Введение к работе
Актуальность темы. Разработка и создание экспертных систем в различных областях знания - одна из наиболее важных особенностей настоящего времени, открывапцая новые перспективы научного прогресса. Пример успешного применения искусственного интеллекта в химии - многочисленные экспертные системы, используемые для прогноза образования, структур органических соединений. Однако, когда речь идет о неорганической химии, следует констатировать, что экспертные системы для прогноза образования, структур и свойств соединений отсутствуют. Это тем более удивительно, что после работы Музера и Пирсона, их последователи не ограничились эмпирическим прогнозом в подобранном двух- или трехмерном пространстве свойств, но и опробовали ряд других подходов.
Все методы прогнозирования химического взаимодействия имеет ограничения, связанные с применяемым математическим аппаратом, с функциональными особенностями используемых ЭВМ. Кроме того, поскольку все или почти все исследователи изучали различные системы, классы химических объектов, накопленный опыт применения той или иной методики носит выборочный характер, не систематизирован, не обобщен. Быработкз в рамках одной базы моделей тактики и стратегии использования различных методик, позволила он существенно продвинуться на пути создания экспертной системы прогноза химического - взаимодействия неорганичесісих соединений и открыла бы новые- возмоаности для направленного химического синтеза з неорганической химии.
диссертационная работа выполнялась в соответствии с Координационным планом Отделения физико-химии и технологии неорганических материалов АН СССР по проблеме "Физико-химические основы полупроводникового материаловедения" (2.2І.І) и являлась частью систематических исследований, проводимых в Институте естественных наук БВД СО РАН по теме "Исследование закономерностей синтеза новых
-2-неорганяческих материалов на основе соединений молибдена, вольфрама одно-, двух- е.трехвалентных алеменгов", а также раздала 2.1.6 программы фундаментальных исследований Сибирского отделения АН СССР 03.03 "Химическая информатика".
Цель работы заключалась в исследовании-при помощи различных
методов классификационного прогнозирования особенностей химичес
кого взаимодействия в различных системах и классах неорганических
соединений. Проводился прогноз образований новых соединений в
молибдатных и оксидных ДЕойных и тройных системах. Для проведения,
подобного рода исследовэний необходимо создание базы моделей прог
нозирования, включающей различные методики проведения прогноза.
Это потребовало разработки сервисного обеспечения и системной
поддержи математических и программных моделей прогноза химичес
кого взаимодействия. Уточнение наиболее информативных признаков,
позволяющих глубже понять особенности взаимодействия исходных
компонентов.соединений, повлекло создание базы физико-химических
свойств, часто-используемых при прогнозе. '"'.;
Создание.указанного выше комплекса было осуществлено на'ЗЕМ EC-I033 и персональных компьютерах, совместимых: с IBM PC.
Научная новизна. Разработан и машинно реализован алгоритм дискретизации численныг признаков по обучаодей выборке с учетом критерия максимума информативности, что позволяет использовать численные признаки объектов (т.е. физико-химические свойства элементов и соединений) в символическом представлении в планируемой базе знаніій для построения эвристик. ;,
Предложена, применена'и отработана на модельных системах соединений, ранее нз применявшаяся.в неорганической химии, методика классификационного прогнозирования с помощью факторного анализа. В силі' достоинств, которые предложенная'.методика прогнозирования имеет ш сравнению с другими подходами, получены нзбсры инфсрма-
-3-ЕНформетивлах свойств, определяхицих особеїтссїії взаимодействия в различных классах ч системах неорганических соединений.
Дпл построения разделявяих поверхностей при эмпирическом прогнозе в пррстргнстве подобранных свойств и з пространстве получаемых факторов предлагается применение метода потенциальных функций.
Практическая ценность работы. Создана 6sse моделей прогноза химического взаимодействия неорганических соединений, включающая систему формирования понятий "Анализатор"; факторную и кластерную методику прогнозирования; метод потенциальных функций (собственно для іфогноза и для построения разделяющих поверхностей); графическое представление эмпирического прогноза в двухмерном пространстве выбранных свойств. Все математические модели объединены управляющим прогрэжным бчокої,' ж связаны через него с созданной базой дан-пых физико-химических свойств элементов и соединений.
База моделей прогнозирования позволяет-расширить возможности направленного химического синтеза, предсказывать образование новых соединений,' их структуру и физико-химические свойстве. .
Проведено прогнозирование е- экспериментально, подтверждено синтззом образование рада соединений в .тройной системе одно-, двух-, и трехвалентных молибдатов.
Разработанный паке? программ для сервисного обслуживания системы формирования понятий "Анализатор" (дискретизация численных признаков, создание описание двойных систем и вывода результатов; внедрен б Институте металлургии лН СССР.
На защиту выносятся: - применение методики классификационного прогноза с использованием факторного анализа.
- построение разделяющих тюверхлостей при іслассификационном прогнозе методом потенциальных функций.
разработка и реализация алгоритма дискретизации численных признаков по критерию максимума информативности для представления физико-химических свойств элементов и соединений в символьном виде .позволяющем строить эвристики в базе знаний.
создание базы моделей, интерфейса знаний для экспертной системы прогноза химического взаимодейотвия неорганических соединений.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на V и VI Всесоюзных школах-семинарах "Применение математических методов для описания и изучения физико-химических равновесий" (1985,1989, г. Новосибирск); V Всесоюзной школе "Физико-химические основы ьлектронного материаловедения" (1988, г. Иркутск); VI Всесоюзном совещании по химии и технологии молибдена и вольфрама (J988, г. Нальчик); VII Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (IS88 г. Фрунзе); IV Всесоюзной конференции ''Математические методы распознавания образов" (1989, г. Рига); на ежегодных научных сесиях БНЦ СО АН СССР (1985-1989, Г. Улан-Удэ).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано -в Ю статьях, в 11 тезисах докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введення, пяти глав, заключения» списк%цитируемой литературы (135 наименований) и іпжлоаения, содержит 19 рисунков, 15 таблиц. Основной текст составляет 142 страницы.