引論-計算機在藥學(xué)中的應(yīng)用

1、引論-計算機在藥學(xué)中的應(yīng)用普通高等教育 “ 十一五 ” 國家級規(guī)劃教材全 國 高 等 醫(yī) 藥 院 校 藥 學(xué) 類 規(guī) 劃 教 材大學(xué)計算機基礎(chǔ)第一節(jié) 計算機的發(fā)展目 錄第二節(jié) 信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展第三節(jié) 計算機在藥學(xué)中的應(yīng)用第四節(jié) 本課程學(xué)習(xí)方法沈陽藥科大學(xué)計算計教研室沈陽藥科大學(xué)計算計教研室大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)第一節(jié)計算機的發(fā)展第一節(jié) 計算機的發(fā)展概念2-1計算機(Computer)是電子數(shù)字計算機的簡稱，是一種自動地、高速地進(jìn)行數(shù)值運算和信息處理的電子設(shè)備。它主要由一些機械的、電子的器件組成，再配以適當(dāng)?shù)某绦蚝蛿?shù)據(jù)。程序及數(shù)據(jù)輸入后可以自動執(zhí)行，用以解決某些實際問題。因為計算機能增強

2、人們執(zhí)行智能任務(wù)的能力常被稱為“電腦”。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)概念2-2計算機擅長于執(zhí)行如快速計算、大型表格分類和在大型信息庫中檢索信息等工作。人類都能做這些事，但計算機可以做得更快、更精確。使用計算機可以補充我們的智能，使我們更具創(chuàng)造力。有效使用計算機的關(guān)鍵是要知道計算機能做什么，它如何工作，以及如何使用它。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一、 計算機發(fā)展沿革“世界公認(rèn)的第一臺電子數(shù)字計算機”是1946年由美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電工學(xué)院制造的“ENIAC”。最早的電子數(shù)字計算機，應(yīng)該是美國愛何華大學(xué)的物理系副教授約翰阿坦那索夫（John V. Atanasoff，1903-1995）和其研究生

3、助手克利夫貝瑞（Clifford E. Berry，1818-1963）于1939年制造的“ABC(Atanasoff-Berry- Computer）”。短短幾十年，計算機技術(shù)經(jīng)歷了巨大的變革。習(xí)慣上根據(jù)計算機的系統(tǒng)所采用的硬件技術(shù)來劃分計算機的發(fā)展階段。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)發(fā)展階段1939-1953電子管計算機時期1954-1964晶體管計算機時期1965-1974集成電路計算機時期1975-1999大規(guī)模集成電路計算機時期換個說法人們更愿意拉大時間尺度或換個角度來把所謂的計算機時代重新劃分成研究型計算機時代、個人計算機時代和網(wǎng)絡(luò)計算機時代。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈

4、陽藥科大學(xué)網(wǎng)絡(luò)計算機: 大約從1995年開始研究型: 大約從1950年開始個人計算機: 大約從1975年開始我國計算機的發(fā)展稍晚，但很快跟上了國際上發(fā)展的步伐?，F(xiàn)在，我國不但擁有世界所有類型的計算機制造能力，計算機應(yīng)用的普及早已使其在國民經(jīng)濟和綜合國力中占有越來越大的比重。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)二、計算機的特點從古到今，人類發(fā)明了數(shù)不清的機器，幾乎所有的機器都是人類體能的一種延伸，惟獨計算機有別于其它任何機器，它是個電腦，在一定條件下能代替人腦自動工作。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-11運算能力計算機內(nèi)部有個承擔(dān)運算的部件，叫做運算器?，F(xiàn)在高性能電腦每秒能進(jìn)行幾十億次運算。很多

5、場合下，運算速度起決定作用。例如，計算機控制導(dǎo)航，要求“運算速度比飛機飛的還快”。再如，氣象預(yù)報要分析大量資料，運算速度必須跟上天氣變化，否則便會失去預(yù)報的意義。以往很多工程計算限于計算工具的落后，只能憑經(jīng)驗公式估計，如今可以利用電腦進(jìn)行精確求值，省時省料，使產(chǎn)品不斷更新?lián)Q代。 大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-22計算精度數(shù)字式電子計算機用離散的數(shù)字信號形式模擬自然界的連續(xù)物理量，無疑存在一個精度問題。但是，除特殊情況外，一味地追求高精度是沒有意義的， 只要相對誤差在允許范圍內(nèi)就夠了。實際上，計算機的計算精度在理論上并不受限制，一般的計算機均能達(dá)到15位有效數(shù)字，通過一定技術(shù)手段，可

