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光谱学与光谱分析 1999年第2期19卷 139-141页

作者：邵学广顾华蔡文生潘忠孝中国科学技术大学化学系

本文成功地将小波变换的多尺度信号分解（ＭＲＳＤ）方法用于一维核磁共振（ＮＭＲ）信号的数据压缩。将一幅由３２７６８个数据点构成的ＮＭＲ谱图压缩至５１２个数据点，仍能在均方差很小（２．７７６９×１０－４）的情况下很好地重... 详细信息

本文成功地将小波变换的多尺度信号分解（ＭＲＳＤ）方法用于一维核磁共振（ＮＭＲ）信号的数据压缩。将一幅由３２７６８个数据点构成的ＮＭＲ谱图压缩至５１２个数据点，仍能在均方差很小（２．７７６９×１０－４）的情况下很好地重建原始谱图。

关键词：数据压缩小波变换核磁共振谱

主成分分析-支持向量回归建模方法及应用研究

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分析化学 2006年第5期34卷 617-620页

作者：侯振雨蔡文生邵学广中国科技大学化学系南开大学化学系

将主成分分析(PCA)用于近红外光谱的特征提取,并与支持向量回归(SVR)相结合,实现了主成分分析-支持向量回归(PCA-SVR)用于近红外光谱定量分析的建模方法。与单纯的SVR方法相比,不仅提高了运算速度,而且提高了模型的预测准确度。将PCA-SV... 详细信息

将主成分分析(PCA)用于近红外光谱的特征提取,并与支持向量回归(SVR)相结合,实现了主成分分析-支持向量回归(PCA-SVR)用于近红外光谱定量分析的建模方法。与单纯的SVR方法相比,不仅提高了运算速度,而且提高了模型的预测准确度。将PCA-SVR方法用于烟草样品中总糖和总挥发碱含量的测定,所得结果的预测均方根误差分别为1.323和0.0477;回收率分别为91.8%112.6%和88.9%120.2%。

关键词：主成分分析支持向量回归近红外光谱

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小波变换与分析化学信号处理

化学进展 2000年第3期12卷 233-244页

作者：邵学广庞春艳孙莉中国科学技术大学化学系合肥230026

介绍了小波变换的基本理论并对小波变换的常用算法和应用进行了评述。由于小波变换的时 -频局部化性质 ,使其成为信号处理的强有力工具。在分析化学领域中 ,小波变换在流动注射分析、伏安分析、高效液相色谱、红外光谱、质谱、核磁共振... 详细信息

介绍了小波变换的基本理论并对小波变换的常用算法和应用进行了评述。由于小波变换的时 -频局部化性质 ,使其成为信号处理的强有力工具。在分析化学领域中 ,小波变换在流动注射分析、伏安分析、高效液相色谱、红外光谱、质谱、核磁共振谱、可见 -紫外光谱、光声光谱、扩展 X-射线吸收精细结构 ( EXAFS)谱等分析化学信号的平滑滤噪、数据压缩、重叠信号解析等方面都有成功的应用。

关键词：小波变换信号处理平滑滤噪数据压缩分析化学

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银镜增强的近红外漫反射光谱法测定血清尿素

高等学校化学学报 2017年第11期38卷 1947-1952页

作者：王翠翠于晓明蔡文生邵学广南开大学化学学院分析科学研究中心天津市生物传感与分子识别重点实验室天津化学化工协同创新中心南开大学药物化学生物学国家重点实验室天津300071 高密市人民医院检验科高密261500 喀什大学化学与环境科学学院喀什844006

针对近红外漫反射光谱(NIRDRS)技术灵敏度低或检出限高的缺点,采用银镜作为吸附基底以改善其灵敏度.银镜的强反射能力不仅能够降低光谱的背景干扰,还能增强光谱的响应信号.研究了NIRDRS技术结合银镜基质用于快速定量分析血清尿素含量的... 详细信息

针对近红外漫反射光谱(NIRDRS)技术灵敏度低或检出限高的缺点,采用银镜作为吸附基底以改善其灵敏度.银镜的强反射能力不仅能够降低光谱的背景干扰,还能增强光谱的响应信号.研究了NIRDRS技术结合银镜基质用于快速定量分析血清尿素含量的可行性.直接采集富集了血清的银镜基质的NIRDRS光谱,结合光谱预处理和变量选择方法,采用偏最小二乘回归建立了定量校正模型并进行快速预测.结果表明,采用银镜基质结合NIRDRS技术可以准确地测定含量为2.8~26.1 mmol/L的血清尿素,预测值与参考值的相关系数(R2p)为0.9823,样品回收率为86.0%~117.0%,且预测得到的最大误差值低至1.45 mmol/L.

