ПРОДОЛЖЕНИЕ, начало здесь
http://deepoil.ru/forum/index.php/topic,40.msg21978.html#msg21978Пикотехнолог
Павел Ошмера (так Googl переводит с чешского)
https://www.mou.cz/en/zamestnanec/mudr-pavel-osmera/pe1575?langselect=1
Pavel Osmera.
Grammatical Evolution for Design of Nanostructure Models. // SciFed Journal of Artificial Intelligence - 2018, 1:3.
http://scifedpublishers.com/fulltext/grammatical-evolution-for-design-of-nanostructure-models/22400Научный журнал искусственного интеллекта
Грамматическая эволюция для проектирования моделей наноструктурОбзорная статья
Получено: 25 июня 2018 г.
Принято: 23 августа 2018 г.
Опубликовано: 4 сентября 2018 г.
* 1 Павел Осмера, 2 Павел Вернер
* Автор-корреспондент: Павел Осмера, отдел ядерной медицины, Масарикский мемориальный онкологический институт, 60200 Брно, Чешская Республика. Электронная почта: osmera@fme.vutbr.cz; Тел: 420737183908
Аннотация Классический подход в физике элементарных частиц основан на том факте, что электрон имеет некоторые параметры, такие как заряд, масса и т. Д., Но не имеет структуры. В наших расчетах электрон принимается за структурированную частицу, обладающую магнитными свойствами. Кольцевая теория (RT) использует электрон, протон и нейтрон в качестве частицы с тороидальной (кольцевой) формой, которая образована фрактальными субструктурами, связанными друг с другом вихревыми электромагнитными полями. Атомное ядро может быть построено из кольцевых протонов и нейтронов. Объединение знаний по физической химии, эволюционной оптимизации, трехмерной графике, программированию на Python и математике позволяет создавать программы для проектирования новых моделей наноструктур. Первое предложение по тестированию программы прогнозирования наноструктур ограничено углеродными структурами. Цель состояла в том, чтобы проверить, способна ли предлагаемая программа генерировать известные углеродные наноструктуры, такие как графен. Следующие версии программы больше не будут иметь этого ограничения.
Ключевые слова Кольцевые модели наноматериалов; Топологические кольцевые модели атомов и молекул; Кольцевая модель из карбона; Кольцо Модель Графена
ПОЛНЫЙ ТЕКСТ
Введение Прогнозирование новых наноструктур требует знания физической химии и умения выбирать подходящий метод эволюционной оптимизации. Первый такой предсказатель был разработан Органовым (USPEX) [ 1 ], который сочетает в себе знания квантовой физики и эволюционной оптимизации. Поскольку квантовая физика не содержит структурного описания атомов, этот предиктор способен создавать структуры с сотнями атомов на суперкомпьютерах. Сочетание структурного описания атомных ядер [ 2 ] и грамматической эволюции [ 3 , 4 , 5] не имеет этого ограничения. Количество атомов предсказанной наноструктуры зависит только от производительности компьютера и возможного времени расчета. Классический подход в физике элементарных частиц основан на том факте, что электрон имеет некоторые параметры, такие как заряд, масса и т. Д., Но не имеет структуры. Электрон рассчитывается как точечная частица, обладающая магнитными свойствами. Первая и вторая энергии ионизации и электронные оболочки описаны в [ 6 , 7 ], а основы фрактальной физики - в [ 8 ]. Длина связи радиусов атомов приведена в [ 9 ]. RT [ 2 , 10 , 11] использует электрон в качестве фрактальной частицы с тороидальной (кольцевой) формой, которая образована кольцевыми фрактальными субструктурами, связанными друг с другом вихревыми электромагнитными полями. Атомное ядро может быть построено из кольцевых протонов и нейтронов [ 2 , 10 ].
Новый RT (Теория Кольца) работает с фрактальной кольцевой структурой электрона и может описать внутреннюю структуру атомных ядер. Атомное ядро может быть построено из кольцевых протонов и нейтронов по четырем простым правилам [ 2 , 11 ].
