پایان نامه مدلسازی طول موج ماکزیمم جذب رنگ های آزو توسط الگوریتم مورچه و فعالیت داروئی مشتقات کاپساسین

دانشگاه علوم پایه دامغان

دانشکده شیمی

پایان‌نامه کارشناسی ارشد شیمی (تجزیه)

عنوان:

مدلسازی طول موج ماکزیمم جذب رنگهای آزو توسط الگوریتم مورچه و فعالیت داروئی مشتقات کاپساسین با بهره گرفتن از ماشین بردار پشتیبان

استاد راهنما:

دکتر مرتضی عتباتی

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده:
 مشتقات رنگ های آزو سنتزی تهیه می شوند که دارای گروه عاملی N=N  می باشند و کاربرد اصلی آنها در صنایع غذائی و  نساجی است. قسمت آروماتیکی تعیین کننده رنگ است.
در این کار از الگوریتم کلونی مورچه و مدل رگرسیون خطی جهت پیشگویی λ_max یک سری۳۰- تایی از مشتقات رنگ های آزو استفاده شده است. در ابتدا پس از بهینه سازی ساختار مولکولی توسط نرم افزار Hyper Chem، در مجموع ۱۵۲۱ توصیف کننده  به وسیله نرم­افزارهای Hyper Chem و Dragon محاسبه گردید. توصیف کننده ها به عنوان ورودی به برنامه الگوریتم مورچه داده شدند. به منظور به دست آوردن بهترین نتیجه با درصد خطای پایین و توصیف کننده های مناسب، برنامه الگوریتم مورچه را چند بار اجرا کرده و در اجراهای مختلف  پارامترهای آن از جمله تعداد مورچه های اولیه، پارامتر تبخیر و تعداد دورها بهینه شدند. ۵ توصیف کننده که بالاترین همبستگی را با λ_max رنگ های آزو داشتند، توسط الگوریتم مورچه انتخاب شدند. از این توصیف کننده های انتخاب شده، برای ساختن مدل خطی مناسب جهت پیشگویی λ_max  ترکیبات مورد نظر استفاده  شد. این روش نتایج خوبی را در هر دو سری آموزش (۹۳۴۶/۰=^۲R) و پیشگویی (۸۴۱۹/۰=^۲R) فراهم آورد. با توجه به موارد ذکر شده، معلوم گردید الگوریتم مورچه طراحی شده روشی مناسب جهت انتخاب توصیف کننده ها برای مدل سازی و پیشگوییλ_max  مشتقات رنگ های آزو می­باشد.
کاپساسین ماده داروئی است که از فلفل قرمز استخراج می شود و مصارف داروئی ازجمله درمان انواع سرطان، آرتروز، رماتیسم مفصلی، زخم معده دارد.
با بهره گرفتن ازروش های آموزش آماری ماشین یک رابطه کمی ساختار- فعالیت برای کاپساسین برقرار شده است .۹۹ مولکول کاپساسین مطابق روش قسمت اول رسم شد و  ۱۲۰۶ توصیف کننده محاسبه گردید.
برای کاهش تعداد توصیف کننده ها ابتدا از روش های PCA، ICA و Fuzzy Clustering استفاده کردیم که صحت از حدود ۶۲-۶۱% بالاتر نرفت. در رهیافت دیگری از تئوری اطلاعات و معیار” بیشترین ارتباط، کمترین تقلیل پذیری” استفاده شد و پس از بهینه سازی توصیف کننده ها ۱۰۰ توصیف کننده انتخاب شد. در مرحله بعد مجموع توصیف کننده ها با بهره گرفتن از الگوریتم Wrapper بهینه سازی شد که مجموعا ۱۳  توصیف کننده انتخاب شد و صحت برای طبقه بندی به پنج دسته  فعالیت بسیار ضعیف ،  ضعیف، متوسط ، خوب و فعالیت عالی۸۴% بدست آمد.در کارهای قبلی ]۷۲[ تنها با تقسیم مولکول به سه قسمت و طبقه بندی به فعال و غیر فعال، صحت نزدیک به ۸۰% آمده بود. اما در کار حاضر بدون تقسیم بندی مولکولی و با تکیه به روش های محاسباتی صحتی بالاتر از کارهای سابق به دست آمد که نشانگر مناسب بودن و برتری روش های تئوری اطلاعات و SVM بر روش های قدیمی تر می باشد.
