Bài giảng tin học ứng dụng trong hóa học - Đại học Thái Nguyên

  • Published on
    07-Apr-2016

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

 

Transcript

  • I hc thi nguyn trng I hc s phm

    Khoa Ho hc

    TS Mai Xun Trng D : 0912.739.257 CQ : 0280.3856.853 NR 0280.3759.402

    Bi ging

    Tin hc ng dng trong ho hc(2 tn ch)

    (TI LIU LU HNH NI B)

    Thi nguyn, 2011

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    1

    M u

    Tin hc trong ha hc (chemometric) hay ho tin (computational

    chemistry) l danh t dng ch mt lnh vc khoa hc kt hp ton

    hc - m ch yu l phng php tnh - vi my tnh gii cc bi ton ho hc.

    Ho tin bao gi cng c cu thnh bi ba yu t: thut ton (algorithm), on

    chng trnh my tnh (computer code) v ni dung ho hc.

    Tin hc ng dng trong ha hc c th hiu l cc phng php tnh ton trn

    my tnh gii cc bi ton ho hc v khng c tnh c th y . Tc l c th

    c nhng phng php ch dng gii cc bi ton ho hc, thng l nhng phng

    php t hp cu thnh bi ton ln nh ho lng t (quantum chemistry), m phng

    ng lc phn t lng t (quantum molecular dynamics simulation), v c nhng

    phng php khng ch c dng trong ho hc m cn dng trong cc lnh vc

    khc. Cc phng php ny, c bit l trong vic khai thc d liu (datamining),

    thng l nhng phng php n, khng qu phc tp v xut pht t nhng bi ton

    c bn trong ton hc v phng php tnh nh: phng php hi quy phi tuyn, gii

    h phng trnh vi phn, lc Kalman (Kalman filter), mng nron, ...

    Nhng nm gn y, s pht trin cc ngn ng lp trnh, thut ton, cc

    bi ton ho hc, cc phn mm tnh ton ng dng trong ho hc v s lng

    ngi s dng ngy cng nhiu. phc v cng tc ging dy v hc tp tin hc

    ng dng trong ha hc, chng ti bin son bi ging "Tin hc ng dng trong

    ho hc". Hin nay c rt nhiu thut ton, phn mm cng nh cc bi ton ho

    tin ng dng c ti ln mng INTERNET, bn c th tm thy trn mng cc

    thut ton di dng m ngun m cho hu ht cc bi ton ng dng trong ho

    hc th vic thay i cch hc thc l rt cp thit. Tuy nhin c th hiu c

    cc chng trnh ta cn phi hiu cc khi nim c bn ca tin hc dng trong

    ho hc nh cc hc thut ton, nhng lnh rt c bn ca ngn ng lp trnh .

    V vy gio trnh ny ch yu cung cp nhng khi nim c bn nht ca

    cc ngn ng lp trnh ngi hc c th lp trnh nhng chng trnh n gin

    hay c th s dng cc chng trnh ngun m c.

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    2

    Chng 1 : m u

    1.1. cc khi nim c bn

    1.1.1. Thng tin

    Mi yu t c th mang li s hiu bit u c gi l thng tin. Thng

    tin c th hin di nhiu dng thc khc nhau. Thng tin v mt i tng

    chnh l cc d kin v i tng , cng nhiu thng tin th bt nh ca i

    tng cng gim xung.

    1.1.2. n v o thng tin

    n v o thng tin trong my tnh c gi l bt. 1 bt mang lng thng

    tin tng ng vi 1 trong 2 kh nng c th xy ra: 1 (tng ng vi c in hay

    bng n sng) hoc 0 (tng ng vi khng c in (bng in tt) ).

    1 byte = 8 bt 1KB = 1024 byte 1MB = 1024KB

    1GB = 1024MB

    1.1.3. X l thng tin bng my tnh in t

    My tnh s khng lm g nu khng c tc ng ca con ngi. Ngi s

    dng phi nhp s liu, bm cc phm thc hin php ton cng nh yu cu

    hin th kt qu hoc lu tr kt qu.

    1.2. Cu trc h x l thng tin t ng

    Thng tin vo Qu trnh x l Kt qu

    Quy tc theo qu trnh x l c thc hin (do con ngi t ra)

    Thit b vo

    Bn phm

    Chut

    a

    My Scan

    CPU

    B nh RAM

    B nh ROM

    B x l trung tm

    B s hc logic

    B iu khin

    Thit b ra

    Mn hnh

    My in

    a

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    3

    Cc thit vo v cc thit ra gi l cc thit b ngoi vi, ty theo yu cu

    m ta c th thm, bt cc thit b ngoi vi cho ph hp.

