目录 第一章化学信息学与 Internet………………………………………(1) 第一节化学信息的构成及化学信息学… 第二节因特网( nternet)概述 第二章化学化工网站与网上数据库…………………… 第一节通用信息检素引………………… 第二节重要的化学化工综合网站 甲,甲 第三节网上化学结构数据库、反应数据库和物性数据库 (16) 第四节网上化学化工分类信息与信息资源……… 附1. IUPAC专业分会与组织…………………… 附2.美国化学会(htp://www,acs.org)… 附3.网上化学信息资源 第三章化学化工文就检录 第一节文献概述……… (40) 第二节美国《化学文摘)(印刷出版物)… 第三节CA素引和手工检索方法 第四节CAS的电子出版物… (49) 第五节 CA on cD的使用方法… 第六节美国科学信息研充所SI和《科学引文索引》SCI简介 …(55) 第七节其他文献数据库… 附1.CA主题分类………………………………………… (63) 第四章网上专利检索… …(67) 第一节中国专利文摘数据库………… 甲p·4占非 (67) 第二节北京市经济信息中心的中国专利页…… ……(68) 第三节美国专利数据库… …(71) 第四节其他专利数据库与知识产权保护组织 由,,,,击中、,市 (74) 第五章化学实验数据统计与谱分析…………… ……………(77) 第一节实验数据的统计分布 …(77) 第二节分布的数字待征计算 第三节化学分析的采样 …………………………(82) 第四节比较实验……… ………………………………………(84) 第五节回归分析…………… (87) 第六节数据的最小二乘平滑处理 (93) PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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目录 第七节曲线拟合和谱峰分辨……………… 第八节谱的微分与积分 (96) 第六章科学数据处理与绘国工具软件 Origin (98) 第一节 origin的窗囗组成………………………… 第二节数据的输入、编辑和保存 第三节数据的统计处理… ……………………………(102) 第四节数据关系的图形表 ………(106) 第五节谱与曲线的处理… ……(111) 第七章化学中的多元分析方法 115) 第一节化学与多元分析 (115) 第二节相关分析与变量分组 ……(121) 第三节降维、信息压缩与显示技术 (125) 第四节分类与判别 …………………(128) 第五节聚类分析 ……(132) 第六节因子分析 …………………(133) 第七节其他的信息挖掘技术 (137) 第八章化学结构的表示与可视化 …………(142) 第一节分子拓扑结构的矩阵表示与矩阵指数 (143) 第二节分子拓扑结构的线性标记方法… (145) 第三节有机分子结构式绘图软件 Chem Windo ……(151) 第四节分子几何结构的表示 …(154) 第五节三维分子结构显示软件 Weblab viewer Pro (158) 第九章分子结构信息与分子设计…………… …(164) 第一节分子及其聚集体的计算与模拟方法评述…… (164) 第二节定量构效关系方法………… …(171) 第三节分子设计中的重要参数 ………(177) 第四节分子计算与模拟敦件举例 (181) 第五节分子建模与分析软件 HyperChem功能简介…… …(182) 第六节分子与材料设计简介…………………… …………………(186) 第十章化工过程计算与仿真 …(193 第一节物性估算 ………(194) 第二节化工仿真软件PrSm简介……………………………………(205) PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第一章化学信息学与 Internet 第一节化学信息的构成及化学信息学 .什么是化学信息 什么是信息?信息是“含义”,是一种“代码”,它被用来精确地描述物体或事 件(以消除不确定性)。信息是独立于物质和能量以外的自然的第二属性。例 如,生物基因包含了物种遗传所需的生物信息,语言是人们用来表达思想、情感 和传递知识的人类信息。计算机和网络通讯中的二进制编码是现代信息技术的 基础。当今世界是信息社会,信息已经成为与材料、能源同等甚至更为重要的资 源,成为促进和发展科学、教育、政治、经济的基础。 化学信息包括化学化工及其相关领域的科学研究、化学工业生产技术、投资 与商务活动教育与教学过程中所涉及到的化学结构的信息、化学与化工反应信 息、图谱与物理化学性质等数值信息、化学文献信息、专利、化学化工商务信息、 远程教学、远程会议与在线交流、网络上的其他信息等等。更为广义的看法认为 化学信息应该包括化学过程中分子间的相互适应相互识别,例如在超分子的化 学形成过程和分子自组装过程中所表达的分子信息。化学信息学是化学、化工 与信息科学、计算科学的交叉学科,它涉及化学化工信息的获取、管理、处理与控 制、计算推演与模拟和图形表示的技术与方法。