6、以實現(xiàn)任何精度要求。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-33記憶能力在計算機中有一個承擔(dān)記憶職能的部件，稱為存儲器。如果沒有存儲器，計算機就喪失了記憶能力，就不能叫電腦了。計算機存儲器的容量可以做得很大，能存儲大量數(shù)據(jù)。除能記住各種數(shù)據(jù)信息外，存儲器還能記住加工這些數(shù)據(jù)的程序。程序是人設(shè)計的，反應(yīng)了人的思想方法和行為動作，記住程序就能模擬和部分代替人的思維和活動。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-44邏輯判斷能力邏輯判斷能力就是因果關(guān)系分析能力，分析命題是否成立以便做出相應(yīng)對策。例如，讓計算機檢測一個開關(guān)的閉合狀態(tài)，如開路做什么，閉路又做什么。計算機的邏輯判斷能力是通過程序?qū)崿F(xiàn)的

7、，可以讓它做各種復(fù)雜的推理。例如藥學(xué)中的“模式識別”就是藥學(xué)科學(xué)家用計算機解決的。 大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-55自動執(zhí)行程序的能力計算機是個自動化電子裝置，能自動執(zhí)行存放在存儲器中的程序。程序是人經(jīng)過仔細(xì)規(guī)劃事先安排好了的。 一旦設(shè)計好并將程序輸入計算機后，向計算機發(fā)出命令，隨后它便成為人的替身不知疲勞地工作起來?？梢岳糜嬎銠C這個特點，去完成那些枯燥乏味令人厭煩的重復(fù)性勞動；也可讓計算機控制機器深入到人類軀體難以勝任的、有毒的、有害的作業(yè)場所。機器人、自動化機床、無人駕駛飛機、體內(nèi)藥物跟蹤等都是利用計算機的這個能力。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-66多媒體連接能

8、力計算機具有良好的多媒體外部通訊接口，通過各種多媒體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就可以組成功能強大的多媒體計算機網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)計算機軟件和硬件資源共享。如銀行、碼頭、機場、車站、郵局、醫(yī)院、學(xué)校、機關(guān)等地?zé)o處不在的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，隨時使用手機、收聽廣播、收看電視、接受醫(yī)療和藥物代謝監(jiān)視等項無時不在的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，背后都一定存在一個大型的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的特點7-77使用簡便比起早期的計算機必須由專業(yè)人士才能使用，現(xiàn)在的大多數(shù)計算機使用非常簡單。從牙牙學(xué)語的孩童到蒼蒼白發(fā)的老人，現(xiàn)在都可以使用計算機了。計算機應(yīng)用的場合與范圍也不可同日而語了。計算機已經(jīng)從計算機專家的手中解放出來了，成為了

9、最廣大的普通人群可以把玩的常用工具了。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的層次特點一個計算機應(yīng)用系統(tǒng)由硬件、系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件組成。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的層次特點3-1硬件是實現(xiàn)計算的平臺，所“會的”是不過的一些簡單計算，軟件是把要做的事情逐漸分解，拆分為計算機可以做的簡單工序，先輸入給計算機內(nèi)，計算完后再輸出結(jié)果。這個過程有些像工廠流水線的管理，原料從這邊進(jìn)去，產(chǎn)品從那邊出來。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的層次特點3-2當(dāng)用戶啟動計算機硬件的電源后，計算機硬件會自動引導(dǎo)系統(tǒng)軟件（如操作系統(tǒng)，Operating System）進(jìn)入計算機存儲器，并啟動控制器和運算器開始執(zhí)行操作系統(tǒng)

10、程序，連接并控制計算機各部分硬件，提供用戶和計算機對話的界面，以便用戶啟動應(yīng)用程序，讓計算機完成相關(guān)任務(wù)。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)計算機的層次特點3-3當(dāng)然不同用戶也可以在不同層次上和計算機系統(tǒng)打交道，于是就有了計算機專業(yè)硬件研究人員和軟件研究人員的區(qū)分。不過大多數(shù)非計算機專業(yè)的用戶不必經(jīng)常深入研究計算機軟件和硬件，仍然可以學(xué)會使用計算機完成各種任務(wù)。所有藥學(xué)科學(xué)人才只要學(xué)好計算機基礎(chǔ)，也一定能夠出色的完成計算機在藥學(xué)中應(yīng)用的各項任務(wù)。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)三、計算機的新發(fā)展隨著計算機應(yīng)用的需求不斷加大，計算機系統(tǒng)研究機構(gòu)和生產(chǎn)廠商不斷推出新產(chǎn)品。進(jìn)入21世紀(jì)，上網(wǎng)本（Netbook，上