    My tnh hot ng da trn nguyn l c bn Von Neumann. Cc lnh v

    d liu cng c lu tr trong b nh c to bi cc t a ch da trn 2 yu

    t then cht : + iu khin bng chng trnh: My tnh hot ng theo s ch dn, iu

    khin ca chng trnh c lu tr trong b nh ca n. Cc bc tc ng

    c tin hnh theo cc cu lnh ca chng trnh. Chng trnh ch dn cho

    my tnh bit phi lm g v phi lm nh th no.

    + Truy xut theo a ch: D liu theo ngha rng (d liu vo, kt qu

    trung gian, kt qu cui cng, chng trnh, d liu ra, . . ) c lu tr trong

    RAM ti mt vng nh c nh v bng cc s th t c gi l a ch. D

    liu c ch nh v c truy cp (c hay ghi) theo a ch nh cha chng.

    1.3. phn mm

    Trong tin hc, thut ng phn mm c dng ni v cc chng trnh

    dng iu khin hot ng ca my tnh, x l d liu phc v cho mt ng

    dng c th trong hot ng kinh t, sn xut, kinh doanh, . . . V d: cc chng

    trnh np sn trong ROM, cc chng trnh phn mm do ngi lp trnh vit.

    Nu ta a ra khi my tnh ton b cc chng trnh np sn trong n, k

    c cc chng trnh ghi sn trong ROM th nhng g cn li c gi l phn

    cng ca my tnh. Nh vy, thut ng phn cng c dng ch linh kin,

    chi tit, thit b lp rp thnh my tnh.

    Cc chuyn gia phn cng tp trung vo vic thu nh kch thc, khi

    lng cc linh kin in t, c kh, b nh nhm lm gim nng lng tiu hao

    cho my tnh, tng kh nng lu tr v vn tc tnh ton.

    Cc chuyn gia phn mm tp trung vo vic xy dng hot ng chnh

    xc, khoa hc v tin li trn c s phn khai thc ti a kh nng ca my tnh

    phc v cho li ch ca con ngi. S phi hp cht ch gia hai lnh vc phn

    cng v phn mm l ng lc thc y s pht trin ca tin hc

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    4

    Chng 2 : mt s ngn ng lp trnh

    2.1. M u

    Cc ngn ng lp trnh l phng tin giao tip gia ngi v my tnh.

    Nh ta bit, mun yu cu my tnh gii mt bi ton no , v d tnh gi tr

    ca biu thc a = (b + c).(d + e) hoc a = b + c.d + e chng ta phi vit mt

    chng trnh quy nh tht r trt t thc hin cc thao tc c kt qu mong

    mun. Nh vy chng trnh my tnh chnh l mt thut gii c vit di

    dng mt quy nh bng mt ngn ng. Ngn ng dng vit chng trnh

    my tnh c gi l ngn ng lp trnh.

    V d: tnh biu thc a = (b + c).(d + e) th qu trnh thc hin vic tnh

    ton bng chng trnh my tnh nh sau:

    Bc 1. c gi tr b bng 1.

    Bc 2: c gi tr c bng 2, cng b vi c.

    Bc 3: Ghi gi tr tng (b + c) vo bng 5.

    Bc 4: c gi tr d bng 3.

    Bc 5: c gi tr e bng 4, cng d vi e.

    Bc 6: Ghi gi tr tng (d + e) ra bng 6.

    Bc 7: ly gi tr bng 5 nhn vi gi tr bng 6.

    Bc 8: ghi gi tr tch (b + c).(d + e) ra bng 7 v gn cho gi tr a.

    Bc 9: Vit gi tr a bng 7.

    Bc 10. Dng chng trnh.

    Cc bng 3, 4, 6, 7 c th dng li bng 1, 2 bng cch xa i (ghi ln)

    sau khi dng xong.

    Thut gii (cc bc) trn ch con ngi thc hin, mun cho my

    tnh c th hiu v thc hin c ng ca chng ta cn phi din t

    thut gii cho di mt dng quy nh no . Mt trong s cc dng quy

    nh l hp ng. Hp ng bao gm tn cc cu lnh v cc quy tc vit cc

    cu lnh my tnh hiu c. Tn cc cu lnh thng c vit di dng

    ting anh nh: READ, WRITE, INPUT, ADD, PRINT, . . .

