從頭計演算法
Ⅰ 目的基因的鑒定方法有哪些
基因的鑒定方法：
間接識別法
在基因的間接識別法（Extrinsic Approach）中，人們利用已知的mRNA或蛋白質序列為線索在DNA序列中搜尋所對應的片段。由給定的mRNA序列確定唯一的作為轉錄源的DNA序列；而由給定的蛋白質序列，也可以由密碼子反轉確定一族可能的DNA序列。因此，在線索的提示下搜尋工作相對較為容易，搜尋演算法的關鍵在於提高效率，並能夠容忍由於測序不完整或者不精確所帶來的誤差。BLAST是目前以此為目的最廣泛使用的軟體之一。
若DNA序列的某一片段與mRNA或蛋白質序列具有高度相似性，這說明該DNA片段極有可能是蛋白編碼基因。但是，測定mRNA或蛋白質序列的成本高昂，而且在復雜的生物體中，任意確定的時刻往往只有一部分基因得到了表達。這意味著從任何單個細胞的mRNA和蛋白質上都只能獲得一小部分基因的信息；要想得到更為完整的信息，不得不對成百上千個不同狀態的細胞中的mRNA和蛋白質測序。這是相當困難的。比如，某些人類基因只在胚胎或胎兒時期才得到表達，對它們的研究就會受到道德因素的制約。
盡管有以上困難，對人類自身和一些常見的實驗生物如老鼠和酵母菌，人們已經建立了大量轉錄和蛋白質序列的資料庫。如RefSeq資料庫，Ensembl資料庫等等。但這些資料庫既不完整，也含有相當數量的錯誤。
從頭計演算法
鑒於間接識別法的種種缺陷，僅僅由DNA序列信息預測蛋白質編碼基因的從頭計演算法（Ab Initio Approach）就顯得十分重要了。一般意義上基因具有兩種類型的特徵，一類特徵是「信號」，由一些特殊的序列構成，通常預示著其周圍存在著一個基因；另一類特徵是「內容」，即蛋白質編碼基因所具有的某些統計學特徵。使用Ab Initio方法識別基因又稱為基因預測。通常我們仍需藉助實驗證實預測的DNA片段是否具有生物學功能。
在原核生物中，基因往往具有特定且容易識別的啟動子序列（信號），如Pribnow盒和轉錄因子。與此同時，構成蛋白質編碼的序列構成一個連續的開放閱讀框（內容），其長度約為數百個到數千個鹼基對（依據該長度區間可以篩選合適的密碼子）。除此之外，原核生物的蛋白質編碼還具有其他一些容易判別的統計學的特徵。這使得對原核生物的基因預測能達到相對較高的精度。
對真核生物（尤其是復雜的生物如人類）的基因預測則相當有挑戰性。一方面，真核生物中的啟動子和其他控制信號更為復雜，還未被很好的了解。兩個被真核生物基因搜尋器識別到的訊號例子有CpG islands及poly(A) tail的結合點。
另一方面，由於真核生物所具有的splicing機制，基因中一個蛋白質編碼序列被分為了若干段（外顯子），中間由非編碼序列連接（基因內區）。人類的一個普通蛋白質編碼基因可能被分為了十幾個外顯子，其中每個外顯子的長度少於200個鹼基對，而某些外顯子更可能只有二三十個鹼基對長。因而蛋白質編碼的一些統計學特徵變得難於判別。
高級的基因識別演算法常使用更加復雜的概率論模型，如隱馬爾可夫模型。Glimmer是一個廣泛應用的高級基因識別程序，它對原核生物基因的預測已非常精確，相比之下，對真核生物的預測則效果有限。GENSCAN計劃是一個著名的例子。
比較基因組學
由於多個物種的基因組序列已完全測出，使得比較基因組學得以發展，並產生了新的基因識別的方法。該方法基於如下原理：自然選擇的力量使得基因和DNA序列上具有生物學功能的其他片段較其他部分有較慢的變異速率，在前者的變異更有可能對生物體的生存產生負面影響，因而難以得到保存。因此，通過比較相關的物種的DNA序列，我們能夠取得預測基因的新線索。2003年，通過對若干種酵母基因組的比較，人類對原先的基因識別結果作了較大的修改；類似的方法也正在應用於人類的基因組研究，並可能在將來的若干年內取得成果。
Ⅱ 模型和計算方法
由於物質分子通常包含有不止一個電子，所以求解分子的定態Schrodinger方程時，就會遇到一個難解的多體（J.A.Tossell and D.J.Vaughan，1992；唐敖慶等，1979；江逢霖，1987）問題。量子地球化學吸取了量子化學、理論固體物理學的新成果，使得求解復雜物質的Schrodinger方程成為可能。從1927年Heitler和London首先近似解出氫分子的量子力學方程，到20世紀70年代末，量子化學、理論固體物理學計算方法的研究工作基本完成，80年代計算軟體陸續問世，但其計算方法仍是量子化學和理論固體物理學的主要研究領域之一。有關詳細的計算方法請參考相關學科的專門著作。在這里僅簡要概述有關量子地球化學研究中所涉及的主要計算方法的綱要。
