人工智能与实验仿真模拟技术课件.ppt
第二章 计算机与仪器分析,第四节 人工智能与实验仿真模拟技术,一、人工智能简介an introduction to Artificial intelligence 二、仪器分析实验多媒体仿真模拟multimedia simulation of instrument analysis experiment,computer and instrument analysis,artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology,04:57:58,一、分析化学中的人工智能技术简介 a introduction to Artificial intelligence,人工智能（artificial intelligence）:是指用机器或计算机通过模拟人类的智慧行为来解决实际问题的能力。人工智能技术在化学方面的应用：计算机辅助结构解析；计算机辅助合成设计；智能化分析仪器；计算机多媒体虚拟实验室。一般层次：人工智能=知识库+逻辑推理方法；高级层次：具有自学习、自积累能力。,04:57:58,化学人工智能的核心问题：,（1）化学知识的模型化和表示方法（2）知识库的建立与搜索方法（3）推理、演绎、判断与求解方法（4）程序设计和技术,04:57:58,1.知识库与知识表示方法,知识库：数据库的发展；解决问题的规则（具有因果关系的数据）的分类集合，为推理服务。推理模式和知识表示方式决定知识库的数据结构；知识表示方式：逻辑表示模式；过程表示模式；语义网络模式；框架表示模式；产生式表示模式。知识表示方式用于知识的计算机识别，编译程序用于知识库的内、外部表示的转换；,04:57:58,逻辑表示模式,将事实用“命题”和“谓词”两种方式表示；命题：“真”、“假”两种可能的事实；如：P命题“2980cm-1处有吸收”；Q命题“1719cm-1处有吸收”命题可以用逻辑关系词组合成“复合命题”；PQ；化合物在两处均有吸收谓词：描述实体的性质或关系；如：P(acetone)表示“丙酮在1719cm-1处有吸收”；E(b,c)表示“b=c”；A(Z,X，Y)表示Z=X+Y；知识表述：E(X,Y)E(Y,Z)E(X,Z)若X=Y且Y=Z，则X=Z（为逻辑关系“蕴含”）大量的知识描述（事实或规则）即构成知识库,04:57:58,推理方法,依据提供的事实，利用知识库，通过程序运行（推理），获得结果；推理方法：正向推理逆向推理,04:57:58,推理方法,逆向推理,04:57:58,2.专家系统（expert system）,将专家的判断过程转变成的智能程序系统；,04:57:58,专家系统,结构解析专家系统流程框图,04:57:58,液相色谱专家系统：,（1）柱系统推荐软件包 输入碳数、基团、试样类型等 推荐预处理方法，色谱分析方法，分离柱，流动相，检测器等。（2）色谱条件优化及离线色谱数据计算软件包 根据获得的原始数据，进行条件优化后，再次进行分析，提供分析报告。谱图与数据查询：谱图的再处理，相关谱图查找，计算，分离条件显示，相关数据显示,04:57:58,辅助光谱图解析系统基于谱图库的辅助解析系统,确定化合物结构：红外、核磁、质谱1969年，斯坦福大学的DENDRAL系统1976年，PBM系统，美国Cornall大学，质谱图解析1977年，SISCOM系统，前联邦德国煤炭研究所，质谱图解析谱图存储方法原则：节省空间，不遗漏信息：保存峰数据；按波长取数据查询对比方法（检索）需要考虑仪器误差（峰位、峰强），判断相似程度的定量指标,04:57:58,人工智能化合物结构识别系统,模拟专家的思维，将经验抽象成一些规则或数学公式Munk 红外光谱解释程序：将基团分为25大类，159个分类，兼顾峰强和峰形但无法将结构单元与光谱数据之间用数学关系精确描述Sasaki 的Chemics-F程序：将分子结构分成179个结构单元，互不重叠，任一分子结构都可以由这些基本结构单元组合得到。,04:57:58,识别系统流程,04:57:58,3.模式识别,模拟人对客观环境的认识。事物的性质由其特征决定。性质相似的物体其特征相似。,提取特征,分类,羰基化合物与炔类化合物在1920，3300cm-1都有红外吸收峰。以两波长处的吸光度为坐标（二维模式空间）作图，每个化合物对应一个点，两类物质形成两个有界线的子集。由未知物的点所在子集，确定所属类，距离最近的点，结构最相似。扩展到多维空间，判断结果的准确性提高。自学习过程：训练集，1/2 含某基团，计算机找出模式空间差异特征选取：对分类重要的特征。节省空间，加快查找速度,04:57:58,智能化分析仪器示意图,04:57:58,二、仿真模拟技术与虚拟实验室 multimedia simulation of instrument analysis experiment,在仿现实环境的界面中，模拟实际过程（数学建模），完成特定任务。采用的技术：场景设计；动态非线形交互；多线程；数学模型；应用：计算机辅助教学，实验类网络课程；仪器分析虚拟实验室；分析化学网络虚拟实验室；分析化学虚拟考场。特点：场景化、智能化、高度实时交互、非线性；,04:57:58,虚拟实验室,04:57:58,虚拟实验室,04:57:58,虚拟实验室,04:57:58,内容选择：,第一节 计算机与仪器分析computer and instrument analysis第二节 数据采集与计算机控制computer control and data collection第三节 信息处理与数据挖掘技术information process and technology of date excavate第四节 人工智能与仿真模拟artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology,结束,第二章 计算机与仪器分析,一、计算机对仪器分析发展的促进作用improve to development of instruments analysis二、计算机在仪器分析中的应用application of computer in instruments analysis三、网络中的仪器分析资源resource of instruments analysis in internet,第一节 计算机与仪器分析,computer and instrument analysis,computer and instrument analysis,04:57:58,一、计算机对仪器分析发展的促进作用,the effect of computer on instrument analysis,1.促进仪器分析自动化 计算机已经成为分析仪器的重要组成部分，色谱自动进样器，色谱工作站；电化学工作站。2.促进新分析仪器出现 现代分析仪器是建立在计算机基础之上，如傅里叶变换红外；联用仪器；二极管阵列检测器（三维显示）；生物芯片技术等。,04:57:58,未来的网络分析实验室,3.提高仪器性能 4.实现分析仪器的智能化、网络化、人性化 5.未来的网络分析实验室用户：传感器+计算机+网络；数据网络分析实验室结果 资源共享,04:57:58,二、计算机在仪器分析中的应用技术,application of computer in instrument analysis,1.计算机数据采集与控制 计算机：数字符号；分析仪器：模拟信号(电压或电流),Digital-Analog Converter（DAC）作用：将数字信号转变成模拟量。实现计算机控制。Analog-Digital Converter（ADC）作用：将模拟量转变成数字信号。实现数据连续采集。,计算机,接口,分析仪器,接口(信号转换),04:57:58,2.计算机分析仪器工作站,04:57:58,色谱工作站,04:57:58,04:57:58,工作站,04:57:58,3.专家系统与人工智能,(1)液相色谱专家系统 柱系统推荐软件包;色谱条件优化及离线色谱数据计算软件包;(2)基于谱图库的辅助解析系统 Munk 红外光谱解释程序;Sasaki 的Chemics-F程序;(3)模式识别本页内容详见本章第四节,04:57:58,智能化分析仪器示意图,