学习化学信息学的目的就是要 培养学生的信息意识和提高获取信息的能力。 化学是一门古老的科学。在很长的发展历史中,积累了大量的实验事实数 据与文献。在中世纪,炼丹术的秘方是由师傳通过口授方式传递给他的徒弟的; 15世纪以后,化学信息开始以教科书的方式传递;从19世纪开始,科学技术的 飞速发展引起信息的大爆炸;近50年来,新的实验方法、实验技术所产生的信息 量极其浩繁,化学文献更是以每年数倍的速度迅速增加。近代科学的显著特点 之一,是学科之间的相互渗透。化学家为了进行科学研究所需要的信息范围甚 广,所涉及的学科范围很宽。随着以计算机与网络为标志的现代信息技术的迅 速发展,化学信息的数量日趋增加,形式也呈现多样化。 今天,被称为信息高速公路的 Internet(因特网)上存在着数以百万计的计 PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第一章化学信息学与 Internet 算机主机, Internet上的信息就分布在这些世界各地的主机上,信息资源极其丰 富,约占全部信息资源的20%以上,随着图书情报界、图书出版界进入网络化 电子化和图书馆虚拟化的时代,这个百分数正在迅速增加。 Internet是当今世 界上最大的信息传播媒介,它把世界的各个大学机构和研究室联系在一起,把 学习者、教育者、研究人员联系在一起,共享各种信息资源。 World Wide Web极 大地影响着化学信息学的形成和以后的发展。在线文献检索、在线数据库检索 在线交流远程学习和远程计算都已经成为现实。因此,在信息时代,对化学文 献、化学数据仅仅以传统的方式处理和传递就不会适应实际的需要了,必须学习 运用计算机管理、处理和表达化学信息,通过互联网获取与传递化学信息。 获取化学信息的三个基本途径是:检索、阅读文献;实验测量、查阅数据或图 谱、数据处理;根据已有化学知识和物理定理通过计算机推演、大规模计算预测 与模拟或再现化学结构、化学性质和化学过程。这三个基本途径效率的提高大 都得益于计算机技术和互联网通讯技术的高速发展。 化学信息学领域范围 化学信息学曾经被狭义地定义为化学文献学,主要是指化学、化工及其相关 领域文献的检索与利用,而计算机与信息技术的发展和日益普及大大地拓展了 它的内涵。现在,化学信息学( Chemical Informatics)是以化学、化工、计算机与 信息技术为基础的边缘学科,并涉及生物、材料、环境、能源、地球与空间资源、冶 金、器件(传感器、分子器件与纳米机器)等相关领域,它包括以下大个方面: ●化学、化工文献学传统方式的和电子与网络时代的文献信息检索与个 人资料管理; ●化学知识体系的计算机表示、管理与网络传输:化学结构、化学反应的计 算机表示,化学数据库技术,化学信息的网际通讯语言; 化学图形学:化学信息可视化和虚拟技术,化工制图; ●化学信息的解析与处理:化学实验设计,实验数据处理,图谱的分辨与解 析,生物分子的信息解析,多元分析与数据挖掘技术 ●化学知识的计算机推演:结构与性质关系,分子及其聚集体系的计算与 模拟,分子与材料设计,化学反应的分析与设计化工过程计算与仿真,专家系统; ●化学教育与教学的现代技术与远程信息资源。 3.化学信息学的成就与发展 化学信息科学在近年来最值得注意的成就之一是化学结构的计算机编码和 图形检索方法的发展。传统的文献信息产品经过发展与转化后无一不可实现电 子化网络化,例如,美国《化学文摘》(CA)的光盘版 CA on cD《科学引文索引》 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第一节化学信息的构成及化学信息学 (SCI)的网络版 Web of science和 Chemistry Server等。 化学计量学中的多元统计分析、人工神经网络、遗传算法、小波分析等先进 的数据挖据技术在化学的许多领域都有成功的应用。 今天化学领域的知识并非都来自于传统实验室的经验测量,其中部分是根 据已有知识和定理通过计算机推演、大规模计算预测与模拟得到的。美国化学 会在期刊 Journal of Chemical Information and Computer Sciences(化学信息与计 算机科学)上增加了副标题“ Includes Chemical Computation and Molecular Mod eling”(包含化学计算和分子建模)。化学信息学正在设法提供一个以用化学结 构为框架的通用化学语言来组织化学领域的全部知识 近年来,可视化和虚拟技术、分子建模和计算化学、分子的物理性质和光谱 技术、化工仿真技术取得了巨大成功,影响着化学、化工信息产品的发展,例如 ChemOffice、 Cerius2、 WebLab Viewer、 Gaussian、 MOPAC、 AspenPlus、 Designll winson,等等。有些软件在 Internet上甚至可以免费得到。