求解Schrodinger定態方程，首先是選擇物理模型和適合的計算方法。
物理模型可分為非局域（delocalized）和局域（localized）兩大類：前者是將周期性結構的固體作為整體處理，屬於無限分子模型，並用離子晶格（點陣）理論和能帶理論進行模擬計算；後者則是將結晶固體視為由許多分子簇（molecular clusters）所組成，選擇有限的分子簇來代表所研究的礦物的性質，如選取SiO4代表石英模型，為有限分子簇模型。非局域模型主要用於固體物理學的計算中。由於地球化學系統物質的復雜性，量子地球化學主要以局域有限分子簇模型進行計算研究，以減少計算中所處理的電子的個數，簡化計算。
在局域有限分子模型下，用以描述電子系統的方法有三大類方法體系，一類為獨立電子近似法（Independent Electron Approximation IEA），另一類為局部交換能量法（Xα），第三類為相關波函數法（Correlated Wave Functions，CWF）。在量子地球化學的研究中，獨立電子近似法和交換勢能法（MS-Xα）應用較廣，其精度一般可滿足地球化學研究的需要。但對於一些精度要求較高的量子地球化學研究則需採用相關波函數法進行較為精確的計算。
（1）獨立電子近似法（IEA）
獨立電子近似法是應用鮑林不相容原理，以單個電子波函數的積來替代體系中的多電子波函數，以解決難解的多體問題。它假定每一個電子是在原子核和其他電子的平均電荷密度所產生的勢場中運動。在量子力學中，這種單電子的運動狀態可由Hartree-Fock方程來描述：
地球化學原理與應用
式中：F為哈密頓算符；ε為單個電子的能量本徵值；ψi為描寫第i個電子運動狀態的波函數。
這樣就把一個N電子體系的多體電子問題，簡化為若干個單電子Hartree-Fock方程問題。求解單電子Hartree-Fock方程比求解一個N電子的定態Schrodinger方程要容易得多。
在進行了Hartree-Fock近似之後，可根據研究精度的要求而選取求解Schrodinger方程的解的方法，主要有嚴格、精確的Ab Inito Hartree-Fock法（也稱為從頭計演算法）和簡化近似計算方法，如全略微分重疊法（CNDO）和間略微分重疊法（INDO）。
Ab Inito Hartree-Fock計算嚴格、結果精確，但同時也難解、費時。Ab Inito Hartree-Fock法是首先選取一組波函數作為基組（basis set）來表示這些原子軌道，然後用自洽場（SCF）的方法求解出Schrodinger 方程的解，從而獲得描述所研究的物質分子的電子結構的波函數ψ。由從頭計演算法得到的可直接與實驗結果相比較的量，有軌道能量和體系總能量，所以由從頭計演算法可以直接獲得被研究對象的游離電勢、分子的平均幾何構型、化學反應的勢能面以及紫外與可見光譜的譜帶位置等。雖然，從頭計演算法具有計算嚴格、結果精確的特點，但是，由於從頭計演算法中有大量的中心積分計算，其計算量大得驚人，難解耗時。因而，在量子地球化學研究中，在不失去基本准確性的情況下，亦謀求一些簡化的近似計算方法，如CNDO法和INDO法。
CNDO法是在解方程中作零微分重疊，即只按最簡單方式引進電子-電子排斥能，而對兩個具有平行或反平行自旋的電子間實際存在的相互作用未予以適當考慮。CNDO法雖然大大地簡化了計算，但其所得的結果較為粗糙（J.A.Tossell and D.J.Vaughan，1992）。INDO法是CNDO法的改進方法，其保留了單中心積分中的單原子微分重疊，而略去了其他微分重疊。這樣使得 INDO 法既提高了結果的可靠性而又不增加太多的計算工作量。CNDO法和INDO法對只包含輕原子的小分子和大分子計算結果均很成功，但對包含重原子（例如過渡元素、稀有元素）的分子或晶體的計算結果不佳。
（2）局部交換能量法（Xα）
