Expert system for elucidation of structures of organic compounds (ESESOC) - Algorithm on stereoisomer generation

An algorithm for enumeration of stereoisomers due to asymmetric carbon, C=C double bond and so on has been developed. It consists of three steps. The output of stereoisomers can be represented by 2.5-dimensional connection table.

EXPERT-SYSTEM FOR ELUCIDATION OF STRUCTURES OF ORGANIC-COMPOUNDS

An expert system for the elucidation of the structures of organic compounds-ESESOC-II has been designed. It is composed of three parts: spectroscopic data analysis, structure generator, and evaluation of the candidate structures. The heart of ESESOC is the structure generator, as an integral part, which accepts the specific types of information, e.g. molecular formulae, substructure constraints, and produces an exhaustive and irredundant list of candidate structures. The scheme for the structural generation is given, in which the depth-first search strategy is used to fill the bonding adjacency matrix (BAM) and a new method is introduced to remove the duplicates.

AN EXPERT SYSTEM FOR SOLVENT-EXTRACTION OF RARE-EARTHS

An expert system for solvent extraction of rare earths has been developed using LISP. The goal of this project was to mimic the chemists' inferential abilities to assist in the process of solvent extraction of rare earths. The system includes frequently used extractants, separation of specific rare earths, recommendation of procedures for the separation of mixtures of rare earths using (2-ethylhexyl)phosphonic acid 2-ethylhexyl monoester, selection of parameters for counter-current extraction and methods for evaluation of the technique, and the economics of the processing. The expert system runs on an IBM-PC/XT.

水泥回转窑热工控制模型研究及其仿真

水泥回转窑是建材工业发展的方向，我国是水泥生产大国，而国内回转窑与发达国家相差甚大，尤其在热工控制方面。由于水泥回转窑具有时变、分布参数和非线性特性，是一个典型的复杂过程，因而水泥回转窑控制系统是一个很有意义且困难的研究方向，本论文在借鉴国内外同类研究的基础上，提出了模糊专家系统控制模型，进行了深入地研究，并且对该模型进行了计算机仿真，希望通过这项研究，提高我国在水泥回转窑先进智能技术的控制水平。主要研究内容有：对水泥回转窑的热工过程进行了详细分析，对其不同控制方法进行全面的综述，对水泥回转窑实现控制的人工智能方法进行了全面的综述，并介绍了国内外的研究现状；研究了对水泥回转窑控制的模糊控制模型、专家系统设计方法，以及利用模糊控制与专家系统相结合的方法对水泥回转窑进行安全而有效控制的方法：研究了专家系统的实时性问题，提出了静态排列专家系统的推理时间模型、优化排列专家系统的时间估计模型与排列准则；利用计算机仿真方法，实现对水泥回转窑这种复杂而昂贵系统控制进行实验研究，以较低的代价实现对其分析。本论文的主研究成果如下：1. 详细研究了水泥回转窑的技术发展与结构演化过程，分析了水泥回转窑的热工过程以及影响水泥生产的各种因素，总结了影响水泥生产质量的主要因素与次要因素，确定了控制水泥回转窑的主要并且可测量的过程参数。2. 用推理全成方法研究模糊控制模型，实现从模糊的角度研究水泥回转窑的控制：从专家 系统角度研究水泥回转窑的控制问题，并提取了有关的专家系统控制规则；在模糊控制与专家系统的基础上，将水泥回转窑的模糊控制与专家系统相结合，利用层次化的控制器结构，底层为模糊控制器，顶层为专家系统，实现了水泥回转窑的安全与有效控制。3. 从定量的角度研究了专家系统的推理时间问题，给出了三种相应的时间估计模型，这不仅可以分析水泥回转窑系统中的专家系统的实时性，而且也可以分析一般专家系统的推理时间和问题。4. 本文提出的计算机仿真工具，为三组数据分别进行计算机仿真，以此研究水泥回转窑控制策略的性能以及对其动态过程进行分析，为水泥回转窑这样的复杂且昂贵的控制系统研究提供有效的手段。

