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结合Python的分析化学参数提取自动化
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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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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