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结合Python的分析化学参数提取自动化

更新时间：2019-12-20 21:17:30 大小：1M 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对理论化学研究中提取参数效率较低的问题,借助Python中列表生成技术和线程模拟技术,提出一种Wfnauto算法,并使用该算法对几类代表性wfn文件进行测试.测试结果表明,Wfnauto算法可显著提高分析化学参数的提取效率.


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结合Python的分析化学参数提取自动化.pdf 1M

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（ ）  
吉 林 大 学 学 报 理 学 版  
第
卷
第
期
５６  
４
Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．４  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
（
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ ＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ  
ꢀ ꢀ  
）
年
月
２０１８  
ꢀ
７
Ｊｕｌ ２０１８  
ｙꢀ  
ꢀ
ｙ
ꢀ
研究简报  
：
／
ｄｏｉ １０．１３４１３ ．ｃｎｋｉ．ｄｘｂｌｘｂ．２０１８．０４．３３  
ｊ
ｊ
结合  
的分析化学参数提取自动化  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
，
１２  
１
１
，
闯 马海龙  
３
，
，
李
王海燕  
崔文超  
ꢀ
（ ，  
吉林师范大学 计算机学院 吉林 四平  
１．  
；
１３６０００  
， ，  
吉林大学 理论化学研究所 理论计算化学实验室 长春  
２．  
；
１３００２１  
，
锐曼智能装备有限公司 广东 深圳  
３．  
）
５１８０５７  
： ，  
摘要 针对理论化学研究中提取参数效率较低的问题 借助  
中列表生成技术和线程  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ａｕｔｏ  
，
模拟技术 提出一种  
，
算法 并使用该算法对几类代表性  
文件进行测试 测试结果  
．
Ｗｆｎ  
ｗｆｎ  
ａｕｔｏ  
，
Ｗｆｎ  
表明  
算法可显著提高分析化学参数的提取效率  
．
：
关键词 自动化  
；
；
参数 分析化学  
Ｐｔｈｏｎ  
；
ｙ
：
：
Ａ
：
文章编号  
１６７１５４８９２０１８０４０９６９０４  
ꢀꢀ  
（
）
中图分类号  
文献标志码  
ＴＰ３１  
ꢀꢀ  
－
－
－
ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＰａｒａｍｅｔｅｒＥｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｎＡｎａｌｔｉｃａｌ  
ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ  
ｙ
Ｃｈｅｍｉｓｔｒ ＣｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＰｔｈｏｎ  
ꢀ ꢀ  
ｙ
ｙ
ꢀ
，
１２  
１
１
３
，
，
，
ＣＵＩＷｅｎｃｈａｏ ＬＩＣｈｕａｎ ＭＡ Ｈａｉｌｏｎ  
ｇ
ＷＡＮＧ Ｈａｉａｎ  
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇ
（
， ， ， ，  
１．Ｃｏｌｌｅｅｏ Ｃｏｍ ｕｔｅｒ ＪｉｌｉｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｓｉｉｎ １３６０００ ＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ Ｃｈｉｎａ  
ꢀ
；
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｇ
ｆ
ｐ
ｙ
ｐ ｇ  
ꢀ
，
２．Ｌａｂｏｒａｔｏｒ ｏ ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＣｏｍ ｕｔａｔｉｏｎａｌＣｈｅｍｉｓｔｒ  
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｙ ｆ  
ꢀ ꢀ  
ｐ
， ， ，  
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏ ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＣｈｅｍｉｓｔｒ ＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ Ｃｈａｎｃｈｕｎ１３００２１ Ｃｈｉｎａ  
ꢀ
；
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｆ
ｙ
ｙ
ｇ
ꢀ
