Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Репин Андрей Анатольевич

Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада
<
Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Репин Андрей Анатольевич. Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада : Дис. ... канд. физ.-мат. наук : 05.13.18 : Тверь, 2004 127 c. РГБ ОД, 61:04-1/1011

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Методы расчета энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических молекул и радикалов. Компьютерное представление химических соединений 8

1.1. Методы расчета энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических соединений 8

1.2. Аддитивно-групповой подход 11

1.3. Компьютерное представление органических соединений 14

1.3.1. Z-матрида 14

1.3.2. Линейные представления 15

1.3.3. Представления, основанные на использовании методов теории графов 15

1.3.4. Канонизация представления химических структур 16

1.4. Постановка задачи 17

Глава 2. Математическая модель компьютерного представления органических соединений. Алгоритмы автоматического прогнозирования энтальпии образования органических молекул и радикалов 20

2.1. Молекулярный граф 20

2.2. Модифицированная матрица смежности 20

2.2.1. Код диагонального элемента 22

2.2.2. Состояния атомов 23

2.2.3. Матрица смежности с учетом состояний атомов 25

2.3. Компьютерное представление структурных групп 26

2.4. Тополого-групповой алгоритм фрагментации органических соединений 27

2.4.1. Фрагментация молекул на структурные группы 28

2.4.2. Фрагментация радикалов на структурные группы 28

2.5. Математические модели учета отклонений от аддитивности 31

2.5.1. Парные невалентные взаимодействия электроотрицательных заместителей 32

2.5.2. Сопряжение тг-электронов в ненасыщенных радикалах со свободной валентностью 34

2.6. Заключение 36

Глава 3. Математическая модель процесса радикального распада и алгоритмы автоматического прогнозирования энергий диссоциации химических связей органических соединений 38

3.1. Математическая модель процесса радикального распада органических соединений 38

3.2. Автоматизация расчета энергий диссоциации связей 39

3.3. Заключение 41

Глава 4. Интерфейс для графического изображения и его перевода в топологическое представление органических соединений 42

4.1. Представление информации об изображении химических структур 43

4.2. Принципы построения изображения химических структур 45

4.2.1. Построение изображения атомов 46

4.2.2. Построение связей 47

4.2.3. Изображение связи 48

4.2.4. Построение изображения бензольных колец 50

4.3. Выбор химической связи из графического изображения структурной формулы 58

4.3.1. Отображение информации о структурных формулах химических соединений в виде графического изображения 60

4.4. Представление информации о графическом изображении химических структур в виде модифицированной матрицы смежности .. 61

4.4.1. Создание модифицированной матрицы смежности 61

4.5. Заключение 62

Глава 5. Программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада и база термодинамических данных нового поколения 64

5.1. Характеристика баз данных по термодинамическим свойствам органических интермедиатов 64

5.2. Обзор электронных баз термодинамических данных органических соединений 68

5.3. Концепция автоматизированной базы термодинамических данных нового поколения 73

5.3.1. Расчетное предсказание отсутствующей в базе данных количественной информации 74

5.4. Разработка базы термодинамических данных нового поколения 75

5.4.1. Модель "сущность/связь" 76

5.4.2. ER-диаграммы 78

5.4.3. Реляционная модель 79

5.4.4. Переход от ЕК.-диаграмм к реляционным схемам 81

5.4.5. Методология датологического проектирования 83

5.4.6. Системный анализ предметной области базы термодинамических данных нового поколения 87

5.4.7. Мифологическая модель базы термодинамических данных нового поколения 93

5.4.8. Датологическое проектирование базы термодинамических данных нового поколения 100

5.5. Описание программного комплекса 105

5.5.1. Ввод информации в базу данных 105

5.5.2. Программа предсказания энтальпий образования и энергий диссоциации связей органических соединений 107

