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1、中国地质大学（武汉）信息与信息技术导论报告题目化学信息学的研究和应用姓名宋军勇班级031101-18学号20101002706院系专业应用化学指导老师马钊化学信息学的研究和应用作者：宋军勇摘要：本文叙述了目前化学领域的发展热点之一化学信息学(Chemoinformatics)的发展概况,从信息学角度对其产生、成长及未来发展趋势进行了探讨。关键词：化学信息学化学信息计算机技术化学信息学的产生背景化学信息学是一门应用信息学方法来解决化学问题的学科。20世纪中后期,伴随着计算机技术的发展,化学家开始意识到,多年来所积累的大量信息
2、,只有通过计算机技术才能让科学界容易获得和处理,换言之,这些信息必须通过数据库的形式存在才能为科学界所用。1973年,由NATO高级研究所夏季学校在荷兰Noordwijkerhout举办的一次研讨班,首次将在不同化学领域工作,但都是采用计算机方法处理化学信息,或是用计算机技术从化学数据中获取知识的科学家集中在一起,这次研讨班的名称就定为“化学信息学的计算机表征与处理”。参加这次会议的科学家主要从事化学结构数据库、计算机辅助有机合成设计、光谱信息分析和化学计量学等方面的研究。研讨班期间,这些化学家意识到,一个新的研究领域已经
3、形成,而且它隐含在化学各分支之间。从那之后,应用于化学问题的计算机科学和信息学方法悄然进入了化学的各个领域。诺贝尔化学奖获得者法国化学家J.M.Lehn教授1987年首次提出“化学信息学”的概念。之后,国外一些大学开设了化学信息学课程并确定为研究生的研究方向,从事研究、管理和开发化学信息的团体、机构和公司也相继出现。在国内,化学教学指导委员会已将化学信息学列入化学教学的基本内容,北京大学化学学院已设课并编写了讲义,南京大学、复旦大学、中国科技大学等校也已开设相关课程。近十多年来,由于计算机及网络技术向智能化、网络化方向发展
4、,使得应用计算机技术能解决的化学问题越来越多,化学工作者获得了关于物质结构大量而精确的信息。计算机技术与化学之间的相互渗透已成为化学和计算机科学工作者的研究热点。由于计算机主要是用数学的方法通过计算来解决问题,而化学是对化学物质进行认识、分析、合成及利用,因而两者的结合前所未有地使化学工作者达到对物质化学结构的解析、表征、计算机模拟与分子设计等。化学信息学的定义1987年J.M.Lehn教授首次提出化学信息学的概念以后并没有进一步深入研究这一概念的本质,但我们可以看出,当时化学信息的内在含义应为分子间的相互作用或相互识别的
5、有关信息,而化学信息学应为研究分子间相互作用实质或识别机理的一个学科,主要目的是为解释超分子的形成过程提供依据。化学信息学这一名词是随着Internet的普及和生物信息学等相关学科的发展而被广泛接受的。因此,无论是化学信息的含义还是化学信息学的内容均有了较大的发展。化学信息学的内容更加强调了化学文献、化学信息数据库、特别是Inter-12net中的化学资源等内容。我们对化学信息学的定义为:化学信息学是近几年发展起来的一个新的化学分支,它利用计算机和计算机网络技术,对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播,以实现化学信息的
6、提取、转化与共享,揭示化学信息的内在实质与内在联系,促进化学学科的知识创新。0首先,化学信息学是化学学科的分支学科,其研究对象和研究目的均属于化学的学科领域。它的研究手段为计算机技术和计算机网络技术,研究内容则包括如何利用计算机和计算机网络技术对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播等。最后,化学信息学的目的是为了实现化学信息的提取、转化以及化学家之间的资源共享,从而为促进化学学科的发展与知识创新作出贡献。在上述定义中,化学信息包括两大类:即化学物质的化学信息和媒体形式的化学信息。前者是利用科学的原理和方法通过测量得到的
7、化学成分的相关信息,如物质的物理、化学性质,物质中各成分的定性、定量以及结构信息,分子间的相互作用信息(包括化学反应信息)等。而后者是化学信息的记录形式,如书籍、文献、专利、数据库以及音像资料等,通过化学信息的传播使化学家们共享测量的原理、方法及测量结果。化学信息学的结构特点刘冀昆等发现化学信息学的主体部分实际上是由三个层次构成的,即信息核心层、信息处理层和信息表示层。三个层次中最重要的层次为信息核心层,它在化学信息学中处于基础核心地位,并决定了其它两个层次的构成。核心层对外层起着决定性作用,外层对核心层也能够产生一定的影
8、响。另外,化学信息通过“信息采集接口”从化学实践中获取原始信息,原始信息经过接口的处理后,以数字化形式存储到信息核心层中,并通过外层将其重现出来给化学工作者,如图1所示。信息采集接口也是化学信息学中一个极为重要的组成部分,它是现实化学世界通往信息化学的桥梁。信息采集接口和信息化学的三个层次构成了整个化学