典型的化学信息产 品有:网络与文献信息产品,分子建模图形与设计软件,化工仿真与工艺设计软 件,化学化工专家系统,化学化工数据库(化学与物性数据库,化学反应数据库, 晶体结构数据库图谱数据库,基因、蛋白质等生物大分子数据库),各种化学应 用软件,化学教学课件与远程课程等。 化学信息学将在以下领域取得进展 化学3D结构的计算机表示、存储与检索; 合成反应的自动分析; 化学信息的网络传输; 大型化学化工数据库 与数据库相结合的化学化工数据挖掘技术 高效率的非局域优化技术; 化学信息的可视化技术与虚拟技术; 分子动力学从头算方法; 生物大分子建模、构象分析与第一原理计算; 基因、蛋白质分子的生物信息解析; 溶液结构 分子器件、纳米组装的模拟与计算; 材料结构与物性; 相图计算与化工过程仿真技术; 远程教育系统。 我国的现代计算机化学与技术研究起步于20世纪70年代,南京大学忻新 泉教授运用计算机开始在数值处理和非数值运算方面展开工作,并率先在南京 PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第一章化学信息学与 Internet 大学开设了计算机化学类课程推动了我国计算机辅助化学教学的研究活动;中 国科技大学张懋森教授开展计算分析和专家系统领域的研究工作,并成为1984 年我国的第一本计算机化学期刊《计算机与应用化学》的主编;中国科学院上海 冶金研究所陈念贻教授将化学模式识别和计算机模拟方法应用于材料研究;中 国科学院北京化工冶金研究所许志宏教授提出建立化学化工数据库。国内还有 许多学者在计算机化学和计算化学的重要领域中作出了贡献:中国科学院上海 有机化学研究所郑崇直教授、湖南大学俞汝勤教授、中国科学院长春应用化学研 究所许禄教授、中国科学院药物研究所嵇汝运教授、中国药科大学安登魁教授、 清华大学胡鑫尧教授北京化工大学麻德贤教授南开大学林少凡教授等。 第二节因特网( Interne)概述 Internet是由异型计算机、异型系统、异型网络系统协议所组成的联系世界 150多个国家和地区各种大大小小计算机网络的互连体,正像其英文名称所表 现的: Internet= Interconnect+ Networks 20多年前,计算机只能在高规格的实验室看到, Internet还只是美国很少的 几台大型计算机连成的网络,使用者只限于个别国家的小部分研究人员。在那 个年代,“个人计算机”这个概念都显得很荒谬,更不用说把无数台计算机连成一 个全球网络了。科学发展史表明,任何一种成功的新技术对社会的贡献都在于 它可以扩大人类的潜能。 今天的信息高速公路 Internet具有在瞬间跨越万水千山交流信息的能力, 使得人与人之间的距离缩短了,世界变小了。一进入 Internet即可领略到其信 息海洋之浩瀚:在 Internet上可以轻而易举地到达世界各国的站点,到达许多公 司、机构、大学的计算机,浏览或索取他们公开的软件或信息;可以参加各种各样 的新闻组或电子论坛;可以发布自己的消息;可以查寻几乎所有的信息;可通过 主题、特定的关键词和词组或描述性语言来检索 Internet站点上提供的数据库 信息。 Internet已成为一种全球性的文化现象,成为并列于电视、电话的第三大通 信系统。 Internet中的各个子网络由不同的国家管理,但又不受国界的限制,它 们在网上维系着各自不同的风格和习俗而又协调地交叉在一起。现代信息社会 把信息作为最重要的资源和产业,它和材料、能源一起并列成为社会物质和精神 活动的三大重要资源。据估算,有效地利用信息、合理地提取其中的有用成分能 产生数倍的附加经济效益。目前只是处于 Internet时代的黎明,它的发展将对 社会进步、科技发展、经济增长等起越来越重要的作用。信息技术已成为世界各 国在科技战线上争夺的战略制高点。 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第二章化学化工网站与网上数据库 化学信息的需求是多方面的除了大量的化学专业信息以外,还会涉及物 理、数学、天文、地质、环境、计算机技术、工业技术、市场投资、金融、法律、教育。 我们应根据不同需要掌握一定的检索技巧,灵活运用各种检索策略,学习在In ternet上快速准确、全面地获取信息的方法。 Internet上的www( World Wide Web)环球网是一个可以检索 Internet上 几乎所有信息资源的信息查询系统,它利用超级文本的格式将相关联的信息文 件有机地组织在一起。WwW中的超文本( Hypertext)像 Windows中的帮助文 件,其中每个关键词都被用高亮度的色彩显示,但它的功能又远远超过帮助文 件。WWW的超文本文档形式不仅限于文本,而且是图文并茂、色彩丰富并可 带有声音、动画等影视信息的超媒体,具有超出常规描述的多种传播媒体所具有 的功能。这些文档往往带有超级链接(超级链接就是用醒目色彩的文字或图片 链接着与它们有关的背景材料和参考文章或图片等,简称超链接),使得浏览者 只需轻轻地点击它就可以非常方便地进入被链接处,可以从一篇文章转移到相 关内容的另一篇文章、从一台主机转到另一台主机浏览下去。 