5.6. Заключение 111

Основные результаты и выводы 112

Список литературы 114

Приложение 119

Введение к работе

Актуальность темы. Современное развитие технологических процессов, фундаментальных и прикладных исследований в отраслях энергетики, химической технологии, медицине, экологии невозможно без обеспечения количественной информацией о свойствах отдельных веществ и композиций. Для детального исследования и оптимизации технологических процессов, и осуществления целенаправленного синтеза веществ, обладающих заданными свойствами необходима информация об их энергетике. Она может быть получена путем термохимических расчетов на основании количественных данных об энтальпийных характеристиках веществ (продуктов и реагентов). Проблема автоматизации указанных расчетов является, несомненно, актуальной. Автоматизация этих расчетов возможна на основе разработки математических моделей представления процессов и их участников. Создание автоматизированной компьютерной системы освобождает специалиста от трудностей поиска и расчета множества необходимых количественных данных, а также позволяет адаптировать эту задачу для неспециалистов. Оно откроет возможности решения ряда важных задач в рамках глобальных проблем: энергетики, экологического мониторинга, здравоохранения, химического производства.

Не менее актуальным представляется решение и ряда конкретных задач по обозначенной проблеме. К ним относятся разработка оптимальных (для компьютерной реализации) математических моделей представления органических соединений и процессов их радикального распада. Действительно, существующие модели представления органических соединений созданы для специфических задач и плохо пригодны для моделирования процессов. Математические модели процесса радикального распада органических соединений ранее не разрабатывались.

Создание баз данных, включающих в себя модули автоматизированного расчетного прогнозирования отсутствующих величин, также является актуальной задачей в области информатизации научных исследований. В настоящей работе эта задача решена для базы термодинамических характеристик органических соединений.

Диссертация выполнена в соответствии с планом НИР Тверского государственного университета по направлению «Связь свойств веществ со строением молекул» (№ государственной регистрации 01.84.0085361).

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей, алгоритмов и комплекса программ для автоматизированного прогнозирования энергетических свойств органических молекул и радикалов, а также энергий диссоциации химических связей в них.

В соответствии с целью были поставлены следующие ЗАДАЧИ:

Разработка оптимальной (в рамках поставленной задачи) математической
модели химических соединений и их компьютерного представления.

Разработка алгоритмов выделения подструктур (структурных групп) и
классифицированных структурных особенностей в химических соедине-

ниях (молекулах и радикалах) с ц^лввСИЯЦЫ01№Я*(****4ЛДИТИВ!ГО"

БИБЛИОТЕК*

СЧетг; О»

ш&

группового метода прогнозирования энтальпий образования органических соединений.

Создание математической модели процесса радикального распада органических соединений и автоматизация на этой основе прогнозирования энергий диссоциации химических связей.

Разработка графического интерфейса для ввода органических структур и представление их в виде, требуемом для их дальнейшего анализа и выполнения расчетов. Разработка программного комплекса прогнозирования и накопления энергетических свойств и энергий диссоциации химических связей органических соединений. Результаты, выносимые на зашиту:

  1. Алгоритмы автоматизации аддитивно-группового подхода для расчета термодинамических свойств органических соединений.

  2. Математическая модель процесса радикального распада органических соединений.

  3. Алгоритмы моделирования реакций радикального распада и автоматизации расчетного предсказания энергий диссоциации химических связей в органических соединениях.

  4. Графический интерфейс для ввода органических структур и представления их в виде модифицированной матрицы смежности

  5. Программный комплекс предсказания энергетических свойств органических соединений и процессов их радикального распада.

Методы исследования. В диссертации использовались методы теории графов, методы вычислительной геометрии, методы построения реляционных баз данных.

Научная новизна данной работы определяется тем, что в ней впервые: в качестве математической модели органического соединения предложена модифицированная матрица смежности, содержащая всю необходимую информацию для последующего расчета свойств; предложена математическая модель процесса радикального распада органических соединений, заключающаяся в разделении модифицированной матрицы смежности реагента на две модифицированные матрицы смежности продуктов; разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования органических соединений (с детальным учетом специфики их строения) и реакций их радикального распада, а также новые алгоритмы расчета энергетических свойств (энтальпии образования) органических соединений и энергий диссоциации химических связей в них.

В результате внесен существенный вклад в развитие термодинамических баз данных, открывающий путь к оснащению их элементами искусственного интеллекта.

Достоверность результатов диссертации обеспечивается следующими положениями:

- отражением рассматриваемых реальных объектов и процессов предлагаемыми математическими моделями;

полнотой описания расчетного аддитивно группового метода в рамках предложенных моделей и алгоритмов;

надежностью аддитивно-группового метода, параметры, которого прокалиброваны по надежным экспериментальным данным;

совпадениями рассчитываемых значений с экспериментальными (в пределах реальной погрешности последних), показанными при широких сопоставлениях соответствующих величин.

