遺傳算法預(yù)測分子篩骨架是一類借鑒生物界的進化規(guī)律演化而來的隨機化搜索方法。它是由美國密歇根大學(xué)的研究組于20世紀60年代時提出。遺傳算法預(yù)測分子篩骨架是計算機科學(xué)人工智能領(lǐng)域中用于解決最優(yōu)化問題的一種搜索啟發(fā)式算法,是進化算法的一種。這種方法將待優(yōu)化的體系視為一個“種群”,通過優(yōu)化種群的基因編碼,完成種群的進化,最終使研究體系達到最優(yōu)化。
最初提出的遺傳算法預(yù)測分子篩骨架通常被稱為標準遺傳算法預(yù)測分子篩骨架或簡單遺傳算法預(yù)測分子篩骨架。遺傳算法預(yù)測分子篩骨架都包含選擇操作、交叉操作和變異操作這三個部分。算法對進化中的種群反復(fù)進行這三種操作,直到滿足某一極限條件而終止算法。
具體來說,主要分以下幾個步驟:
(1)選擇目標種群的函數(shù),確定變量定義域及編碼精度,形成編碼方案。
(2)隨機產(chǎn)生一組種群。
(3)選擇一部分種群進行交叉操作或變異,形成一組新的種群。
(4)評價種群,計算每個個體的合適值。
(5)檢查結(jié)束條件,若滿足,則算法結(jié)束,當前結(jié)構(gòu)組中合適值最高的個體即所要結(jié)構(gòu),否則轉(zhuǎn)步驟(3)繼續(xù)進行計算。
遺傳算法預(yù)測分子篩骨架的核心就是三類遺傳操作,算法對結(jié)構(gòu)組中的個體不斷進行遺傳進化操作,然后計算適應(yīng)值,再產(chǎn)生新的種群組以替換舊的種群組。整個算法就是在不斷地重復(fù)“產(chǎn)生—檢查—替換”的過程。
2004年,開發(fā)了一種基于遺傳算法預(yù)測分子篩骨架的分子篩結(jié)構(gòu)預(yù)測方法,依據(jù)分子篩結(jié)構(gòu)中晶胞尺寸、組成骨架的原子以及結(jié)構(gòu)孔道區(qū)域排斥區(qū)等參數(shù)來進行計算。該算法包括兩個主要階段,在第一階段,候選結(jié)構(gòu)由遺傳算法預(yù)測分子篩骨架生成,并采用價值函數(shù)來評估所有產(chǎn)生的候選結(jié)構(gòu)的質(zhì)量;在第二階段,通過分子力學(xué)的方法對第一階段產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)進行進一步精修。
在這種遺傳算法預(yù)測分子篩骨架中,為了促進孔道產(chǎn)生,采取了排斥區(qū)內(nèi)禁止原子進入的原則。排斥區(qū)可以是橢圓的、圓柱狀或平面區(qū)域,通過定義額外的價值函數(shù)直接或間接地限定排斥區(qū)區(qū)城是進行遺傳算法預(yù)測分子篩骨架的第一步,或直接通過消除禁區(qū)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果表明,間接或直接限定排斥區(qū)可以大大提高目標預(yù)測孔道結(jié)構(gòu)的生成。
2007年,又進一步提出了基于進化算法的結(jié)構(gòu)預(yù)測方法。不同于遺傳算法預(yù)測分子篩骨架所優(yōu)化的是基因類型的代碼,進化算法優(yōu)化的是原子坐標。他們指出,進化算法的效率要優(yōu)于遺傳算法預(yù)測分子篩骨架。采用結(jié)合排斥區(qū)的進化算法,具有特定孔道的分子篩,例如SOD和CHA,都可以產(chǎn)生出來。湖南天怡新材料有限公司是專業(yè)生產(chǎn)NaY分子篩、Y型分子篩、ZSM-5分子篩、USY分子篩、REY分子篩等為主要產(chǎn)品的分子篩廠家,如有需求,歡迎咨詢。
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