فصل اول: پیشگوئی _maxλ مشتقات رنگ های آزو با بهره گرفتن از الگوریتم مورچه
۱-۱- مقدمه
بشر هوشمند و صاحب تفکر همیشه برای یافتن راهی که زندگی­ اش را متحول و کامل گرداند، از طبیعت الهام گرفته است.
با گذشت قرن ها، احساس نیاز به الهام گرفتن از طبیعت اسرارآمیز و دوست داشتنی و صد البته منظم، قانونمند و دارای شعور فطری، شدت پیدا کرده است. به گونه ای که از ریزترین موجودات همچون ویروس تا غول آساترین کهکشان ها، برای انسان که همیشه در تکاپوی حقیقت و دانش است، همه، معلمان و راهنمایان خوبی محسوب گردیده­اند، چرا که طبیعت همیشه رو به سوی کمال دارد.
آنچه کاملاً مشهود است، به نظر می آید جهان هستی از جزء تا کل با یک حرکت آرام ولی پیوسته که به ظاهر تصادفی است رو به یک نقطه بهینه درحال حرکت است. در حقیقت طبق نظریه داروینی، طبیعت در حال بهینه کردن مسائل است.
به طور مثال اگر بخواهیم حجم معینی آب را از کوهستان به دریا منتقل کنیم و تمام ویژگیها و معادلات مربوط به سختی، نوع، دما، جنس و سایر مشخصات آب و محیط اطراف را تعیین کرده و با این معادلات مسیر را بیابیم دقیقاً به همان مسیر جویبارها و رودخانه­ها می­رسیم که در طبیعت جریان دارند.
بدیهی است که خداوند معلمی است که دانش آموزش، انسان را از طریق نشانه­ هایش در طبیعت به طور کامل هدایت می­ کند.
هم اکنون کار روی توسعه سیستم­های هوشمند با الهام از طبیعت، از زمینه ­های پرطرفدار هوش مصنوعی است. الگوریتم ژنتیک[۱] که با بهره گرفتن از ایده تکامل داروینی و انتخاب طبیعی مطرح شده روش بسیار خوبی برای یافتن مسائل بهینه­سازی است. ایده تکاملی داروینی بیانگر این مطلب است که هر نسل نسبت به نسل قبل دارای تکامل است و آنچه در طبیعت رخ می­دهد، حاصل میلیون­ها سال تکامل نسل به نسل موجوداتی مانند مورچه است.
حشراتی مانند مورچه، موریانه، زنبور که به صورت کلونی زندگی می­ کنند، بر رفتار به ظاهر بی­نظم­شان نظم و قانونمندی خاصی حکمفرماست که دانشمندان و محققان را به خاطر این پیچیدگی منظم و راهگشا در حل مسائل بهینه­ سازی، شیفته خود ساخته است.
۲-۱- کمومتریکس
بدست آوردن داده تجزیه­ای یکی از مراحل اصلی تجزیه می­باشد، تا اواخر دهه پنجاه قرن بیستم این مرحله به عنوان مشکل­ترین بخش یک تجزیه به حساب می­آمد، همچنین زمان عمده یک تجزیه شیمیائی مربوط به جمع­آوری داده ­های تجزیه­ای می­شد.