11、網(wǎng)筆記本計算機）、上網(wǎng)機(Nettop，上網(wǎng)臺式計算機)、4G通信和第一批無鍵盤智能手機等紛紛涌現(xiàn)，移動領(lǐng)域?qū)游藗兊年P(guān)注，各種新的技術(shù)將會讓人們獲得更高的生產(chǎn)效率。根據(jù)有關(guān)機構(gòu)的數(shù)據(jù)，筆記本計算機的銷量去年首次超過臺式機，顯示了移動生活方式的興起，這些重大進(jìn)展的出現(xiàn)，將會徹底改變我們的學(xué)習(xí)、工作和生活方式，有人預(yù)言現(xiàn)在開始，進(jìn)入了移動計算的黃金時代。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)幾個微型機實例1高性能上網(wǎng)本和上網(wǎng)機2固態(tài)存儲磁盤（Solid State Disk，SSD）3更優(yōu)良的電池技術(shù)4隨處在線大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)大型機實例IBM近日宣布，公司正全力研發(fā)全球速度最快的超級計算機

12、“紅杉 (Sequoia) ”，并預(yù)計將于2011年提交使用。該計算機擁有每秒鐘20千萬億次(petaflop)的浮點運算能力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上代超級計算機的速度。該計算機效能較高，能耗較低，但體積相對較大，相當(dāng)于96臺冰箱。因此，需要一間面積至少為3422平方英尺(合318平方米)的房間來存放。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)其他實例還有許多計算機的新發(fā)展，將可以處理終端用戶的設(shè)備、傳感器、制動器等擴展并將其連接到后臺系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能轉(zhuǎn)換,將其變成行為,使整個系統(tǒng)、過程和設(shè)施更有效率、生產(chǎn)力更高、響應(yīng)更快，也就是更智能。 這意味著整個世界的數(shù)字設(shè)施和物理設(shè)施正在相互融合，計算能力將

13、以一種不同于計算機的方式呈現(xiàn)在我們面前。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)美好愿景1綠色計算的最終目標(biāo)。2更好地生活、工作、娛樂。3智能微型機器人。4一切無線化。5互聯(lián)計算改進(jìn)醫(yī)療保健。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)第二節(jié) 信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展第二節(jié) 信息科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展 概念2-1信息科學(xué)是以信息為主要研究對象，以信息的運動規(guī)律和應(yīng)用方法為主要研究內(nèi)容，以計算機等技術(shù)為主要研究工具，以擴展人類的信息功能為主要目標(biāo)的一門新興的綜合性學(xué)科。信息科學(xué)由信息論、控制論、計算機科學(xué)、仿生學(xué)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相結(jié)合而形成的。由于信息科學(xué)關(guān)注的信息對象分布在不同領(lǐng)域里，因

14、而很難發(fā)現(xiàn)不同領(lǐng)域里的信息現(xiàn)象的共同規(guī)律，所以發(fā)現(xiàn)不同領(lǐng)域中信息現(xiàn)象的共同規(guī)律是信息科學(xué)的根本出發(fā)點。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)概念2-2信息技術(shù)（Information Technology，簡稱IT）是主要用于管理和處理信息所采用的各種技術(shù)的總稱。它主要是應(yīng)用計算機科學(xué)和通信技術(shù)來設(shè)計、開發(fā)、安裝和實施信息系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。計算機和互聯(lián)網(wǎng)普及以來，人們?nèi)找嫫毡榈厥褂糜嬎銠C來生產(chǎn)、處理、交換和傳播各種形式的信息（如書籍、商業(yè)文件、報刊、唱片、電影、電視節(jié)目、語音、圖形、影像等）。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一、信息技術(shù)的基礎(chǔ)1微電子技術(shù)是以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)。2光

15、電子技術(shù)包括信息傳輸如光纖通信、空間和海底光通信等；信息處理如計算機光互連、光計算、光交換等；信息獲取如光學(xué)傳感和遙感、光纖傳感等；信息存儲如光盤、全息存儲技術(shù)等；信息顯示如大屏幕平板顯示、激光打印和印刷等，還包括光化學(xué)、生物光子學(xué)及激光醫(yī)學(xué)、有機光子學(xué)與材料、激光加工、激光慣性約束核聚變、光子武器等諸多分支學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)二、信息技術(shù)的范疇信息技術(shù)的范疇包括有關(guān)信息的獲取、傳輸、處理、控制的設(shè)備和系統(tǒng)的所有技術(shù)。其中感測技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)是整個信息技術(shù)的核心。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)三、信息技術(shù)的應(yīng)用針對信息管理、信息控制、信息決策等種

16、種實用需求，信息技術(shù)的應(yīng)用日益發(fā)展，工業(yè)自動化、辦公自動化、家庭自動化、人工智能化、信息網(wǎng)絡(luò)化逐步實現(xiàn)。信息技術(shù)在社會的各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，顯示出強大的生命力。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)四、信息技術(shù)的特點1數(shù)字化2多媒體化3高速度、網(wǎng)絡(luò)化、寬頻帶4智能化大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)五、信息技術(shù)的影響1信息技術(shù)在社會中起著決定作用2信息知識成了社會的最重要資源3大多數(shù)人從事信息知識的管理和生產(chǎn)工作4職業(yè)更新頻繁，人際交往頻繁5促進(jìn)人類信息素養(yǎng)提高大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)六、信息技術(shù)的新發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì),信息技術(shù)不但一刻也沒有停止發(fā)展，反而發(fā)展速度越來越快，適應(yīng)的情形也越來越復(fù)雜。信息科學(xué)與技