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    5

    Ngoi ra nh ta bit, khi np chng trnh vo b nh chng ta phi

    dnh ch lu tr cc gi tr ca s liu. V d trn l cc gi tr: a, b, c, d, e.

    INPUT b (nhp gi tr b t bn phm, ghi vo nh 1)

    INPUT c (nhp gi tr c t bn phm, ghi vo nh 2)

    INPUT d (nhp gi tr d t bn phm, ghi vo nh 3)

    INPUT e (nhp gi tr e t bn phm, ghi vo nh 4)

    LOAD b (c b vo nh 1)

    ADD c (cng c nh 2 vo nh 1, kt qu gi nh 1)

    MOVE a (ghi kt qu nh 1vo nh 5)

    LOAD d (c d nh 3)

    ADD e (cng e nh 4 vo nh 3, kt qu gi nh 3)

    MULT a (nhn kt qu nh 3 vi nh 5, kt qu gi nh 3)

    MOVE a (ghi kt qu t nh 3 vo nh 5)

    PRINT a (In nh 5 ra mn hnh hoc my in)

    HALT (Dng chng trnh)

    Chng trnh ny phi s dng cc nh (bng) lu gi s liu, c th

    l:

    1 ( nh dnh cho a)

    2 ( nh dnh cho b)

    3 ( nh dnh cho c)

    4 ( nh dnh cho d)

    5 ( nh dnh cho e)

    Chng trnh hp ng trn nhn cc gi tr b, c, d, e do ngi s dng

    nhp t bn phm ca my tnh ri tnh v hin th gi tr ca biu thc ra mn

    hnh.

    Ngn ng my: Sau khi np chng trnh hp ng trn vo my tnh,

    trong my s din ra hai qu trnh sau y:

    + Dch chng trnh hp ng sang mt chng trnh vit bng ngn ng

    my.

    + Thc hin chng trnh dch.

  • TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn

    6

    Ti sao li phi dch: V my tnh c thit k v lm vic trn c s

    ca h nh phn. Chng trnh vit bng ngn ng my ch cha cc k hiu 0

    (n tt) v 1 (n sng). Vic dch t chng trnh hp ng sang ngn ng my

    cng c cc nh thit k my tnh chun b trc v np sn trong my. Khi

    dch, mi cu lnh ca hp ng s c chuyn sang dng c bit gi l m

    my hay m nh phn. V d cu lnh LOAD (c) s c chuyn thnh 0000,

    cu lnh ADD (cng) s c chuyn thnh 0001. Cc nh dnh cho cc bin

    a, b, c, d, e s c gn a ch ca t ng vi chng. V d bin a s chim vng

    nh bt u bng a ch 00100000, bin b chim a ch 00100010,

    Khi dng cu lnh hp ng: LOAD a s c dch thnh:

    0000 00100000.

    Cc ngn ng lp trnh bc cao

    C th vit trc tip chng trnh bng ngn ng my c khng? C

    th. Tuy nhin, nh ta thy vic lm ny rt vt v v d sinh li. Cc nh lp

    trnh da trn nguyn l my tnh c iu khin bng chng trnh sng to

    ra cc ngn ng lp trnh gn vi ngn ng t nghin, ph hp vi tm l v t

    duy ca ngi lp trnh din t cc thut ton c trong sng v t nhin.

    Vic t ra hp ng l mt c gng bc u gip cho nhng ngi lp

    chng trnh c thun tin hn. Cc cu lnh ca hp ng c gn tn kh

    gn vi ngn ng t nhin, vic dnh vng nh cho cc bin c thc hin

    thng qua tn bin.

    Vn dng t tng dch t ngn ng ny sang ngn ng khc, cc nh tin

    hc sng to ra nhng ngn ng lp khc nhau thun tin hn na vi cc u

    im sau:

    + Cc cu lnh ca ngn ng lp trnh gn vi ngn ng t nghin.

    + Ty theo lnh vc ng dng m cc ngn ng lp trnh mi ny cung cp

    cc phng tin tr gip gii cc bi ton khoa hc, k thut hoc qun l.

    Ngi ta gi cc ngn ng ni trn l cc ngn ng lp trnh bc cao

    phn bit vi cc ngn ng lp trnh bc thp l hp ng v

Recommended

View more >