， ， ， ，  
３．ＲｕｉＭａｎＩｎｔｅｌｌｉｅｎｔＥ ｕｉ ｍｅｎｔＣｏ．Ｌｔｄ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５７ Ｇｕａｎ ｄｏｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｃｈｉｎａ  
ꢀ
）
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｑ ｐ  
ꢀ
ｇ
ｇ
ｇ
ꢀ
：
，
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｉｍｉｎ ａｔｔｈｅ ｒｏｂｌｅｍ ｏｆｌｏｗｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｏｆ ａｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒ  
ｇ ꢀ ꢀｐ ｙ  
ꢀ ꢀ ꢀｐ ꢀ ꢀ  
ꢀ
ｙ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
，
ｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌ ｏｆｌｉｓｔ ｅｎｅｒａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｕｅａｎｄｔｈｒｅａｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｕｅｉｎＰｔｈｏｎ ｗｅ ｒｏｏｓｅｄａ  
ｑ ꢀ ｑ ꢀ ꢀｙ  
ꢀ ｐ ꢀ ꢀｇ ꢀｐ ｐ  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ａｕｔｏ  
ꢀ
Ｗｆｎ ａｌｏｒｉｔｈｍａｎｄｕｓｅｄｔｈｅ ｒｏｏｓｅｄａｌｏｒｉｔｈｍｔｏｔｅｓｔｓｏｍｅｔ ｉｃａｌｗｆｎｆｉｌｅｓ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗ  
ꢀｐ ｐ ꢀｇ ꢀ ꢀ ꢀｙｐ  
ｇ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ａｕｔｏ  
ꢀ
ｔｈａｔｔｈｅＷｆｎ ａｌｏｒｉｔｈｍｃａｎｓｉｎｉｆｉｃａｎｔｌ ｉｍ ｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃ ｏｆ ａｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｉｎａｎａｌｔｉｃａｌ  
ｙ ꢀｐ  
ꢀｇ ꢀ ꢀ  
ꢀ
ꢀ
ｇ
ꢀ
ｙ
ꢀ
ｐ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ｙ
ꢀ
ｃｈｅｍｉｓｔｒ ．  
ｙ
：
；
；
ｐ
；
Ｋｅ ｗｏｒｄｓ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｐｔｈｏｎ ａｒａｍｅｔｅｒ ａｎａｌｔｉｃａｌｃｈｅｍｉｓｔｒ  
ｙ
ｙ
ｙ
ꢀ
ｙ
ꢀ
［］  
１
，
是一种面向对象的解释型计算机程序设计语言 其源代码和解释器  
遵循  
Ｐｔｈｏｎ  
ＣＰｔｈｏｎ  
ＧＰＬ  
语言的语法简洁清晰 且具有丰富及强大的库 因此常被用于计算机相关的交叉学  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ｙ
ｙ
，
，
协议 由于  
．
， （  
也称为胶水语言 因其能把用其他语言制作的各种模块 尤其是  
／
Ｃ Ｃ＋＋  
）
轻松地联  
科研究中  
．Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
结在一起  
常见的一种应用情形是快速生成程序的原型甚至是程序的最终界面  
．Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
．
， ，  
分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成 测定物质有关组分的含量 确定物质的结构和存在  
［
］
２３  
－
， 、  
形态及其与物质性质间的关系等 主要包括定性分析 定量分析及结构和立体分析  
在实现理论化  
．
［
］
４５  
－
，
学分析过程中 经常需要提取  
，
一些必要的参数进行辅助分析 通常这些参数的获取都是人工进行  
， ， ， 、  
干预的 而实际情况下 一些不确定因素会影响人工操作 如人工输入的误差 人员脱离计算机的时  
：
收稿日期  
２０１７０７２８．  
－ －  
：
作者简介 王海燕  
（
—），  
， ， ， ， 、 ，  
汉族 博士 副教授 从事计算化学 约束程序设计和约束求解的研究  
Ｅ ｍａｉｌ ｌｓｄｗｈ ０８２０  
：
＿
女
１９８０  
－
ｊ
ｙ
＠
ｓｉｎａ．ｃｎ．  
： （  
基金项目 国家自然科学基金 批准号  
：
；
；
；
）
和吉林师范大学博士科研启动基金 批准号  
６１３７３０５２ ６１１０００９０ ６１１７０３１４ ２１４７３０６９  
（
：
）
２０１３０１８ ．  
（
吉 林 大 学 学 报 理 学 版  
）
ꢀꢀꢀ  
第
卷
５６  
ꢀ
９７０  
ꢀꢀ  
， ， ，  
