62022-3-62022-3-6Mar-226-Mar-2212、人亂于心，不寬余請。2022-3-62022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202213、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-63/6/202214、抱最大的希望，作最大的努力。2022年3月6日星期日2022-3-62022-3-62022-3-615、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什

13、么。2022年3月2022-3-62022-3-62022-3-63/6/202216、業余生活要有意義，不要越軌。2022-3-62022-3-6March 6, 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。2022-3-62022-3-62022-3-62022-3-6*人工智能化合物結構識別系統人工智能化合物結構識別系統 模擬專家的思維，將經驗抽象成一些規則或數學公式模擬專家的思維，將經驗抽象成一些規則或數學公式Munk 紅外光譜解釋程序：紅外光譜解釋程序： 將基團分為將基團分為25大類，大類，159個分類，兼顧峰強和峰形個分類，兼顧峰強和峰形但無法將結構單元與光譜數據之間用數學

14、關系精確描述但無法將結構單元與光譜數據之間用數學關系精確描述Sasaki 的的Chemics-F程序：程序： 將分子結構分成將分子結構分成179個結構單元，互不重疊，任一分子個結構單元，互不重疊，任一分子結構都可以由這些基本結構單元組合得到。結構都可以由這些基本結構單元組合得到。14歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*識別系統流程識別系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15歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*3. 模式識別模式識別 模擬人對客觀環境的認識。模擬人對客觀環境的認識。 事物的性質由其特征決定。性質相似的物體其特征相似。事物的性質由其特征決定。性質相似的物體其

15、特征相似。提取特征分類 羰基化合物與炔類化合物在羰基化合物與炔類化合物在1920，3300cm-1都有紅外吸收都有紅外吸收峰。以兩波長處的吸光度為坐標（二維模式空間）作圖，每個峰。以兩波長處的吸光度為坐標（二維模式空間）作圖，每個化合物對應一個點，兩類物質形成兩個有界線的子集。由未知化合物對應一個點，兩類物質形成兩個有界線的子集。由未知物的點所在子集，確定所屬類，距離最近的點，結構最相似。物的點所在子集，確定所屬類，距離最近的點，結構最相似。擴展到多維空間，判斷結果的準確性提高。擴展到多維空間，判斷結果的準確性提高。自學習過程：自學習過程：訓練集，訓練集，1/2 含某基團，計算機找出模式空間差

16、異含某基團，計算機找出模式空間差異特征選取：特征選取：對分類重要的特征。節省空間，加快查找速度對分類重要的特征。節省空間，加快查找速度羰基炔類16歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*智能化分析儀器智能化分析儀器示意圖示意圖分析儀器熱、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17歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*二、仿真模擬技術與虛擬實驗室二、仿真模擬技術與虛擬實驗室 multimedia simulation of instrument analysis experiment 在仿現實環境的界面中

17、，模擬實際過程（數學建模），在仿現實環境的界面中，模擬實際過程（數學建模），完成特定任務。完成特定任務。 采用的技術采用的技術：場景設計；動態非線形交互；多線程；數：場景設計；動態非線形交互；多線程；數學模型；學模型； 應用應用：計算機輔助教學，實驗類網絡課程；：計算機輔助教學，實驗類網絡課程； 儀器分析虛擬實驗室；儀器分析虛擬實驗室； 分析化學網絡虛擬實驗室；分析化學網絡虛擬實驗室； 分析化學虛擬考場。分析化學虛擬考場。 特點特點：場景化、智能化、高度實時交互、非線性；：場景化、智能化、高度實時交互、非線性；18歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*虛擬實驗室虛擬實驗室19歡迎下載歡迎下載 可修可

18、修改改*虛擬實驗室虛擬實驗室20歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*虛擬實驗室虛擬實驗室21歡迎下載歡迎下載 可修可修改改*內容選擇：內容選擇：第一節第一節 計算機與儀器分析計算機與儀器分析computer and instrument analysis第二節第二節 數據采集與計算機控制數據采集與計算機控制computer control and data collection第三節第三節 信息處理與數據挖掘技術信息處理與數據挖掘技術information process and technology of date excavate第四節第四節 人工智能與仿真模擬人工智能與仿真模擬artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology結束結束22歡迎下載歡迎下載 可修可修改改9、 人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。2022-3-62022-3-6Sunday, March 06, 202210、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。2022-3-62022-3-62022-3-63/6/2022 8:05:22 PM11、人總是珍惜為得到。2022-3-62022-3-62022-3-6Mar-226-Mar-2212、人亂于心，不寬余請。2022-3-62022-3-62022-3-6Sun