Основные подструктуры атомов, созданных из протонов и нейтронов, показаны на рисунке 1 (красные кольца - это протоны; желтые кольца - это нейтроны) [ 2 , 11]. На оси протона может находиться только один электрон противоположного спина. Кажется, что, комбинируя эти четыре основных правила, мы можем создать модель ядра каждого атома. [ 2 ].
Согласно RT, модели атомного ядра состоят из глобул, в которых магнитные моменты протонных колец направлены один раз в глобулу, а смежные шары направлены наружу (рис. 2). Структуры других атомных ядер приведены в [ 2 , 11 ] (рис. 3).
Рисунок 1: Глобальные субструктуры атомов, созданных из протонов и нейтронов [ 11 ]
Рисунок 2: Топологическая структура модели ядра атома углерода. Стрелки указывают направления векторов магнитных моментов протонов
Рисунок 3: Топологическая структура модели ядра атома серебра
RT предлагает электронную модель в виде динамической частицы тороидальной формы, которая состоит из многоуровневых составных кольцевых структур, электромагнитно связанных друг с другом (рис. 4).
Ось электронного кольца идентична оси протонного кольца, к которому присоединен модельный электрон в атомном ядре. Его расстояние левитации от ядра атома определяется равновесием сил притяжения и отталкивания электромагнитных полей электронов, с одной стороны, и протона и нейтрона - с другой (рис. 5, 6).
Рисунок 4: Топологическая структура электрона
Рисунок 5: Графическая иллюстрация электронной левитации
Рисунок 6: График баланса между электрическими и магнитными силами модели атома водорода
Если электроны с параллельными спинами расположены так близко, что силы, вызванные магнитным полем, будут такими же, как силы поля, создаваемые электрическим полем, то моделируемые электроны будут связаны друг с другом ковалентной связью (рис. 7).
Отношения магнитных моментов очень важны для атомов. Между протоном и электроном всегда должно быть антипараллельное положение. Магнитные моменты электронов в ковалентной связи всегда имеют параллельную ориентацию.
Рисунок 7: Ковалентная связь с двумя кольцевыми электронами (синяя)
На рисунке 8 показана модель молекулы метана. Черные стрелки показывают магнитные моменты протонов и электронов.
На рисунке 9 показана модель молекулы воды. Топологические модели хорошо описывают структуры, но не в правильном масштабе.
Рисунок 8: Топологическая структура модели молекулы метана
Рисунок 9: Топологическая структура модели молекулы воды. Черные стрелки показывают ориентацию магнитных моментов
Структура графена Важность контроля ориентации магнитных моментов в молекулах соединений может быть продемонстрирована на примере структуры графена. Атомы углерода в гексагональной графеновой ячейке могут быть сложены так, что магнитные моменты образуют круг (G1, рисунок 10) или треугольник (G2, рисунок 11).
Рисунок 10: Модель гексагонального графена типа G1
Рисунок 11: Модель гексагонального графена типа G2
У свободных электронов в углах треугольника их магнитные моменты (спины) всегда ориентированы из плоскости графена наружу [ 2 ].
Две гексагональные углеродные структуры, которые обеспечивают образование графеновой структуры, показаны на рисунке 12.
Рисунок 12: Модель двух гексагональных углеродных структур
Объединение структур G1 и G2 приводит к структуре графена (см. Рисунок 13). Количество возможных структур важно для определения операции по модулю для правил грамматической эволюции. Рисунок 14.
Рисунок 13: Объединение структур G1 и G2 в структуре графена
Рисунок 14: Вид сбоку графеновой структуры
Грамматическая эволюция Основные идеи грамматической эволюции описаны в [ 4 , 5 ]. В будущем мы будем использовать Grammatic Evolution с обратной обработкой [ 5 ]. Перевод и кроссовер показаны на рисунках 15 (a), 15 (b) и 16.