局部交換能量法是定量、半定量地考慮電子的交換作用能的統計平均方法。其計算工作量低於Ab Inito法，高於CNDO方法，以Muffin-Tin平均分子（唐敖慶等，1979；江逢霖，1987）分別求解Schrodinger方程應用較廣，也稱為MS-Xα法。MS－ Xα主要應用於對稱性高的分子，計算結果十分令人滿意，如
（3）波函數法（CWF）
用相關波函數法求解定態Schrodinger方程，所得的結果在局域（localized）有限分子簇模型計算方法中是精度最高的。主要有組態相互作用（CI）和多體微擾理論（MBPT）。CI是目前計算相關能的主要方法。CI是把波函數按組態展開，而把組態函數按激發程度分類，在具體計算時，由於無法展開到包含很高激發程度的組態函數，三重激發以上的組態函數都被忽略（唐敖慶等，1979；江逢霖，1987）。
Ⅲ 第一性原理通俗解釋是什麼
是一個最基本的命題或假設，不能被省略或刪除，也不能被違反。在物理學中，第一性原理或稱從頭算，指從基本的物理學定律出發，不外加假設與經驗擬合的推導與計算。例如利用薛定諤方程在一些近似方法下解電子結構，但不從實驗數據得到擬合參數的從頭計演算法。
公理邏輯
在傳統邏輯中，公理是沒有經過證明，但被當作不證自明的一個命題。因此，其真實性被視為是理所當然的，且被當做演繹及推論其他事實的起點。當不斷要求證明時，因果關系畢竟不能無限地追溯，而需停止於無需證明的公理。通常公理都很簡單，且符合直覺，如「a+b=b+a」。
不同的系統，會預計不同的公理。例如非歐幾何的公理，和歐氏幾何的公理就有一點不同；另外，集合論的選擇公理在許多系統的建構中，也富有爭議。
有些系統堅持不預設選擇公理。也有一些數學家在建構系統時，刻意排除掉皮亞諾公理中的數學歸納法，以確保所有的證明，都可以直接演算。
在數學中，公理這一詞被用於兩種相關但相異的意思之下——邏輯公理和非邏輯公理。在這兩種意義之下，公理都是用來推導其他命題的起點。
和定理不同，一個公理不能被其他公理推導出來，否則它就不是起點本身，而是能夠從起點得出的某種結果—可以乾脆被歸為定理了。
Ⅳ 基於分子軌道理論的從頭演算法，在物理模型上有哪些近似
分子軌道理論是和以雜化軌道理論為代表的舊價鍵理論有很大不同的。舊價鍵理論認為分子中不同的原子形成共價鍵而結合在一起，靠的是兩個原子被單電子占據的原子軌道的重疊，從而電子配對相互作用結合在一起；而分子軌道理論對於分子的成鍵作用是和舊價鍵理論明顯不同的，我們知道分子中不同原子形成共價鍵會使體系能量降低，分子軌道理論認為分子中存在成鍵軌道和反鍵軌道，成鍵軌道能量比原子軌道低，反鍵軌道能量比原子軌道高，但是電子是從能量低的成鍵軌道填起的，因此最終成鍵電子數多於反鍵電子數，使體系能量比原子態下降，即成鍵了。總之，你要把握住分子軌道理論的最大要點，他不將成鍵作用視為單電子的配對；由於形成化學鍵體系能量要降低，分子軌道理論就是基於此將成鍵作用視為電子填在能量低的成鍵軌道，使體系能量降低而成鍵，這就是分子軌道理論的最大要點，所以，像某些有單電子的化合物它們的分子軌道能級圖會出現被單電子占據的分子軌道，因為分子軌道理論不要求電子配對。
Ⅳ 量子化學計算方法的從頭計演算法
原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計算任何多原子體系的電子結構和性質真正嚴格的計算稱之為從頭計演算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱為相關能。對於某些目的，還需要考慮體系的相關能。UHF方程考慮了相關能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線性組合形式的波函數，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數。這些由一個斯萊特行列式或數個斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結構稱為組態，所以這種取多斯萊特行列式波函數的方法稱為組態相互作用法（簡稱CI）。
Ⅵ 第一性原理方法又稱從頭計算方法，是基於什麼原理建立起來的
第一性原理:不建立理論模型,只基於最基本的力學，用計算機去讓這個體系基本力學去演化,相當於一次實驗
「第一性原理」來源於「第一推動力」這個宗教詞彙，第一推動力是牛頓創立的，因為牛頓第一定律說明了物質在不受外力的作用下保持靜止或勻速直線運動。
