2.5. ПрограммаCasb

Недавно была разработана программа CASB для генерации сетей химических реакций в Марийском Государственном Университете (г. Йошкар-Ола, автор А. Поролло). Эта программа, также как и ChemNet, основана на комбинаторной генерации стадий с заданными ограничениями. В качестве исходных данных задаются структурные формулы веществ, правила, описывающие элементарные преобразования и ограничения (например, запрещенные фрагменты, молекулярные массы образующихся соединений).

Трансформации описываются правилами типа «если–то». Эти правила подразделяются на три типа согласно способу их применения, а именно трансформирующие, стабилизирующие и исключающие. В начале соединение оценивается трансформирующим правилом. Если в нем присутствует структурный фрагмент, описанный в правиле, то оно подвергается превращению согласно этому правилу. Затем полученное соединение проверяют стабилизирующими правилами, в которых описаны пути перевода нестабильных частиц в более устойчивые (например, вместо вицинальных бирадикалов формируются кратные связи). Наконец, после этого, каждое из новых соединений проверяется исключающими правилами на наличие запрещенных фрагментов. Если хотя бы в одном из продуктов найден запрещенный структурный фрагмент, то вся реакция отбрасывается. Если все вновь полученные соединения не содержат указанных фрагментов, то программа проверяет, не были ли такие соединения сгенерированы ранее. При полученнии продуктов повторно в сеть добавляется только новая реакция, в противном случае добавляются как новые структуры, так и реакция, ведущая к ним. Наконец, программа отбрасывает вырожденные реакции, в которых хотя бы один из продуктов является таким же, как и реагент. После этого программа возвращается на этап формирования новых соединений.

Когда просмотр всех комбинаций интермедиатов с помощью очередного трансформирующего правила закончен, программа возвращается на шаг выбора следующего правила. Итерация процесса генерации считается завершенной после рассмотрения всех комбинаций исходных веществ и интермедиатов, полученных на предыдущих стадиях с помощью трансформирующих правил. Тогда программа начинает новую итерацию, включая в рассмотрение полученные интермедиаты на последней итерации. И так процесс повторяется до тех пор, пока не будет достигнут предел числа итераций, заданный вначале, или на очередной стадии не будет сгенерировано ни одного интермедиата или новой реакции.

Результат работы программы – список стадий.

2.6. Общие замечания

Все программы в том или ином виде используют знания о химических реакциях. Эти знания могут быть встроены в программу и использоваться при генерации гипотез (“встроенные знания”), а могут быть сообщены программе пользователем в ходе ее работы. Для этого в программе, конечно, должны быть специальные средства, чтобы пользователь мог эти знания ввести. Это – “активизируемые знания”, они уже есть в программе, но пользователь должен дать команду, чтобы они начали использоваться. “Встроенным знанием” в программах MECHEM и ChemNet является условие, ограничивающее молекулярность стадий. “Активизируемыми знаниями “ в программе MECHEM являются шаблоны ограничений, а в программе ChemNet – трансформации, которые уже отобраны экспертами.

Все типы данных, которые использует программа, можно поделить условно на два типа: (а) что должно произойти (например, пользователь указывает, какие интермедиаты участвуют в реакции) и (б) что не может произойти (пользователь указывает, какие типы реакций не должны протекать в системе). И те и другие данные ограничивают комбинаторный перебор и очень полезны.

Для многих программ характерно использование в качестве исходных данных списков типов реакций (как в программах ChemNet и ChemComb) или даже списков самих реакций. Иногда это происходит явно, а иногда – нет. В частности, в программе RAIN, основанной на модели BE-матриц и разработанной Э. Фонтейном, трансформации и реакции не используются, но используются так называемые таблицы переходов (transition tables), которые описывают фрагменты трансформаций.