基于土壤水分平衡原理的毛乌素沙地草地种植咨询系统

本研究初步建立了基于土壤水分平衡原理的毛乌素沙地草地种植咨询系统“ASSG”，该系统用于进行毛乌素地区沙地草地利用和种植管理咨询，并可进行更新知识库和存储有关咨询结果的操作。该系统适用于田间工作者、农场管理者、有关科研人员以及任何对生态科学和自然资源管理感兴趣者。 在文中描述了该咨询系统的开发过程，即系统的需求分析、设计、实现和运行，该系统实现了专家系统和仿真模型的结合，该模型即基于水分平衡的最佳植被覆盖率模型，有如下初步结论产生：土壤水分的平衡随植被覆盖率变化的情况（上升或下降）取决于立地条件的差异，笼统地讲“植被覆盖率越高越好”或“植被覆盖率一概不宜太高”未免失之偏颇。 在解决复杂的生态学问题时人工智能／专家系统技术的应用以及在定性模型和方法（如专家系统）的应用中使用定量模型（如仿真模型）正处于发展之中，本系统的实现是应用专家系统与仿真模型结合的方法解决实际生态学问题的又一个例子。

有机化合物结构自动解析专家系统研究

本文建立了一个能用于含N、P、O、S、Si及卤素等多种杂原子的有机化合物结构自动解析专家系统ESESOC(Expert System for the Elucidation of the Structure of Orsanic Compounds)。它可从未知化合物的分子式、光谱数据(包括IR, MS，~1HNMK ~(13)CNMR, 2D-NMR等)及其它化学信息自动地推衍出与己知信息相一致的候选化合物结构。ESESOC系统由三个部分组成：(1)光谱知识库及其光谱解释模块；(2)结构产生器；(3)结构验证模块。其结构解析基本过程为：从分子式、光谱数据或其它化学信息出发，由未知化合物的光谱数据去检索光谱知识库，即进行数据分析并推断出该未知化合物中可能含有的结构碎片，然后由结构产生器从这些结构碎片进行候选化合物结构的穷举生成，最后对候选结构进行验证并输出结果。从而实现由化合物光谱数据鉴别未知化合物结构的自动化。结构产生器是系统的核心模块。对一个结构产生器的基本要求是：穷举性，非冗余性，有效性。要完成一个能实际使用的结构产生器，效率则是至关重要的。ESESOC系统生成结果的穷举和非冗余性己通过与图论计算结果及著名的DENDRAL系统的生成结果相比较得以证明。如由本系统生成的烷烃系列C_nH_(2n+2)，及醇、醚系列C_nH_(2n+2)0的异构体数目与图论理论计算的数目相同；对C_5H_n n = 12，10，8，6，4，2，O；C_6H_n n = 14，12，lO，8，6，4，2，O系列，及含多种杂原子(O、N、S等)的复杂体系，其异构体生成结果则与DENDRAL系统的生成结果完全一致(DENDRAL系统的结构生成算法是经数学证明了是正确的，其结果已被很多系统引为穷举和非冗余性的例证)。关于ESESOC系统的有效性，在同一计算机上测试结果表明ESESOC系统的结构生成效率比著名的日本的CHEMICS系统高很多倍。结构解析专家系统另一重要组成部分为谱图知识库，它是逻辑推理的基础。专家系统的效能取决于其子结构一子光谱相关的知识库的有效性，所以要建造一个有效的~(13)CNMR知识库，关键在于建立一个好的子结构模型．