17、術(shù)的核心是計算機，計算機最底層的工作，就是“重復(fù)”地計算，而且每次做事情時，可以重復(fù)利用以前的軟件，工作就大大簡化，若不能重復(fù)使用，計算機其實比人還“笨”，也就是因為這個“重用”，讓計算機的能力越來越神奇。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)第三節(jié) 計算機在藥學(xué)中的應(yīng)用第三節(jié) 計算機在藥學(xué)中的應(yīng)用一系列的重要成就8-11、計算機與藥學(xué)的結(jié)合，產(chǎn)生了一系列新興的邊緣學(xué)科，如計算藥劑學(xué)、計算藥理學(xué)、計算藥物分析學(xué)、計算藥物代謝與計算藥物動力學(xué)、藥學(xué)模式識別等。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-22、使用計算機擺脫了憑經(jīng)驗作圖或表格式數(shù)據(jù)處理的方式，大規(guī)模試驗設(shè)計和統(tǒng)計分

18、析成為可能，促進(jìn)了藥學(xué)實驗數(shù)據(jù)處理方式與方法的發(fā)展。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-33、用計算機自動控制分析測試儀器，采集測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理，提高了儀器測試精度和實驗室的自動化程度，加快了測試速度，保證了測試精度和靈敏度。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-44、使用計算機和國際互聯(lián)網(wǎng)檢索文獻(xiàn)，加速了情報信息的交流，為科學(xué)研究和生產(chǎn)活動贏得了大量寶貴時間，減少不必要的浪費。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-55、使用計算機搜集情報數(shù)據(jù)，建立和完善了諸多數(shù)據(jù)庫，加之人工智能活動，可以組成諸多專家系統(tǒng)，促進(jìn)知識提取、儲藏、開發(fā)和應(yīng)用。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科

19、大學(xué)一系列的重要成就8-66、使用計算機促進(jìn)了藥學(xué)理論體系的完善，如中藥中大量藥學(xué)信息的模式識別、有效物質(zhì)基礎(chǔ)研究、藥理藥效活性成分研究、藥物代謝和藥物動力學(xué)研究方面等。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-77、使用計算機促進(jìn)了藥物設(shè)計、高通量藥物篩選和實驗室成果放大生產(chǎn)，大大加速了制藥工程工藝的改革，提高了產(chǎn)量，降低了消耗，保證了質(zhì)量。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一系列的重要成就8-88、使用計算機模擬藥學(xué)實驗、處理實驗數(shù)據(jù)等，促進(jìn)了高等藥學(xué)大專院校開展計算機輔助教學(xué)、輔助實驗和輔助管理，教學(xué)質(zhì)量有所提高。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)一、藥學(xué)信息學(xué)藥學(xué)信息學(xué)的研究對象是藥學(xué)領(lǐng)域中的各種

20、信息，以及信息傳播、信息存儲、信息提取和對知識表達(dá)的邏輯建構(gòu)等信息行為，這是區(qū)別于其他領(lǐng)域的信息學(xué)的重要標(biāo)志之一，也是藥學(xué)信息學(xué)能夠成為一門獨立學(xué)科的基本條件之一。藥學(xué)信息學(xué)的研究目的不僅是信息的利用，還要擴展藥學(xué)工作者的智能功能，更重要的是要促進(jìn)藥學(xué)和人類社會健康保障事業(yè)的現(xiàn)代化。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)二、計算機輔助藥物設(shè)計計算機輔助合成路線設(shè)計計算機化學(xué)組合化學(xué)蛋白質(zhì)工程生物大分子的結(jié)構(gòu)分析藥物篩選自動化？三、藥學(xué)數(shù)據(jù)挖掘數(shù)據(jù)挖掘(Data Mining，DM)，又稱為數(shù)據(jù)庫中的知識發(fā)現(xiàn)(Knowledge Discovery in Database, KDD)，就是從大量數(shù)據(jù)中獲取有效的、新穎的、潛在有用的、最終可理解的模式的非平凡過程，簡單的說，數(shù)據(jù)挖掘就是從大量數(shù)據(jù)中提取或“挖掘”知識。例如數(shù)據(jù)挖掘在中藥產(chǎn)品質(zhì)量控制與評價中的應(yīng)用研究就走在了前列。大學(xué)計算機基礎(chǔ)沈陽藥科大學(xué)四、藥學(xué)專家系統(tǒng)藥學(xué)專家系統(tǒng)就是致力于在藥學(xué)領(lǐng)