Практическая значимость работы определяется тем, что предложенные программы автоматизированного расчетного прогнозирования позволяют исследователю, в том числе неспециалисту в термодинамических расчетных методах, получать численные значения свойств органических радикалов и молекул, отсутствующих в базе экспериментальных данных. Такие значения необходимы для обоснования технологических решении, в том числе по целенаправленному синтезу (конструированию) веществ обладающих заданным комплексом свойств.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на следующих конференциях: VIII, IX, и XI Региональные Каргинские чтения, Тверь 2001, 2002 и 2004 гг.; 8-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2001», Москва 2001 г.; 2-я и 3-я Всероссийская научно-техническая конференция «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий», Улан-Удэ 2001 и 2002 гг.; XIV Международная конференция по химической термодинамике. 1-5 июля 2002 г., Санкт-Петербург2002г.

Публикаиии. Материалы диссертации отражены в 11 публикациях, список которых приведен в конце автореферата. В работах выполненных в соавторстве, соискателю принадлежат: математические модели представления органических соединений и процессов их радикального распада; алгоритмы и программы автоматизации аддитивно-группового метода расчетного прогнозирования энтальпийных характеристик органических соединений и энергий диссоциации химических связей в них; разработка базы данных по термодинамическим свойствам органических соединений.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложения и списка литературы. Диссертация изложена на 127-ми страницах, включает 13 рисунков, 5 таблиц, приложение. Список использованных источников содержит 71 наименование.

Компьютерное представление органических соединений

Отображение в виде Z-матрицы используется в квантово-химических методах расчетов свойств молекул [24]. Оно подразумевает наличие детальной информации по геометрическому строению соединений, получившей названия естественных координат: длины связей, валентные углы и двугранные углы.

Z-матрица состоит из строк, каждая из которых соответствует атому в химическом соединении. Строки располагаются в порядке нумерации атомов, первому атому соответствует 1-я строка, второму — 2-я строка и т.д.. Первый столбец представляет символ или номер химического элемента, второй - номер атома химически с ним связанного, третий столбец - длину этой связи в ангстремах, четвертый столбец - номер атома образующего с представленными в 3-м столбце этой строки атомами валентный угол, пятый столбец - значение этого угла в градусах, шестой столбец - номер еще одного атома для идентификации двугранного угла между плоскостями, проходящими через эти 4-е атома.

Информация о типах связей дается неявно - в виде длин связей, которые зависят не только от вида связи, но и от химических элементов ее образующих.

Отображения в виде линейных представлений представляют собой развитие номенклатуры химических соединений. Наиболее распространенной из них является система линейных формул Висвессера (ЛФВ) [25]. Химическое соединение в системе ЛФВ задается линейным перечнем символов, дающим их полное описание. В этой системе атомы или группы атомов записываются в виде символов, которые подчиняются синтаксису, служащему для описания взаимоотношений частей, и правилам (около 300), предусматривающим порядок расположения символов. Все это обеспечивает единственный и однозначный способ представления химических соединений. Тем не менее, возникают существенные сложности при описании соединений с новыми функциональными группами. Это влечет за собой необходимость разработки новых правил в системе ЛФВ при описании новых классов веществ.

К этому пункту относится способы представления молекул в виде матрицы смежности и таблиц связности. Термином - матрица смежности принято обозначать квадратную матрицу, размерностью NxN, соответствующую N атомам молекулы, исключая водород, в которой недиагональные элементы 1 и 0 отвечают, соответственно, наличию шш отсутствию связи между атомами, представленными номерами столбца и строки. Единицу можно заменить порядком связи между атомами. Главную диагональ матрицы используют для хранения какой-либо информации об атомах, например, типа атома или его заряда, а одну из половин симметричной матрицы, разделенной главной диагональю, используют для дополнительной информации о связях между соответствующими атомами. В таблицах связности информация о химическом соединении представлена с помощью таблицы атомов и таблицы связей. В первой построчно приводится информация об атомах. Например, код химического элемента, наличие асимметрии, число связей с неводородными атомами, число соседних неводо-родных атомов и т.п. А во второй - информация о связях, например, кратность, номера связываемых атомов и т.д. Главной проблемой таких представлений является многовариантность, когда одному соединению можно поставить в соответствие несколько матриц смежности или таблиц связности.

