内蒙古大学：《仪器分析化学》课程教学资源（PPT课件）第二 章 计算机与仪器分析 第四节 人工智能与仿真模拟

第二章 人工智能简介 计算机与仪器分析 an introduction to Artificial intelligence computer and instrument analysis 二、仪器分析实验多 第四节 煤体仿真模拟 人工智能与实验仿真 multimedia simulation of 模拟技术 instrument analysis experiment artificial intelligence and multimedia experiment simulation technology 下一页

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

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。 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。 23:0823

23:08:23 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

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 23:0823

23:08:23 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

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； 23:08:23 页下

23:08:23 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；

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”； P^Q;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 23:08:23

23:08:23 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” ； P^Q；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

推理方法 始 令1=1 依据提 供的事实， 取出规则I的前提部分 利用知识库， 这些前提 通过程序运 是否都在数据库中 1=I+1 行（推理）， Y 获得结果； 取出规则/的结论部分 推理方法： 结论是否为 结论是否为 新事实 新事实 正向推理 Y N 将结论加入数据库 逆向推理 正向推理过程 23:08:23 页下

23:08:23 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

推理方法 开始 提出假设 逆向推理 VN 或 此假设还在 数据库中吗？ 此假设成立 结束 N 此假设是否是 证据节点？ 提问用户 N 找出结论部分包括此 有此事实？ 假设的那些规则 P 以找出规则之一的一 将此事实记入 个前提作为新的假设 数据库 或 结束 反向推理过程 23:0823

23:08:23 推理方法 逆向推理

2.专家系统 (expert system) 将专家的判 用户 断过程转变成的 智能程序系统； 用户界面 问题状态 解释功能 推理机制 知识获取 知识库 专家 23:0823 首

23:08:23 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； 用户 用户界面 解释功能 知识获取 专家 问题状态 推理机制 知识库

推理数据库（用户提供的信息） 专家系统 实验数据(MS,NMR,R) 分子式 其他信息 知识表示及编译程序 结构发生器 结构碎片发生器 谱图结构 相关表 整体分子拼接 其他 知识库 立体结构发生器 约束条件 结构解析 化学环境 波谱模拟 专家系统 模式识别 流程框图 结构验证 分子张力能计算 人机交互信息 13C-NMR谱峰数 结构输出 23:0823

23:08:23 专 家 系 统 知识表示及编译程序 结构验证 化学环境 模式识别 人机交互信息 波谱模拟 结构碎片发生器 整体分子拼接 实验数据(MS,NMR,IR) 分子式 其他信息 谱图-结构 相关表 其他 约束条件 推理数据库(用户提供的信息) 结 构 发 生 器 立体结构发生器 知 识 库 分子张力能计算 13C-NMR谱峰数 结构输出 结构解析 专家系统 流程框图

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 23:08:23

23:08:23 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