Кодирование хромосомы в грамматической эволюции PonyGE2 - это реализация GE в Python [ 5]. PonyGE2 имеет модульную структуру. Как линейное представление генома, так и представление дерева деривации реализуются одновременно. BNF - это обозначение для выражения грамматики в форме правил производства. Каждое производственное правило состоит из левой части (одного нетерминала, за которым следует символ :: =, за которым следует список вариантов производства, разделенных символом │. Выборы производства могут состоять из любой комбинации терминалов или нет. терминалы. Нетерминалы заключены в угловые скобки. <>. Например, рассмотрим следующее правило производства::: = │ , Число ядер углерода постепенно увеличивается от 0 до N. Длина хромосомы постепенно увеличивается. Каждая новая связь имеет энергию связи, описанную в [ 6 , 7 ], и длину связи, описанную в [ 9 ]. Добавление дополнительных атомов углерода постепенно увеличивает общую энергию связи полученной структуры, что определяет приспособленность фенотипа (результат трансформации генотипа = хромосома в фенотип). Лучший человек в популяции имеет наибольшую общую энергию связи. Могут быть подключены только магнитные моменты одного и того же направления (см. Рисунок 8 и Рисунок 9).
Рисунок 15 (а): Графен: образовательная модель (комплект)
Рисунок 15 (б): перевод с обратной обработкой, (б) кроссовер
Рисунок 16: Кроссовер
Правила производства для проектирования углеродных наноструктур:
где a - атом, k - номер атома, n - тип ядра (атома), C - ядро углерода, m - направление магнитного момента, o - выходное направление магнитного момента, i - входное направление магнитного момента, A, B - входные магнитные моменты ядра углерода, C, D - выходные магнитные моменты углерода, N - число атомов во время трансляции.
Расчет положения атомного ядра Вершины углеродной структуры (правильный тетраэдр):
где c - радиус сферы, описанной этим тетраэдром. Другими словами, это расстояние от центра
этой сферы к любой вершине структуры тетраэдра углерода.
Заключение RT (теория колец) - это новый и оригинальный взгляд на элементарные частицы и структуру атомных ядер, атомов и молекул. Его основы просты для понимания благодаря комплексной топологической структуре, которая не требует описания сложными математическими формулами. Эта теория, основанная на использовании вихревых, фрактальных и кольцевых структур, связывает все текущие знания. RT вместе с грамматической эволюцией может создавать новые наноструктуры. Это позволяет нам понять фундаментальные физические и химические причины стабильности и реакционной способности атомов и молекул. Грамматическая эволюция является подходящим инструментом для оптимизации дизайна новых наноструктур. Этот новый способ конструирования наноструктур был испытан на структуре графена. Данная статья представляет собой введение в проблему прогнозирования наноструктур с использованием RT и грамматической эволюции. Принцип, описанный в этой статье, не ограничивается структурами, которые состоят только из атомов углерода. Это позволяет проектировать структуры с различными атомами в ближайшем будущем. В ближайшем будущем предсказанные структуры также будут использовать разные атомы. Принцип, описанный в этой статье, не ограничивается структурами, которые состоят только из атомов углерода.
Рекомендации1. Органов А.Р. (2004) USPEX Предсказатель универсальной структуры.
2. Вернер П. (2018) Дизайн студии - это дыра в дыре, техника эксперимента в электротехнике Брно.
3. Осмера П. (2009) Вихрево-кольцево-фрактальная структура атома водорода 89-94.
4. О`Нил М., Райан С. (2003) Грамматическая эволюция: эволюционное автоматическое программирование на произвольном языке 160.
5. Фентон М., МакДермотт Дж., Фаган Д. и др. (2017) PonyGE2: Грамматическая эволюция в Python.
6. Полинг Л. (1988). Общая химическая публикация Dover.
7. Рамсден Э.Н., Нельсон Т. (2000) A-Level Chemistry, четвертое издание.
8. Змескал О., Незадаль М., Бучник М. (2003) Фрактально-канторная геометрия Хаусдорфова размерность и фундаментальные законы физики Хаос Радиусы связи между атомами и солитами и фракталы 113-119.
9. Хейровская Р. (2005) Золотое сечение ионных и атомных радиусов длины связи. Молекулярная физика.
10. Осмера П., Попелка О., Паначек Т. (2005) Грамматическая эволюция с отсталым 235-244.
11. Осмера П., Вернер П. (2015) Кольцевая структура атомов и молекул.
Голосование