Решение задачи представления химических структур имеет несколько вариантов, условно разбитых на три группы. Важными требованиями при их использовании являются компактность описания, емкость содержания структурной и другой сопутствующей информации и удобство в дальнейшем использовании. Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. В рамках нашей работы предпочтение отдано третьей группе представления химических соединений, и нами была разработана своя модификация матрицы смежности.

Тополого-групповой алгоритм фрагментации органических соединений

Идентификация групп, составляющих молекулу, осуществляется следующим образом. Поочередно рассматривается каждая строка, і-ому атому молекулы соответствует і-ая строка. По элементу главной диагонали піц определяется центральный атом группы (его валентность, до определению, должна быть больше 1). Иначе рассматриваем следующую строку. При идентификации центрального атома группы учитываются типы химических связей данного атома для определения его состояния. Последняя определяется по недиагональным ММС рассматриваемой строки Щц (j і и j = 1, TST; і - номер центрального атома рассматриваемой группы). Значение ту показывает кратность связи, а индекс j указывает на номер атома непосредственно с ним связанного. Таким образом, по элементам главной диагонали 1 аналогично определяются элементы, составляющие окружение данной группы.

Выделение структурных групп для молекул основано на тополого-групповом алгоритме фрагментации органических соединений. Использование ММСС упрощает его. 1. Поочередно рассматривается каждая строка ММСС. 2. По диагональному элементу определяется тип состояния атома или функциональная группа, 3. Если валентность соответствующего атома или функциональной группы больше 1, то по не диагональным элементам матрицы смежности определяются соседние атомы, иначе переходим к следующей строке. 4. Формируем код структурной группы для молекул. При повторном формировании кода число соответствующих (т. е. одинаковых) групп увеличивается,

Согласно [4] вклады структурных групп у радикалов отличаются значением от вкладов таких же групп в молекулах и зависят от положения относительно свободной валентности. Поэтому необходимо их различать. Но в рамках первого приближения [4] делается предположение, что структурные группы, центральные атомы которых находятся через три химические связи от радикального центра, дают вклады одинаковые аналогичным группам в молекуле, а вклады групп, центральные атомы которых расположенны менее чем через три связи от радикального центра, считаются независимыми от положения относительно него. Таким образом, для того чтобы различать, так называемые, радикальные и молекулярные структурные группы необходимо определять положение центральных атомов относительно свободной валентности. Для этого на основе ММСС строится матрица расстояний (D) [31], в которой на недиагональных элементах d;j (і Ф j) указывается расстояние (количество связей) между і-м и j-м атомами. Следует отметить, что термин матрица расстояний используется в значении, применяемом в теории молекулярных графов [31]. Так же в Щ полагается, что радикальные структурные группы образуют не только многовалентные атомы, но и одновалентные. Соответственно, выделение структурных групп в радикалах выполняется на основе тополого-гругшового алгоритма фрагментации органических соединений, учитывая данные уточнения по следующим правилам: 1. Определяются номера радикальных центров по элементам главной диагонали ММСС; 2. Создается матрица расстояний D на основе ММСС; 3. Поочередно перебираются все диагональные элементы ММСС; 4. По матрице расстояний D определяется положение атома, представленного рассматриваемой строкой, относительно радикального центра. 5. Если до свободной валентности больше 3 связей, то формируется код структурной группы для молекул, иначе формируется код структурной группы для радикалов. При повторном формировании кода число соответствующих (т. е. одинаковых) групп увеличивается.

Для построения D разработан алгоритм, в основе которого используется поиск в ширину [32], суть которого состоит в следующем. На первом шаге перебираем все недиагональные элементы МСС ту лежащие выше главной диагонали. Так как МСС симметрична относительно главной диагонали, то при тц 0 (і-й и j-й атомы химически связанные), полагаем d;j = dji =1. На следующих шагах определяем атомы расстояние между которыми 5 (2, 3, ...). По недиагональным элементам dig (kj) определяем j-й атом находящейся на расстоянии 6 - 1 от k-го атома. Далее ищем смежные атомы с j-м атомом. Для этого перебираем элементы j-й строки djr, если djr = 1 и расстояние от k-го атома до r-го атома еще не известно (dbr= 0), то dkr= 8.

