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计算化学 Computational Chemistry 化学学院 张珉(Zhang Min) E-mail: mzhang@ 第一章绪论 计算化学 广域上定义：计算机科学与化学的交叉学科 计算机科学 + 化学科学 广域研究领域 ①数值计算：数值计算即利用计算数学方法 ，对化学各专业的数学模型进行数 值计算或方程求解 ②化学模拟 ：包括：数值模拟，过程模拟，实验模拟等 ③模式识别应用 ：最常用的方法是统计模式识别法，这是一种统计处理数据、 按专业要求进行分类判别的方法 ④数据库及检索 ：在化学数据库中，数据、常数、谱图、文摘、操作 规程、有机合成路线、应用程序……都是数据 ⑤化学专家系统 ：化学专家系统是数据库与人工智能结合的产物，它 把知识规则作为程序，让机器模拟专家的分析、推理过程，达到用机器代替 专家的效果 计算(机)化学的子学科 主要包括： 原子和分子的计算机表述 利用计算机协助存储和有哪些信誉好的足球投注网站化学信息数据(参见化学 数据库) 研究化学结构与性质之间的关系(参见定量构效关系 (QSAR)及定量构性关系(QSPR) ) 根据对作用力模拟对化学结构进行理论阐释 计算机辅助化合物合成 计算机辅助特性分子设计(例如计算机辅助药物设计) 1.计算化学的常见范围 计算化学是理论化学的一个分支。是计算 机科学与化学的交叉学科。 1.主要目的是利用有效的数学近似以及电 脑程序解量子化学方程来计算物质的性质 （如能量，偶极距，振动频率等），用以 解释一些具体的化学问题。 2.利用计算机程序做分子力学和分子动力 学模拟。简称分子模拟。 几个概念的区别与联系 常见的一些名称术语及其关系：相互渗透，相互 依赖，部分重叠 • 量子化学：量子力学→化学 • 理论化学：量子化学+分子动力学＋统计力学 • 计算化学：量子化学-分子力学-分子动力学 理论化学＝计算化学？ 计算机化学＝计算化学？ • 分子模拟：分子力学－分子动力学 分子模拟＝计算化学？ 理论化学与计算化学 •理论化学泛指采用数学方法来表述化学问题， 而计算化学作为理论化学的一个分支，常特指 那些可以用电脑程序实现的数学方法。 •计算化学并不追求完美无缺或者分毫不差，因 为只有很少的化学体系可以进行精确计算。不过， 几乎所有种类的化学问题都可以并且已经采用近 似的算法来表述。 •计算化学主要应用已有的电脑程序和方法对特 定的化学问题进行研究。而算法和电脑程序的开 发则由理论化学家和理论物理学家完成。 2.计算化学的建立 长期以来，化学一直被科学界公认为一门纯实 验科学。 首先让我们回顾人类认识自然的两种基本科学 方法。 ⑴ 归纳法 ( F. Bacon, 1561-1626 ) 数据拟合 设计实验 实验数据 唯象理论 “预测” 检验 ⑵ 演绎法 ( R. Decartes, 1596-1650 ) 模型 二次形式化、 公理假设 形式理论 近似、计算 预测 实验 和模拟 检验 归纳法(Reduction)与演绎法(Deduction)的比较 依 据 目标 数学工具