在~(13)CNMR知识库中，子结构的概念与常规的子结构概念有所不同，它包括两个组成部分，(1)中心原子，它对应于一个化学位移；(2)环境部分，结构环境决定了中心原子的化学位移峰的位置。子结构模型的选择要适当兼顾信息全面和防止“组合爆炸”两个因素。ESESOC系统从~(13)CNMR本身的特征出发，提出了不确定层数的子结构模型。即以共振碳原子为中心，以与之相连的完整的官能团为外围环境，对这样的子结构，其外围环境根据官能团的不同可以是一层、或二层乃至多层，即环境层数是可变的。此即为ESESOC系统的广义-层子结构模型，它具有包含结构信息全，所有可能存在的子结构数量适中等优点。在此子结构模型的基础上，从CIAC-~(13)CNMR谱图数据库统计出。~(13)CNMR知识库，即子结构-~(13)CNMR化学位移相关表。ESESOC系统中结构验证方法有： ~(13)CNMR谱峰数预测，~(13)CNMR波谱模拟，应力能计算等。在结构解析专家系统研究中还涉及到如下三个问题：(1)结构编码；(2)结构之间相互比较；(3)结构中原子的对称性分析。在本研究中，对这些问题都提出了新的方案，并均获得较好结果。(1)在建造化合物结构信息系统时，首先要解决化合物结构的计算描述，即结构编码问题，以进行化合物结构的计算机存储和管理。为此我们提出了两种新的拓扑指数编码方案，即ID指数和EAID指数。由ESESOC结构产生器穷生成了含1-22个碳原子的380多万个链烷烃异构体，含1-12四价碳原子的20多万仑复杂多环异构体及40多万个含杂原子的化合物，通过对这3个系列共440多万个化合物结构的验证，结果表明，ID和EAID指数对这440多万个化合物结构均能唯一地区分，即没有出现简并(简并是指两个或多个不同的结构具有相同的拓扑指数值)。这是迄今未见报道的。(2)在计算机结构信息处理中，最常遇到的一个问题就是确认一个结构是新结构还是为已知结构，这就要把该结构与库中的结构进行逐个比较。为了结构的比较，我们以二维连接表描述化合物的结构，因连接表随化合中原子的编序的变化而变化，因而就需要有一套序号赋值规则，无论结构图在画法或形状以及原子的序号上如何变化，都可使得结构图中的各原子按该规则得到唯一的排序方案。ESESOC系统的唯一性序号方案集中了Morgan算法及其改进方案之所长，并加入新的图的不变量，如最小环指数等以正确地划分分子中的原子，从而得到一个新的唯一性排序方案，该方案效率较高，可适用于各类复杂化合物。在ESESOC系统中，我们还以一维的整数数组来存贮和管理二维连接表，即得到压缩连接表，这在结构比较时大大地节省了系统开销，提高了比较速度。在同一结构中，若各原子由两种不同编序方案得到同一连接矩阵，则与某一序号所对应的两个原子所在结构图中的拓扑环境是等价的，也就是说两个节点是拓扑等价的，或具有拓扑对称性(Topological Symmetry)。化合物结构中原子的唯一性排序算法，有机化物结构异构体穷举生成过程中冗余对接的消除，NMR谱模拟等都与拓扑对称性密切相关。在ESESOC系统建造过程中，我们提出了三个新的拓扑等价性分析算法，它们是基于节点矩阵的拓扑等价性算法，基于全通道算法的拓扑等价性算法，以及基于扩展连接矩阵算法的拓扑等价性算法。这些算法结果准确，效率高，适用于各类化合物。