Автоматизация расчета энергий диссоциации связей

В рамках предложенной схемы, необходимо построить матрицы смежности, соответствующие радикалам, которые получаются при разрыве данной связи. Алгоритм состоит из трех главных блоков, в которых осуществляются следующие шаги.

Алгоритм автоматизации расчета энергий диссоциации химических связей 1. Для указанной связи между і-м и j-м атомами, элементы 1) и т зануляются, а коды элементов тц и mjj изменяются согласно внесению в соответствующие разряды информации о наличие неспаренных электронов. 2. На основании анализа измененной (по п. 1) матрицы смежности молекулы определяются номера атомов, входящие в каждый радикал. Для этого нами был разработан алгоритм нахождения номеров атомов выделенной химической структуры. Применение данного алгоритма позволяет по номеру любому атома (в данном случае, по атому со свободной валентностью) искомого соединения выявить номера атомов, входящих в данный радикал, упорядоченные по возрастанию. Данный алгоритм аналогичен алгоритму построения матрицы расстояний D. Только в случае использования его для несвязных графов, вершины, принадлежащие несвязным подграфам, будут недостижимы. Выбранные номера атомов достижимых из одного из радикальных центров (піц или ту), и составляют соответствующий радикал. 3. Используя полученные номера атомов каждого радикала, строятся матрицы смежности радикалов по следующему правилу: Если радикал представлен атомами с номерами i, j, k, m, ..., ъ, причём і j k m .... z, то матрица смежности данного радикала примет вид, согласно формуле (33). Элементы данной матрицы переносятся из Алгоритм нахождения номеров атомов выделенной химической структуры 1. Строится матрица расстояний D по измененной ММС молекулы. 2. Выбираем і-ю строку D - соответствующую первому радикальному центру; 3. Перебираем все недиагональные элементы и заносим в массив номеров атомов 1-го радикала, номера j если dy 0; 4. Выбираем г-ю строку D - соответствующую второму радикальному центру; 5. Перебираем все недиагональные элементы этой строки и заносим в массив номеров атомов 2-го радикала номера к, если 6± 0. Алгоритм построения матрицы смежности по списку выделенных номеров исходной матрицы 1. Начало цикла по к - перебираются строки искомой матрицы (размер матрицы определяется по размеру искомого массива номеров); 2. Начало цикла по j - перебираются элементы k-й строки (j-й столбец) искомой матрицы; 3. В элемент искомой матрицы k-ё строки j-ro столбца заносим элемент исходной матрицы, номер строки которой определяется из к-го элемента искомого массива номеров, а номер столбца из j-ro элемента искомого массива номеров; 4. Конец циклов.

Особый подход применяется при рассмотрении связей с участием атома водорода, т.е. R-H. Это связано с тем, что в базовом алгоритме связи R-H фактически не рассматриваются, т.к. учет атомов Н осуществляется в кодах элементов главной диагонали. В данном случае матрица смежности радикала R отличается от матрицы смежности молекулы RH только тем, что атом, от которого отрывают Н, помечается как радикальный, изменяется код соответствующего элемента главной диагонали. Отметим, что атомы водорода соединенные с одним и тем же многовалентным атомом, полагаются нами эквивалентными, и значения D(R-H) соответствующих связей будут равны.

Математическая модель и алгоритмы, представленные в главе 3, программно реализованы в классе TBDEnergy. Данные класса включают в себя объекты класса TConMatrix, представляющие молекулу и два радикала. Конструктор класса TBDEnergy по объекту класса TConMatrix, представляющий реагент реакции (молекулу), номерам атомов, связь между которыми разрывают, создает объекты класса TConMatrix, соответствующие продуктам реакции (радикалам). Методы класса выводят информацию о реагенте и продуктах реакции, по которым рассчитываются их энтальпии образования, а затем и энергия диссоциации указанной связи.

Для выполнения прогнозирования энтальпии образования, энергий диссоции химических связей и ввода химических структур в базу данных необходим удобный и интуитивно понятный для пользователя компьютерный ввод структурной информациии об органических соединениях, а также перевод ее в вид оптимальный для выполнения расчетов. Решение данных задач представляет собой немаловажный этап при разработке расчетных программ.