如果宇宙誕生之初萬事萬物應該是靜止的，後來卻都在運動，是怎麼動起來的呢？牛頓相信這是由於上帝推了一把，並且牛頓晚年致力於神學研究。現代科學認為宇宙起源於大爆炸，那麼大爆炸也是有原因的吧。所有這些說不清的東西，都歸結為宇宙「第一推動力」問題，它可能由某種原理決定，這個原理可以稱為「第一性原理」，可惜這是當時科學水平所不能及的。現在也遠沒有答案。
打個比方，在人文領域中，一個國家，其出發點一定是每個公民都覺得不言而喻的公理，科學的方法可用於治國，讓建國也基於最簡單的公理，公民能理解，國家才會牢固。
簡單的說，再復雜的知識體系，一定要歸納成最簡單的幾條不言而喻的公里，這就是第一性原理。
中國鄰里團 「回家么」的創始人王雨豪是崇尚第一性原理的創業者，習慣用第一性原理思考問題，在幾次演講中均有提到和介紹第一性原理，且涉及各個領域。
Ⅶ 怎麼確定物質的分子構型和雜化類型
根據價層電子對互斥理論進行推斷
ABn型：A周圍的電子對數就是軌道數，按 s p d 順序取相應的軌道數雜化即可。
sp雜化：直線
sp2雜化：平面三角
sp3雜化：正四面體
sp3d雜化：三棱雙錐
sp3d2雜化：正八面體
Ⅷ 量子化學的計算方法
主要分為：①分子軌道法（簡稱MO法，見分子軌道理論）；②價鍵法（簡稱VB法，見價鍵理論）。以下只介紹分子軌道法，它是原子軌道對分子的推廣，即在物理模型中，假定分子中的每個電子在所有原子核和電子所產生的平均勢場中運動，即每個電子可由一個單電子函數（電子的坐標的函數）來表示它的運動狀態，並稱這個單電子函數為分子軌道，而整個分子的運動狀態則由分子所有的電子的分子軌道組成（乘積的線性組合），這就是分子軌道法名稱的由來。 開殼層體系是指體系中有未成對的電子（即有的殼層未充滿）。描述開殼層體系的波函數一般應取斯萊特行列式的線性組合，這樣，計算方案就將很復雜。然而對於開殼層體系的對應極大多重度（所謂多重度，指一個分子因總自旋角動量的不同而具有幾個能量相重的狀態）的狀態（即自旋角動量最大的狀態）來說，可以保持波函數的單斯萊特行列式形式（近似方法）。描述這類體系的最常用的方法是假設自旋向上的電子（自旋）和自旋向下的電子（β自旋）所處的分子軌道不同，即不限制自旋相反的同一對電子填入相同的分子軌道。這樣得到的HFR方程稱為非限制性的HFR方程，簡稱UHF方程。
原則上講，有了HFR方程（不論是RHF方程或是UHF方程），就可以計算任何多原子體系的電子結構和性質真正嚴格的計算稱之為從頭計演算法。RHF方程的極限能量與非相對論薛定諤方程的嚴格解之差稱為相關能。對於某些目的，還需要考慮體系的相關能。UHF方程考慮了相關能的一小部分，更精密的作法則須取多斯萊特行列式的線性組合形式的波函數，由變分法求得這些斯萊特行列式的組合系數。這些由一個斯萊特行列式或數個斯萊特行列式按某種方式組合所描述的分子的電子結構稱為組態，所以這種取多斯萊特行列式波函數的方法稱為組態相互作用法（簡稱CI）。
Ⅸ 高中化學的問題
水分子的鍵角是104.5度，因為水分子中氧周圍有兩對孤電子，有擠壓作用，造成鍵角小於109度。
Ⅹ 成鍵電子數怎麼算
鍵級又稱鍵序，是分子軌道法中表示相鄰的兩個原子成鍵強度的一種數值。對雙原子分子來說，把成鍵電子數與反鍵電子數的差值的一半，稱為鍵級。在形成共價鍵時，成鍵軌道上的電子稱為成鍵電子，它使體系的能量降低，有利於形成穩定的鍵;反鍵軌道上的電子稱作反鍵電子，它使體系的能量升高，不利於形成穩定的鍵。可見，鍵級是衡量化學鍵相對強弱的參數，鍵級愈大，鍵愈穩定，若鍵級為零，則不能成鍵。 [1]
中文名鍵級外文名bond order別 名鍵序學 科物理、化學同類名詞鍵長、鍵能、鍵矩研 究原子
目錄
1 簡介
2 鍵級定義式
3 鍵級計算
▪ 分子軌道法
▪ 電子空位對假說
▪ 休克爾分子軌道法
簡介
編輯
在量子力學的范疇內，鍵級是難以觀測的，因此，無法用唯一的方法來給它下定義。然而，對於化學家來說，鍵級是一種非常有用的模型。
多原子分子的鍵級定義首先是由柯爾遜(Coulsoll)提出來的，他以休克爾分子軌道理論(HMO)為背景，幾乎在每一種量子化學標准教科書中，都有HMO理論的詳細闡述。可是，在皮拉(iPlar)的科效書中，關於鍵級的討論卻獨樹一幟，採用了別致的原子軌道線性組合分子軌道(LCAO一MO)的矩陣公式.