落叶松毛虫防治咨询专家系统

落叶松毛虫是东北林区主要害虫之一，它对松林可以造成毁灭性的破坏，因此，采取及时且必要的综合防治措施，可以带来显著的经济和生态效益。本文依据害虫综合管理的指导思想，采用计算机人工智能程序模型，构建了落叶松毛虫防治咨询专家系统。 落叶松毛虫防治咨询专家系统主要由推理机、知识库、数据库、知识获取机制和用户界面等部分组成。其中知识库和推理机是系统的核心部分。在知识库设计中充分考虑了落叶松毛虫防治的复杂性，结合具体的限定条件，如危害特征、自然环境、地形地貌、害虫的生长阶段等，将知识存储在数据库中形成专家数据库；利用数据库查询语言SQL语句设计了系统的推理机，采用正向推理的方式，增强了知识库的可扩展性和可维护性；知识获取机制面向林业专家，实现知识的获取以及知识库的修改、扩充等任务；数据库用来存放落叶松毛虫的基本信息，用户可以通过数据库来获得落叶松毛虫相应的咨询信息。 落叶松毛虫防治咨询专家系统的目标为：（1）对落叶松毛虫的基本信息、行为特征、生理和生态学特征以及防治方法和施药方法等进行存储和查询。（2）正向推理方式保证专家系统在运行时能方便地选择问题，实现智能推理过程。（3）易用的知识维护。 该系统主要有以下几方面的功能和特点：（1）该系统本着害虫综合管理的指导思想，以落叶松毛虫的种群动态为理论基础，充分考虑不同林地环境条件下的自然控制因素，根据环境、气候和害虫本身的条件推出更加合理的结论，尽量采用生物防治，必要时采用化学防治；（2）系统可向用户提供多种可行的防治方案，经营者可以根据当时当地的实际情况作出决定；（3）系统使用方便；（4）系统具有显示、打印、通过Internet浏览获取信息、显示推理解释等功能。 另外，本文对落叶松毛虫专家系统又进行了有效的评估，评估对象分为三个组别：领域专家、森保人员以及学生。三组人员分别针对系统实用性、友好性、系统提问的简洁程度以及可学习性给出等级分数。通过评估结果，最终认定该系统是可以信赖的。 本系统以落叶松毛虫防治领域专家的经验和知识为基础，有效地将计算机技术和森保专家的知识结合在一起，集落叶松毛虫信息存储浏览、查询、专家系统于一体，对于缓解森林保护专家和人员的不足，提高落叶松毛虫虫害的防治能力，加快科技成果的转化具有重要的意义。

猕猴桃优质高效管理专家系统的研制与应用

猕猴桃优质高效管理专家系统是在 Window NT(4.0 )环境下开发的 ,适用于 Internet的一个人工智能软件系统 ,该系统由苗木繁殖技术、高接换种技术、整形修剪技术、疏蕾授粉疏果技术、果园生草技术、优化施肥技术、节水灌溉技术、病虫害防治技术、冻害预防技术、果品保鲜贮藏技术和系统维护等 14个子系统组成 ,介绍了系统结构及其实现技术。应用示范结果表明 ,该系统指导的 6 6 .6 7hm2示范果园年增产值 90 0 0元 / hm2 ,推广辐射的 6 70 0 hm2果园年增产值 2 840万元。

旱地作物需水量预报决策辅助系统

旱地作物需水量预报决策辅助系统是利用人工智能技术 ,在 Penman公式的基础上结合现有西北旱区的农学知识、模型以及经验进行系统集成而建立的智能化计算机软件系统 ,该系统是西北地区节水农业专家系统的一个子系统。在生产实践中可为陕西关中地区的冬小麦、夏玉米的栽培作出灌溉方案的决策咨询。

The algorithm on automated aromaticity perception of molecules

It is important to detect the aromaticity of structures during the process of structure elucidation and output. In this paper, an alogrithm was proposed to detect the aromaticity of structures by the use of algorithm on ring identification. The results show that it could be used to identify most of the aromatic structure. It have been used as constraints of Expert System on Elucidation Structure of Organic Compounds(ESESOC) and a good result has been achieved.

The algorithm on ring perception of molecule

It's important to identify ring in the process of structure elucidation. In this paper, all rings and the smallest set of smallest ring(SSSR) of structure are obtained from two-dimensional connection table. The results are satisfactory by using this algorithm in ESESOC expert system as constraint.

Computer perception of topological symmetry by all-paths algorithm

During the development of our ESESOC system (Expert System for the Elucidation of the Structures of Organic Compounds), computer perception of topological symmetry is essential in searching for the canonical description of a molecular structure, removing the irredundant connections in the structure generation process, and specifying the number of peaks in C-13- and H-1-NMR spectra in the structure evaluation process. In the present paper, a new path identifier is introduced and an algorithm for detection of topological symmetry from a connection table is developed by the all-paths method. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

PRINCIPLES FOR STRUCTURE GENERATION OF ORGANIC ISOMERS FROM MOLECULAR FORMULA

An expert system for the elucidation of the structure of organic compounds (ESESOC) has been developed. The heart of the ESESOC is formed by the structure generator as an integral part, which receives the specific type of information (molecular formula, s