В настоящее время на рынке программных продуктов имеются такие пакеты программ как HyperChem, ChemOffice, ISISJDraw и другие, имеющие графические интерфейсы для ввода информации. Но данные продукты являются коммерческими. Получение исходных кодов данных разработок сопряжено с большими финансовыми затратами, если вообще возможно. Поэтому в рамках нашего проекта необходима разработка собственных средств ввода и представления информации.

Наиболее привычным и общепринятым способом изображения органических соединений является структурная формула, которая и была выбрана в качестве исходной для графического изображения органических соединений на экране. Как было представлено в предыдущей главе, для расчетного прогнозирования термодинамических характеристик на базе аддитивно-группового метода мы выбрали модифицированную матрицу смежности. Таким образом, рассматриваемый этап включает в себя построение структурных формул органических соединений на экране компьютера с последующим созданием модифицированной матрицы смежности на базе графического изображения требуемой молекулы или радикала. Решению задач данного этапа посвящена настоящая глава.

Представление информации о графическом изображении химических структур в виде модифицированной матрицы смежности

Следующим шагом при разработке графического интерфейса следует перевод изображений органических соединений, представленных структурными формулам в формат необходимый для проведения вычислений. То есть, перевод графической информации, заключенной в списке атомов и списке связей, в модифицированную матрицу смежности. При этом задача построения матрицы смежности для одного химического соединения выполняется в два этапа. Это связано с тем, что позволяется изображать несколько структурных формул одновременно. Таким образом, на первом этапе строится матрица смежности, включающая в себя все атомы, изображенные в поле окна программы. А затем строится матрица смежности для выбранной структурной формулы.

Для выполнения расчетов химическое соединение выбирается. При попадании в данный момент курсора на связь или атом запоминается указатель на данный атом или один из атомов, образующих данную связь. Далее строится ММС. Ее размерность определяется количеством записей в списке атомов. На главной диагонали записывается код, несущий информацию об идентификационном номере химического элемента, количестве химически связанных с ним водородов, валентности и количестве неспа-ренных электронов (см. Глава 2). Недиагональные элементы матрицы первоначально заполняются нулями, а затем по списку связей (по номерам атомов, между которыми имеется химическая связь) определяется недиагональный элемент, в который записывается порядок связи. По запомненному указателю на атом определяется его номер в списке. По этому номеру находятся номера атомов, входящих Б выбранную структурную формулу по алгоритму нахождения номеров атомов выделенной химической структуры, и строится искомая матрица смежности, используя алгоритм построения матрицы смежности по списку выделенных номеров исходной матрицы (см. Глава 2). Далее полученная модифицированная матрица смежности используется для выполнения требуемых расчетов.

Выше описанные алгоритмы использовались при создании графического интерфейса, послужившего связующим звеном, дающим пользователю простую возможность ввода информации об органических соединениях в виде структурных формул, для дальнейшего ее использования в программах, реализующих расчетные методы предсказания термодинамических характеристик. Создание данного интерфейса является одним из важнейших шагов в работе, проводимой нами по созданию базы термодинамических данных нового поколения.

Идеи и алгоритмы приведенные в этой главе программно реализованы в отдельном модуле. Где представлены определения типов записей, представляющих атомы, химические связи и бензольные кольца, и класс TChemStructure, представляющий ядро графического интерфейса

Данные класса включают указатель на рабочую форму, в которой реализуется редактор, списки записей атомов, химических связей и бензольных колец, объекта класса TMatrix, указатель на выделенный атом и индикаторов изображения атомов водорода, создания матрицы смежности (объекта класса TMatrix). Методы класса TChemStnicture выполняют добовление атома, связи и бензльного кольца в соответствующие списки, а также их удаления, изменение свойств этих объектов, перерисовывания изображения в рабочей области, построения матрицы смежности.

Разработанное ядро графического интерфейса позволяет легко модифицировать редактор структурных формул и использовать его в различных задачах, связанных с вводом химических структур.

Похожие диссертации на Математические модели и программный комплекс предсказания энергетических характеристик органических соединений и процессов их радикального распада