nternet的发展十分迅速,一方面信息非常广泛而且很多信息在定期或不 定期更新,另一方面信息资料的混乱度也在增加,信息的平均质量严重下降,系 统化整理成本越来越高。人们不得不花大量宝贵时间去阅读价值不大的资料。 因此,信息质量的重要性远胜过数量,信息挖掘的深度胜过广度。 Internet信息 检索工具尤其是第二代检索工具可以帮助用户系统地浏览所要检索的目标,筛 选和提高信息检索的速度和质量。 Internet上的化学资源非常丰富,除了有提供通用信息检索的网站以外,还 出现了针对化学领域的综合性信息服务和各种化学化工专业的站点。它们有些 提供文献和化学化工信息检索,有些提供各种化学数据库,有些是化学论坛,还 有些是为化学品化学仪器、化学软件采购提供帮助。 化学数据库包括化学文献数据库、化学结构数据库和化学物质的物性数据 库。数据库不仅提供原始数据,也是进行信息再加工的数据源,在科学研究和工 程技术领域有着非常重要的作用。功能强大内容丰高的大型数据库应用范围 广,而小型实用的专业数据库价格便宜使用方便。随着 Internet的普及与发 展许多数据库提供网上查询服务。化学文献数据库在其他章节中介绍,本章中 的数据库主要是指结构数据库、反应数据库和物性数据库 PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第二章化学化工网站与网上数据库 第一节通用信息检索引擎 Internet检索工具一般具备以下功能:首先有一个简单易用、功能强大的前 端界面,使得查询方式容易设定;检索方式比较完备,可以按用户所需的方式进 行查询;检索结果具有较好的准确性和可读性,且检索速度较快。网络检索工具 大都采用 Server/ Client结构和交互式的 windows前端界面,检索途径多,可使 用“书签簿保留检索历史,在检索窗口中按一定规则输人检索式,发出检索命令 后即可得到检索结果。检索结果通常包括题目内容简介、URL地址等,由此可 进行更进一步的检索,获得更详细的内容。由于检索引擎能够帮助用户在比较 少的时间里方便地找到所需要的信息资料,因而成为用户上网的基本辅助工具。 wwW是 Internet上最先进的网络信息检索系统,它把超文本技术、网络技 术和多媒体技术融为一体,并把 Internet上的信息按一定的规则组织起来,以提 供进一步的查询。从1994年Yaho问世以来,已经开发出许多WwW检索引 擎,有记录可查的检索引擎数量就达到2500个左右。其中既有大型综合型的 通用信息检索引擎,也有在特定领域里发挥作用的专业检索引擎。检索引擎的 功能也有不少发展,第一代检索引擎是根据关键词在主页中的位置和出现频率 来计分和排序,而第二代检索引擎以用户访问该网站时所花费的时间来确定它 的人气指数或者根据该网站被其他网站链接数量来确定它的等级,并向用户返 送这些信息。 I.Yahoo(http://www.yahoocom Yahoo主页见图2-1。Yaho提供按主题词分类的索引,并且有功能完备 的检索方式,非常有效,但也异常拥挤,每天有上千万人次访问该节点。它已经 开发了很长时间,由很多编辑人员维护,所以质量非常高。Yaho是目前最常用 的检索工具,当不知去哪里时,在 Yahoo上检索是找到好站点的最好方法,初学 者也可以从那里找到较专门的站点。 使用 Yahoo检索非常简单,输人主题词后点击“ Search”按钮,或者点击 dvanced Search"(高级检索)即可。它将返回三种信息 (1)满足检索条件的Yaho的目录(用户可以利用这些目录进行交叉引 用); (2)满足检索条件的WWW网站; (3)含有网页索引的Yaho目录。 Yaho提供了全面的分类体系,它将WwW服务的节点按主题词建立分类 索引。我们还可以按这个分类来检索检索的方法是先选出分类的超链接,在 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建w. fineprint.cn
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第·节j用信总粒索引擎 F回因 File Ecit:iew o Beolnerk01 n3 Directory里re1p三 巴」則蝴鹧」 °aton:「 htp /yahoo com that'sRex?nats Cool?] Destinations et eura Psoclelse wate @-@ YAHOO! 