科爾遜關於鍵級的定義，只有當假定原子軌道(AO)是相互正交的以及被考慮的每個原子僅供一個原子軌道時方可應用。這些近似通常來自休克爾和帕里瑟一帕爾一波普爾(pariser一parr一poPle)的 JI 一電子理論。魏伯格(vitberg)第一個提出了不包括JI 一電子的鍵級定義，他採用鍵指標(bondindex)來代替鍵級(bondorder)。以這些先驅的工作為基礎，阿姆斯特朗(Armstrong)等人提出了分子中原子的化合價的定義。可是，這些鍵級和化合價的定義都局限於原子軌道的正交歸一集一合之中。在從頭計演算法(abiniito)或者在以擴展休克爾理論(EHMO)為基礎的那些方法中，將不必假定原子軌道的正交性，即考慮原子軌道間的重迭現象。邁耶(Mayer)提出了非正交基集情況下，鍵級的近似定義。邁耶的鍵級和化合價定義是以密立根(Mulilke)n布居分析法為基礎的 [2]
鍵級定義式
編輯
在現代化學領域中，鍵級是一個很有用的模型。鍵級的定義首先是Coulson 在Huckel的MO理論中給出的，隨後根據理論的發展，已有幾種鍵級的定義，各作者提出的鍵級定義式分別是：
Coulson鍵級：PAB=
；
Wiberg鍵級：WAB=
；
Mulliken鍵級：MAB=
；
Mayer鍵級：BAB=
；
對閉殼層體系，（2）~（4）式中的陣
，其矩陣元
。 [3]
鍵級計算
編輯
分子軌道法
傳統的分子軌道理論(簡寫為MO)認為，雙原子分子在形成分子的過程中，各個原子的原子軌道按照成鍵三原則組合成分子軌道，比其原子軌道能量低的分子軌道稱為成鍵軌道(J)；能量高於其原子軌道的分子軌道稱為反鍵軌道(J* )；與其能量相近的分子軌道稱為非鍵軌道。排布在這三種分子軌道上的電子相應稱為成鍵電子、反鍵電子和非鍵電子。成鍵電子數減去反鍵電子數即為凈成鍵電子數。鍵級的定義可記作：
鍵級=（成鍵電子數-反鍵電子數)/2
計算分子的鍵級，可採用原子軌道線性組合為分子軌道法，即：
(1)寫出單電子薛定諤方程；
(2)按照成鍵三原則，用原子軌道線性組合為分子軌道法選擇試探性變分函數；
(3)應用變分法建立久期方程及久期行列式並確定能量；
(4)求系數確定體系的狀態；
(5)按能量的高低，畫出能級圖；
(6)按能量最低原則，泡利不相容原理和洪特規則在分子軌道中填充電子；
(7)求出成鍵軌道和反鍵軌道的電子數，代入公式計算鍵級。
電子空位對假說
電子空位對假說(簡寫為EO)認為，分子中原子通過得失與交換電子而鍵合起來，對此電子和空位同樣起著重要的作用和影響。電子少空位多交換效益並不高；反之，電子多而空位少，實際交換效益也不高。最好是電子數和空位數盡量靠攏，成雙結對，稱為電子空位對，這種電子空位對數越多，成鍵數目就越多，成鍵能力也就越強。從中可看出,電子空位對數實質上就是凈成鍵電子數。
分子中各原子最大限度地調動價軌道中電子和空位的共同作用，盡可能多地組成電子空位對，這是各種類型共價分子結構的共同規律。