间浪费等 导致参数提取效率低下 此外 理论化学中数据的分析有时是 指 数 级 的 人 工 操 作 效率  
．
低下  
．
，
针对上述问题 本文将化学分析参数提取与  
，
实现自动化相结合 提出一种自动化参数提  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ａｕｔｏ  
， ，  
中列表生成技术和线程模拟技术 依次自动化提取所需参数 规避  
Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
取算法  
该算法借助  
．
Ｗｆｎ  
ａｕｔｏ  
，
算法的优势 本文针对  
了手工输入的误差以及人员脱离计算机的各种时间浪费 为说明自动化  
．
Ｗｆｎ  
，
文件进行实验测试 为说明算法的效率提升作用 实验中将代表性 文件实例以不  
ｗｆｎ  
几类代表性  
ｗｆｎ  
．
，
同数量为基数分成多个群组 群组基数分别为  
，， ， ，  
分别在手工状态和自动化状态下进行参  
１５１０２０４０．  
，
数提取操作 选取的实例均真实有效 将这两种方法的求解效率进行对比的实验测试结果表明了自动  
．
ａｕｔｏ  
，
化参数提取算法的优势 进而证明  
算法能有效提升理论化学中数据分析的效率  
．
Ｗｆｎ  
自动化参数提取算法  
１
ꢀ
问题描述 理论化学中许多求解问题都需要手工提取和计算 如表征物质热力学性质的一个重要  
．
ꢀ
１．１  
ꢀ
［］  
６
（ ） ， ，  
在求目标产物的生成焓值 计算过程中 欲求固体物质生成焓 而实  
Ｅｎｔｈａｌ ．  
ｐｙ  
状态参数  
生成焓  
，
验却只能给出 气 相 下 的 生 成 焓 则 需 要 借 助 气 相 焓 值 转 化 成 固 相 焓 值 利 用 两 个 对 应 的 关 系 式  
．
：
、
／
１２  
２
２
（
νσ  
β
）
ｔｏｔａｌ  
，
＋
γ
、
和
其中需要用到总表面积 表面正电势  
ＨＯＦｏｌｉｄ＝ＨＯＦａｓ－ＨＯＦｕｂ ＨＯＦｕｂ＝ Ａ ＋  
α
ｓ
ｓ
ｓ
ｇ
， 、 ，  
表面负电势等参数 而这些参数一般通过手工提取 在求爆速 爆压时 也有许多参数需要提取  
．
．
， ， ，  
在理论化学分析过程中 有些计算数值是指数级的 人工完成化学参数的提取 会基于人工特性  
，
，
掺杂 许 多 不确 定 的 因 素 且 各提 取 过 程的 衔 接 部 分 也 会 因 人 工 的 参与 而 浪 费 大 量 时 间 如 在 执行  
．
， ， ，  
的过程后 会根据提示输入选择计算的内容 此时人员如脱离计算机 计算机将接收不到任  
ｍｕｌｔｉｗｆｎ  
［］  
７
， ， ，  
何指令 只能等待 导致极大的时间浪费 因此 参数提取的自动化 成为亟待解决的问题 一方面  
，
．
．
； ，  
让机器自动完成路径及文件名的预处理 另一方面 实现参数提取及录入的自动化  
．
， ： ，  
自动化参数提取算法设计 通常情况下 理论化学问题中的人工参数提取过程为 首先 确定欲  
ꢀ
１．２  
ꢀ
， ； ，  
文件 并对其进行初始化 然后 依次在路径中找到这些  
，
文件 通过执行固定程序  
，
处理的  
ｗｆｎ  
ｗｆｎ  
， 、 、  
人工选择欲提取的参数 如固体物质的生成焓问题 要提取总表面积 表面正电势 表面负电势等参  
．
，
数 常规的人工参数提取过程的框架描述如下 循环 次执行  
ｎ
．
．
）
；
文件  
初始化  
１
ｗｆｎ  
ｍｕｌｔｉｗｆｎ  
手工输入预处理文件路径及文件名  
）
运行  
；
程序提取参数值  
２
）
；
３
）
提取过程中手工输入欲提取参数  
４
；
）
将结果输出到屏幕  
５
．
， ， ，  
显然 人工参数提取过程需要不断地人为参与 从路径和文件名的确定到提取参数的指定 都需  
， ，  
要不断与计算机交互 假设操作人员无人为错误 也不会疲倦 则这种不断交互提取的方式也亟待改  
．
，
变 要实现去除衔接时间外更进一步的效率提升 必须实现过程的自动化  
．
中的列表生成技术  
．Ｐｔｈｏｎ  
ｙ
ａｕｔｏ  
：
框架描述如下  
和线程模拟技术恰好可实现此目的 基于该技术的自动化参数提取算法  
．
Ｗｆｎ  
）
导入存放路径配置文件  
１
；
）
运行  
２
；
程序提取参数值  
ｍｕｌｔｉｗｆｎ  
）
将结果输出到文件  
３
．
ａｕｔｏ  
）
，
首先确定相关实例文件路径 并引入存放在固定路径下的  
算法的执行过程如图 所示  
１
Ｗｆｎ  
．１  
；
配置文件 其次获得当前目录下所有后缀为  
； ） ，  
由于需要依次处理相关文件 所以借  
２
的实例文件  
ｗｆｎ  
“
列表生成 式 生 成 预 处 理 实 例 文件 列表  
Ｐｔｈｏｎ  
”
； ）  
３
，
循 环 遍 历 所 有 文 件 依 次 提 取 欲 处 理 参 数  
；
助
ｙ
）
， ， ，  
在依次处理完相应文件后 打开存放输出结果的输出文件 如果没有此文件 则算法会自动创建  
；
４
）
借助调用线程模拟调用  
５
， ； ）  
程序 并把输出结果存到刚打开的文件中 在线程结束后关闭  
６
Ｍｕｌｔｉｗｆｎ  
相应文件  
．
人工方法与自动化方法实验比对  
２
ꢀ
ａ
ｕｔｏ  
，
自动化参数提取方法的优越性 本文将其与人工参数提取方法进行对比 实验环境  
．
为证明  
Ｗｆｎ  

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