关键词：近红外漫反射光谱血清尿素定量测定银镜化学计量学

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分子梭协助离子跨膜运输的机理研究

高等学校化学学报 2021年第10期42卷 3116-3124页

作者：妙孟姚郭一畅邵学广蔡文生南开大学化学学院分析科学研究中心天津市生物传感与分子识别重点实验室药物化学生物学国家重点实验室天津300071

采用增强采样分子动力学模拟研究了一轮烷型分子梭协助K^(+)跨膜转运的机制,该轮烷由两亲性的轴和套在轴上的大冠醚环及连接在大冠醚环上的小冠醚环构成,轴上有3个带正电的结合位点.通过计算穿梭过程的自由能变化,探索了溶剂(氯仿、乙... 详细信息

采用增强采样分子动力学模拟研究了一轮烷型分子梭协助K^(+)跨膜转运的机制,该轮烷由两亲性的轴和套在轴上的大冠醚环及连接在大冠醚环上的小冠醚环构成,轴上有3个带正电的结合位点.通过计算穿梭过程的自由能变化,探索了溶剂(氯仿、乙腈、水、氯仿-乙腈)以及中间结合位点对该轮烷穿梭运动的影响,并分析了中间位点在其携带K^(+)穿越细胞膜(采用水-氯仿-水模拟)过程中的重要作用.结果表明,改变溶剂不会改变轮烷(不携带K^(+))的运动模式,但随着溶剂极性的增加穿梭所需克服的自由能能垒显著降低;在氯仿-乙腈混合溶剂中,中间结合位点的质子化状态,不影响轮烷(不携带K^(+))的穿梭能垒;然而在模拟细胞膜的环境中,该结合位点的质子化与去质子化相比大幅降低了穿梭的能垒,促进了K^(+)的跨膜转运,表明中间位点的质子化对于离子转运至关重要,进一步分析表明轮烷中大环穿梭和小环摆动的协同作用,也是加速离子跨膜转运的另一关键因素.

关键词：人工离子转运体轮烷自由能计算质子化协同运动

自由能计算揭示苏氨酸对抗冻蛋白与冰晶结合能力的影响

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高等学校化学学报 2022年第3期43卷 97-103页

作者：崔韶丽张维佳邵学广蔡文生南开大学分析科学研究中心有机新物质创造前沿科学中心化学学院天津市生物传感与分子识别重点实验室天津300071 南开大学药物化学生物学国家重点实验室天津300071

采用分子动力学模拟和自由能计算研究了中等活性黑麦草抗冻蛋白(Lolium perenne antifreeze protein,Lp AFP)冰结合位点(Ice-binding site,IBS)上苏氨酸(Thr)含量对其吸附冰晶能力的影响.构建了一系列Lp AFP突变体结构,使其IBS上苏氨酸... 详细信息

采用分子动力学模拟和自由能计算研究了中等活性黑麦草抗冻蛋白(Lolium perenne antifreeze protein,Lp AFP)冰结合位点(Ice-binding site,IBS)上苏氨酸(Thr)含量对其吸附冰晶能力的影响.构建了一系列Lp AFP突变体结构,使其IBS上苏氨酸含量逐步增加,其中包括一个对IBS上11个位点的突变,使每个β片段均具有Thr-x-Thr基序(x是非保守的氨基酸,主要是疏水氨基酸).利用重要性采样算法(WTM-eABF)计算了Lp AFP及其突变体与冰晶结合过程的自由能变化,该算法结合了Well-tempering metadynamics的“填谷”和扩展拉格朗日自适应偏置力方法的“削峰”的优点,显著提高了算法的采样效率.结果表明,Lp AFP突变体的IBS苏氨酸含量越高,其与冰的结合在能量上越有利.当突变体具有重复Thr-x-Thr基序时,其与冰的结合能力最强.进一步分析表明,苏氨酸含量越高,IBS结合的液态水分子越多,与冰晶结合时锚定包合水稳定存在的时间就越长,抗冻蛋白的IBS与冰面之间的氢键网络也越稳定,从而提高了抗冻蛋白与冰的结合能力.增加苏氨酸残基的含量是提高中等活性抗冻蛋白抗冻活性的方法.