69-8- Yason: Aurore stant stock Alerts as Yahoo! Mat 3:出:出 Yaheal ShoutingDnd eme, wmm geass, mts hewn 32e aNEi takata s.ran 型·E的如( Nts< Humanities News Meria i DhMt-byy um, dd Business E tono i sport PM4 25Is1 al: Connect: Host wry yahe co contacted Talting for reF a ctxx浏览器目图《小内容为Yahx主页) Yahx查洵结果面中具有下划线的均为Y:hx)分类的超链接,如¨ Busines A 上ckmy(商务与经济)、“Kgad(地).“ Education(教育).“ SeIenc(和 学)等等。在选择分类的超链接后,从 Yahe)饿会得到个查询界面,此时 按其查询要求进行进一步查询 Ythx还提供一些简单的高级查诲,不用通过分类索引直接检索关键词 利用这种方法用户可以省去很多分类檢索的步骤,但是注意便用的关键词的含 义要相对窄一些。例如.对" chemistry的检索,会使你面对数万条检索结果 去了检索的意义 对输入的关键词.Yah∞x提供↓种检索方式和2种檢索范围它们昰 Intelligent default¨(默认的智能方式).“^ n exact phrase match'(精确词组t 方式),“ Matches on all! word"(AN).单词之阃是“与”关系).“ Matches (ar: an word”(OR,单词之间是“或”关系):"Yhx( a:Gorie s”(在Yaho的分类网页泡 围内检索)、" Web sites”(在Yhwx提供链接的WWW站点上检索)\aiκκ还 提供在 Usce!:检索,其中“ intellige t default”是将输入的词作为个于出 例如输入"meth”,那么Ylkx∞将检索 methyl(甲基)、 methamphetamine(脫氧庥 该碱)和mehd(h法)等。点击“ Advanced Search“超链接,可以进行检索为式 和检索范的选择设置。 PDF文件使用" pdffactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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第二章化学化工网站与网上数据库 例2-1检索关于Cu与吡啶( pyridine)的反应的信息。 (1)点击" Advanced Search"; (2)输人关键词“ Cu pyridine”或“ Copper pyridine"; (3)将检素方式设为 Matches on all words(AND)”; (4)点击“ Search”可以检索到数千条有关信息。 在本例中,如果选择关键词“ Copper pyridine reaction",缩小检索范围,检索结果 的词条还可以少一些。对检索一些不能分开的词组如“ Organic Chemistry",Ya hoo规定该词组用双引号“"标记即输入“ Organic Chemistry" Yahoo在高级查询上有些缺陷,如没提供“NEAR”等。但是Yaho在其主 页的末尾提供了到其他检索引擎如 altavista、 Lycos等的超链接,如果用户在 Yahoo上查不到所需资料,可以通过链接到这些地方去检索,从面起到一定的补 充作用。 2.其他检索引華 第二代检索引章:网站的质量反映在它内容的丰富性准确性以及满足用户 需求的程度上。第二代检索引鍪以被其他网站链接和以大多数用户访问的情况 认定一个网站的质量,它们的代表有 http://www.googlecom http://www.links2go.com(linkToGo http://www.Directhit 精选网站捡索引章:它们提供高质量的网站,对所挑选网站的质量以星的多 少来表示。一个网站的星越多,则其内容越好。 http://www.Aboutcom(about让各行各业的专家推荐他们所在行业的最 佳网站) http://www.eblAst.com(britannica不列颠百科全书精选网址); http://www.Refdesk.com/index.htmlReferenceDesk参考文献检索 擎)。 大型检索引華AlTheWeb(htp://www.AllTheWeb.com,htp://www. ussc alltheweb. com); AllTheWeb是目前 Internet上收录网页最多的检索引擎 (约有2亿个),他们计划收录10亿个网页。同时他们认为 AllThe Web的检索 速度最快,敢于标明用户每次检索所用的时间。 待色检索引鼙 http://www.Meta-list.net(MetaList收录有20多万个邮件列表); http://www.Findwhat.com提供产品与服务信息); http://www.Infojump.com收录近4000种报刊的500万篇文章)。 PDF文件使用" pdfFactory Pro"试用版本创建ww. fineprint.cn
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