اما ازآغاز دهه شصت قرن بیستم، زمانی که دستگاه­های مدرن وارد آزمایشگاه­ها و مراکز تحقیقاتی گردید، این مشکل برطرف شد و در نتیجه استفاده از چنین دستگاه­های پیشرفته تعداد زیادی داده از یک نمونه بدست می­آید. جهت ثبت و ذخیره­سازی چنین داده ­های وسیعی نیاز به وسیله­ای بود که بتواند از عهده چنین کاری برآید، به طور همزمان با ظهور دستگاه­های پیشرفته تعداد زیادی داده از یک نمونه بدست آمد و استفاده از کامپیوتر نیز به عنوان ابزاری جهت ثبت و ذخیره داده ­های حاصل از یک تجزیه شیمیائی رشد چشمگیری یافت، در نتیجه اتصال کامپیوتر به دستگاه­های آزمایشگاهی ثبت و ذخیره نمودن داده ­ها که قبلاً به عنوان مشکل­ترین بخش یک تجزیه بوده تبدیل به ساده­ترین مرحله گردید. ولی مشکل دیگری که به دنبال چنین پیشرفتی، ظاهر گردید، نحوه برخورد با چنین حجم وسیعی از داده بود که باید به اطلاعات تبدیل می­شدند.
برای مدت­های طولانی، ریاضی و آمار برای تفسیر نتایج آزمایش­ها به کار گرفته می­شدند. ولی با ظهور نرم­افزارهای پیشرفته رایانه ای تحول شگرفی در نحوه استفاده ریاضی و آمار در حل مسائل شیمیایی به وجود آمد. به طوری که استفاده از ریاضی ، آمار و کامپیوتر در شیمی منجر به ظهور شاخه­ای جدید به نام کمومتریکس[۱] گردید. اگرچه شیمی­دانهای تجزیه بیش از سایر همکارانشان با این شاخه آشنا هستند و از آن بهره می­برند، ولی در رشته­های مرتبط با شیمی از جمله علوم داروئی، بیوشیمی و غیره نیز کاربردهای فراوانی دارد ]۵-۱[.
برای اولین بار در سال ۱۹۷۱ سوانت ولد[۲] اصطلاح “کمومتریکس” را به کار برد و آن را هنر استخراج اطلاعات شیمیائی از داده ­های تجزیه­ای دانست . در سال ۱۹۷۴ با همکاری کوالسکی[۳] انجمن بین ­المللی کمومتریکس تأسیس شد ]۶[.
در سال ۱۹۸۲ کوالسکی و فرانک[۴] کمومتریکس را شاخه­ای از علم شیمی که در طراحی آزمایش­های بهینه­سازی، برقراری ارتباط بین نتایج تجربی با متغیرهای آزمایش و همچنین استخراج اطلاعات از سیستم­های شیمیایی با بهره گرفتن از ریاضی، آمار و کامپیوتر تعریف کردند ]۷[.
ماسارت[۵]، کمومتریکس را یک روش شیمیائی می­داند که از منطق ریاضیات و آمار برای رسیدن به اهداف زیر بهره می­جوید ]۸[:
۱) طراحی با انتخاب فرایندهای تجربی بهینه شده
۲) دسترسی به حداکثر اطلاعات مناسب شیمیائی از طریق داده­ های تجربی
۳) بدست آوردن اطلاعات در زمینه سیستم­های شیمیائی
براون[۱] سردبیر مجله کمومتریکس معتقد است کمومتریکس قسمتی از علم شیمی است که کوشش در پاسخگوئی به سوالات مربوط به سنجش­های شیمیائی دارد ]۹[. سوالاتی از قبیل:
۱) اندازه ­گیری کجا و چگونه باید انجام پذیرد؟
۲) سیگنال[۲] و نویز[۳] کدامند؟
۳) چگونه می­ توان از اندازه ­گیری، اطلاعات مناسب را بدست آورد؟
۴) منشأ خطاها در نتایج حاصل از اندازه ­گیری­ها چیست؟
انجمن بین ­المللی کمومتریکس (ICS) تعریف جامعی از کمومتریکس ارائه می­دهد. براساس تعریف این انجمن کمومتریکس علم برقراری ارتباط بین سنجش­های انجام شده بر روی یک سیستم یا فرایند شیمیائی و حالتی از سیستم می­باشد. این ارتباط از طریق کاربرد روش­های آماری و ریاضی صورت می­پذیرد.
به هر حال، شاید بتوان اهداف کمومتریکس را چنین بیان نمود که:
با بهره گرفتن از کمومتریکس، عوامل موثر و بر همکنش آن­ها در یک فرایند شیمیائی (اعم از یک فرایند تجزیه­ای و غیره) مورد شناسائی قرار گرفته و با حداقل آزمایش­ها، بهینه­سازی می شوند. بدست آوردن ارتباط بین عوامل موثر و پاسخ سیستم از دیگر اهداف کمومتریکس می­باشد. در نهایت، تبدیل داده ­های حاصل به اطلاعات نیز هدف نهائی کمومتریکس می­باشد. واضح است رسیدن به چنین اهدافی نیازمند کمک گرفتن از ریاضی، آمار و کامپیوتر است ]۱۰[.
بسیاری از مسائلی که در کمومتریکس با آنها مواجه می شویم به دلیل پیچیدگی فوق العاده با روش های دقیق قابل حل نیست به زبان علوم کامپیوتر، چنین مسائلی را “چند جمله ای نامعین سخت[۴]” می گویند.
زمان لازم برای حل دقیق چنین مسائلی با زیاد شدن تعداد ورودی ها ، به شدت زیاد می­شود ، در چنین مواردی لازم است از “تقریب های خوب[۵]” استفاده کنیم، یکی از این تقریب­های خوب الگوریتم های هیوریستیک می باشند که از آن برای برقراری رابطه ساختار – خاصیت بهره خواهیم جست ]۱۱[.
۳-۱- الگوریتم هیوریستیک
هیوریستیک­ها[۱] عبارت از معیارها، روش­ها یا اصولی برای تصمیم ­گیری بین چندین خط مشی و انتخاب اثربخش­ترین آن ­ها برای دستیابی به اهداف مورد نظر می باشند. سیستم­های پیچیده اجتماعی، تعداد زیادی از مسائل دارای طبیعت ترکیباتی را پیش روی ما قرار می­دهد. به عنوان مثال مسیر کامیون­های حمل و نقل باید به شکل بهینه تعیین شود. تئوری پیچیدگی[۲] به ما می­گوید که مسائل ترکیباتی اغلب چند جمله­ ای[۳] نیستند. این مسائل در اندازه­ های کاربردی و عملی خود به قدری بزرگ هستند که نمی­توان جواب بهینه آنها را در مدت زمانی قابل قبول به دست آورد. با این وجود، این مسائل باید حل شوند و بنابراین چاره­ای نیست که به جواب­های با تقریب بهینه بسنده نمود.
الگوریتم­هائی داریم که می­توانند یافتن جواب­های خوب در فاصله مشخصی از جواب بهینه را تضمین کنند که به آن­ها الگوریتم­های تقریبی می­گویند. الگوریتم­های دیگری هستند که تضمین می­ دهند با احتمال بالا جواب “نزدیک بهینه[۴]” تولید کنند که به آن­ها الگوریتم­های احتمالی گفته می­شود. جدای از این دو دسته، می­توان الگوریتم­هائی را پذیرفت که هیچ تضمینی در ارائه جواب ندارند اما بر اساس شواهد و سوابق نتایج آن­ها، به طور متوسط بهترین تقابل کیفیت و زمان حل برای مسئله مورد بررسی را به همراه داشته اند. به این الگوریتم­ها، الگوریتم­های هیوریستیک گفته می­شود.
هیوریستیک­ها نتیجه برقراری اعتدال بین دو نیاز هستند: نیاز به ساخت معیارهای ساده و تمایز درست بین انتخاب­های خوب و بد.
خاصیت هیوریستیک­های خوب این است که ابزار ساده­ای برای تشخیص خط مشی­های بهتر ارائه می دهند. در حالی که این الگوریتم­ها الزاما، تشخیص خط مشی­های اثربخش را تضمین نمی­ کنند اما اغلب به صورت شرط کافی این تضمین را فراهم می­آورند.