关键词：抗冻蛋白自由能计算冰晶结合亲和力氢键

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化学信息学网络化教学系统的研制

化学教育 2001年第11期22卷 3-4,17页

作者：邵学广中国科学技术大学化学系合肥230026

本文介绍了化学信息学的基本概念与基本内容 ,并重点介绍了我们建立的基于Internet的网络化教学系统。该系统包括课堂教学系统、作业系统以及教学需要的其他内容 ,由HTML文件构成 ,可通过浏览器 (Netscape或InternetExplorer等 )直接调... 详细信息

本文介绍了化学信息学的基本概念与基本内容 ,并重点介绍了我们建立的基于Internet的网络化教学系统。该系统包括课堂教学系统、作业系统以及教学需要的其他内容 ,由HTML文件构成 ,可通过浏览器 (Netscape或InternetExplorer等 )直接调用。

关键词：化学信息学网络化教学系统计算机辅助教学结构

可解释深度学习在光谱和医学影像分析中的应用

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化学进展 2022年第12期34卷 2561-2572页

作者：刘煦阳段潮舒蔡文生邵学广南开大学化学学院分析科学研究中心天津市生物传感与分子识别重点实验室药物化学生物学国家重点实验室天津300071 物质绿色创造与制造海河实验室天津300192

深度学习是一种基于神经网络的建模方法,通过不同功能感知层的构建获得优化模型,提取大量数据的内在规律,实现端到端的建模。数据规模的增长和计算能力的提高促进了深度学习在光谱及医学影像分析中的应用,但深度学习模型可解释性的不足... 详细信息

深度学习是一种基于神经网络的建模方法,通过不同功能感知层的构建获得优化模型,提取大量数据的内在规律,实现端到端的建模。数据规模的增长和计算能力的提高促进了深度学习在光谱及医学影像分析中的应用,但深度学习模型可解释性的不足是阻碍其应用的关键因素。为克服深度学习可解释性的不足,研究者提出并发展了可解释性方法。根据解释原理的不同,可解释性方法划分为可视化方法、模型蒸馏及可解释模型,其中可视化方法及模型蒸馏属于外部解释算法,在不改变模型结构的前提下解释模型,而可解释模型旨在使模型结构可解释。本文从算法角度介绍了深度学习及三类可解释性方法的原理,综述了近三年深度学习及可解释性方法在光谱及医学影像分析中的应用。多数研究聚焦于可解释性方法的建立,通过外部算法揭示模型的预测机制并解释模型,但构建可解释模型方面的研究相对较少。此外,采用大量标记数据训练模型是目前的主流研究方式,但给数据的采集带来了巨大的负担。基于小规模数据的训练策略、增强模型可解释性的方法及可解释模型的构建仍是未来的发展趋势。

关键词：深度学习可解释性方法神经网络医学影像分析光谱分析

免疫算法:一种新的多组分重叠色谱信号的解析方法

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色谱 2009年第5期27卷 648-654页

作者：邵学广刘智超蔡文生南开大学化学学院天津300071

色谱及其联用技术的快速发展使其成为复杂样品分析的重要手段,但在复杂样品分析中仍难以避免多组分色谱信号的重叠。化学计量学利用数学方法对复杂重叠信号进行解析,为复杂样品的色谱分析提供了新的手段。本文对免疫算法研究的近期进展... 详细信息

色谱及其联用技术的快速发展使其成为复杂样品分析的重要手段,但在复杂样品分析中仍难以避免多组分色谱信号的重叠。化学计量学利用数学方法对复杂重叠信号进行解析,为复杂样品的色谱分析提供了新的手段。本文对免疫算法研究的近期进展进行了总结,并以具体的实例介绍了其在多组分重叠色谱信号解析方面的应用。

关键词：重叠色谱信号免疫算法化学计量学独立成分分析复杂样品

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重要性采样方法与自由能计算

化学进展 2018年第7期30卷 921-931页

作者：陈淏川付浩浩邵学广蔡文生南开大学化学学院分析科学研究中心天津市生物传感与分子识别重点实验室天津化学化工协同创新中心天津300071 南开大学药物化学生物学国家重点实验室天津300071

分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这... 详细信息

分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径,重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法——伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展,其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展——扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法,并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后,讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景,并提出了对自适应偏置力方法可能的改进,如与加速分子动力学(aMD)或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。

关键词：分子动力学模拟自由能计算重要性采样伞状采样 metadynamics 自适应偏置力温度加速分子动力学