分子模型自动生成的知识库方法-东南大学学报.PDF

第2 8 卷第2 期 东 南 大 学 学 报 Vol2 8 N o2 1998 年3 月 JO UR NAL OF SOU T HEA ST U N IV E RSI T Y M ar . 1998 吴 霆 艾竹茗 ( 东南大学国家教委分子与生物分子电子学开放实验室, 南京210096) 分子 构知识库是基于知识库的分子模型自动生成算法的关键部分. 知识库 中的知识单元为单 个原子的几何构型数据, 其中包含原子所处化学环境的信息. 生成 构时通过在知识库中进行相似性有哪些信誉好的足球投注网站, 确定所采用的知识项. 用这种方法生成的分子模 型质量已接近于国外的商品化软件. 二维连接表 分子模型自动生成 知识库方法 剑桥 构数据库 O56 1. 1 分子模型化( Molecular M odeling) 是计算机辅助分子设计的一个重要研究领域. 它大致可 分为两类: 一类是手工搭 , 即通过交互式图形学的方法, 将结构片段( 如原子、化学键、官能 团) 搭成分子的三维模型. 另一类是自动生成, 是指由分子的二维连接表不经人工干预直接生 成分子的三维结构, 这种方法只需要分子的二维连接表信息, 避免了繁琐的交互 模过程, 因 [ 1] 此得到了广泛的重视 . 本文首先评述目前分子模型自动生成的主要研究方法, 然后介绍我们提出的基于知识库 的分子模型自动生成算法, 重点叙述知识库中知识的组织和结构生成过程中知识库的检索, 最 后分析算法的结果. 1 目前分子模型自动生成的方法主要有3 种: 数值方法、基于规则的方法和基于数据库的方 法. 数值方法主要包括量子力学、分子力学计算, 这种方法虽然结果很好, 但计算量太大. 因此 目前的研究主要集中在后两种方法, 即如何避开大计算量, 快速、高效地生成合理的、高质量的 分子三维结构. 基于规则的方法主要是利用分子结构的几何构型数据, 如标准键长、键角、扭转角, 将分子 按其结构单元逐个拼接起来. 这类方法中较成熟的的有Pearlm an 的CON CORD [ 2] 和Gasteiger 等人的COR INA [ 3] . 其中CON CORD 已被用于构造多个大型三维数据库, 并被用于商业软件 SY BY L 中. Milne 等人将CON CO RD 生成的结构与晶体结构数据作了比较, 发现 CO N COR D [ 4] 对结构刚性较大的分子生成结果较好, 而对柔性分子尤其是大环分子则效果较差 . 收稿日期: 1997- 10- 09, 修改稿收到日期: 1997- 11- 27. 第2 期 吴 霆等: 分子模型自动生成的知识库方法 47 基于数据库的方法的基本思想是将分子结构分解为可从三维结构库中得到的结构片段, 然后再将这些片段组装起来. 这类方法中较著名的有Wipke 和Hahn 的A IMB[ 5] 和英国化学 设计公司( Chem ical Design L td . ) 的Chem- X Builder[ 6] . 其中, 也有利用Chem- X Bu ilder 构造三 维数据库的报道. Chem- X 采用一个较小的核心数据库, 主要包括一些含杂原子的环系片段和 一些适用于任意原子的结构片段( 称为模板) . 因而它在构造环系分子时优于CO N CO RD[ 6] . 以上两种方法都采用了分子结构数据的信息( 知识) , 只是对结构数据的选取、组织有所不 同. 基于规则的方法采用的是最小的结构单元数据: 标准键长、键角和扭转角, 因而对结构数据 表述的抽象程度高, 避免了信息冗余, 同时也提高了通用性. 但它过于简化, 没有考虑结构单元