بیشتر مسائل پیچیده نیازمند ارزیابی تعداد انبوهی از حالت­های ممکن برای تعیین یک جواب دقیق می­باشند. زمان لازم برای یافتن یک جواب دقیق اغلب بیشتر از یک طول عمر است. هیوریستیک­ها با بهره گرفتن از روش­هائی که نیازمند ارزیابی کمتر هستند و جواب­هایی در محدوده ­های زمانی قابل قبول ارائه می­نمایند، دارای نقش اثربخشی در حل چنین مسائلی خواهند بود.
در حالت کلی الگوریتم­های هیوریستیک را به سه دسته تقسیم می­ کنند:
۱- الگوریتم­هائی که بر هدایت هیوریستیک یک الگوریتم سازنده یا جستجوی محلی متمرکز می­شوند، به گونه­ای که آن الگوریتم بتواند بر شرایط حساس غلبه کند به این الگوریتم­ها، متاهیوریستیک[۱] گفته می­شود.
۲- الگوریتم­هائی که بر ویژگی­های ساختاری مسأله و ساختار جواب متمرکز می­شوند و با بهره گرفتن از آنها الگوریتم­های سازنده یا جستجوی محلی تعریف می­ کنند.
۳- الگوریتم­هائی که بر ترکیب یک چارچوب یا مفهوم هیوریستیک با گونه­هایی از برنامه ­ریزی ریاضی (معمولاً روش­های دقیق) متمرکز می­شوند.
هیوریستیک­های نوع دوم می­توانند خیلی خوب عمل کنند (گاهی اوقات تا حد بهینگی) اما ممکن است در جواب­های دارای کیفیت پائین گیر کنند.
همان طور که اشاره شده یکی از مشکلات مهمی که این الگوریتم­ها با آن روبرو می­شوند افتادن در بهینه­های محلی[۱] است. بدون اینکه هیچ شانسی برای فرار از آنها داشته باشند. برای بهبود این الگوریتم­ها از اواسط دهه هفتاد، موج تازه­ای از رویکردها آغاز گردید. این رویکردها شامل الگوریتم­هائی است که صریحاً یا به صورت ضمنی تقابل بین ایجاد تنوع جستجو و تشدید جستجو (این هدف که بهترین جواب در منطقه مورد بررسی را پیدا کند) را مدیریت می­ کنند.
این الگوریتم­ها متاهیوریستیک نامیده می­شوند و از بین این الگوریتم­ها می­توان به موارد زیر اشاره نمود:‌
۱) بازپخت شبیه­سازی شده[۲]
۲) جستجوی ممنوع[۳]
۳) الگوریتم­های ژنتیک
۴) شبکه ­های عصبی مصنوعی[۴]
بهینه ­سازی مورچه­ای یا الگوریتم مورچه [۵]
۵) در حالیکه الگوریتم هوش مصنوعی به دنبال شبیه سازی هوش انسانی بر روی کامپیوتر (شبکه های عصبی) هستند، الگوریتم های متاهیوریستیک از هوش دسته جمعی حیوانات و حشراتی که به صورت کلونی برای حل مسائل پیچیده الهام می گیرند] ۱۲٫[
[۱]. Local Optima
[۲]. Simulated Anealling
۱۹٫ Tabu Search
[۴]. Meta Heuristic
Artificial Inteligence
[۱]. Meta Heuristic
[۱] .Heuristics
۲٫ Complexity Theory
[۳]. Polynomial
۴٫ Near Optimal
[۱]. Brown
[۲]. Signal
[۳]. Noise
None Deterministic Polynomial Hard
[۵] .Good Approximation
[۱]. Chemometrics
[۲]. Sovant Wold
[۳]. Kowalski
[۴]. Frank
[۵]. Massart
[۱]. Genetic Algorithm
تعداد صفحه : ۱۱۳
قیمت : ۱۴۷۰۰تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        *       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

[add_to_cart id=154155]

—-

پشتیبانی سایت :       

*