View
218
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Â
I hc thi nguyn trng I hc s phm
Khoa Ho hc
TS Mai Xun Trng D : 0912.739.257 CQ : 0280.3856.853 NR 0280.3759.402
Bi ging
Tin hc ng dng trong ho hc(2 tn ch)
(TI LIU LU HNH NI B)
Thi nguyn, 2011
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
1
M u
Tin hc trong ha hc (chemometric) hay ho tin (computational
chemistry) l danh t dng ch mt lnh vc khoa hc kt hp ton
hc - m ch yu l phng php tnh - vi my tnh gii cc bi ton ho hc.
Ho tin bao gi cng c cu thnh bi ba yu t: thut ton (algorithm), on
chng trnh my tnh (computer code) v ni dung ho hc.
Tin hc ng dng trong ha hc c th hiu l cc phng php tnh ton trn
my tnh gii cc bi ton ho hc v khng c tnh c th y . Tc l c th
c nhng phng php ch dng gii cc bi ton ho hc, thng l nhng phng
php t hp cu thnh bi ton ln nh ho lng t (quantum chemistry), m phng
ng lc phn t lng t (quantum molecular dynamics simulation), v c nhng
phng php khng ch c dng trong ho hc m cn dng trong cc lnh vc
khc. Cc phng php ny, c bit l trong vic khai thc d liu (datamining),
thng l nhng phng php n, khng qu phc tp v xut pht t nhng bi ton
c bn trong ton hc v phng php tnh nh: phng php hi quy phi tuyn, gii
h phng trnh vi phn, lc Kalman (Kalman filter), mng nron, ...
Nhng nm gn y, s pht trin cc ngn ng lp trnh, thut ton, cc
bi ton ho hc, cc phn mm tnh ton ng dng trong ho hc v s lng
ngi s dng ngy cng nhiu. phc v cng tc ging dy v hc tp tin hc
ng dng trong ha hc, chng ti bin son bi ging "Tin hc ng dng trong
ho hc". Hin nay c rt nhiu thut ton, phn mm cng nh cc bi ton ho
tin ng dng c ti ln mng INTERNET, bn c th tm thy trn mng cc
thut ton di dng m ngun m cho hu ht cc bi ton ng dng trong ho
hc th vic thay i cch hc thc l rt cp thit. Tuy nhin c th hiu c
cc chng trnh ta cn phi hiu cc khi nim c bn ca tin hc dng trong
ho hc nh cc hc thut ton, nhng lnh rt c bn ca ngn ng lp trnh .
V vy gio trnh ny ch yu cung cp nhng khi nim c bn nht ca
cc ngn ng lp trnh ngi hc c th lp trnh nhng chng trnh n gin
hay c th s dng cc chng trnh ngun m c.
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
2
Chng 1 : m u
1.1. cc khi nim c bn
1.1.1. Thng tin
Mi yu t c th mang li s hiu bit u c gi l thng tin. Thng
tin c th hin di nhiu dng thc khc nhau. Thng tin v mt i tng
chnh l cc d kin v i tng , cng nhiu thng tin th bt nh ca i
tng cng gim xung.
1.1.2. n v o thng tin
n v o thng tin trong my tnh c gi l bt. 1 bt mang lng thng
tin tng ng vi 1 trong 2 kh nng c th xy ra: 1 (tng ng vi c in hay
bng n sng) hoc 0 (tng ng vi khng c in (bng in tt) ).
1 byte = 8 bt 1KB = 1024 byte 1MB = 1024KB
1GB = 1024MB
1.1.3. X l thng tin bng my tnh in t
My tnh s khng lm g nu khng c tc ng ca con ngi. Ngi s
dng phi nhp s liu, bm cc phm thc hin php ton cng nh yu cu
hin th kt qu hoc lu tr kt qu.
1.2. Cu trc h x l thng tin t ng
Thng tin vo Qu trnh x l Kt qu
Quy tc theo qu trnh x l c thc hin (do con ngi t ra)
Thit b vo
Bn phm
Chut
a
My Scan
CPU
B nh RAM
B nh ROM
B x l trung tm
B s hc logic
B iu khin
Thit b ra
Mn hnh
My in
a
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
3
Cc thit vo v cc thit ra gi l cc thit b ngoi vi, ty theo yu cu
m ta c th thm, bt cc thit b ngoi vi cho ph hp.
My tnh hot ng da trn nguyn l c bn Von Neumann. Cc lnh v
d liu cng c lu tr trong b nh c to bi cc t a ch da trn 2 yu
t then cht : + iu khin bng chng trnh: My tnh hot ng theo s ch dn, iu
khin ca chng trnh c lu tr trong b nh ca n. Cc bc tc ng
c tin hnh theo cc cu lnh ca chng trnh. Chng trnh ch dn cho
my tnh bit phi lm g v phi lm nh th no.
+ Truy xut theo a ch: D liu theo ngha rng (d liu vo, kt qu
trung gian, kt qu cui cng, chng trnh, d liu ra, . . ) c lu tr trong
RAM ti mt vng nh c nh v bng cc s th t c gi l a ch. D
liu c ch nh v c truy cp (c hay ghi) theo a ch nh cha chng.
1.3. phn mm
Trong tin hc, thut ng phn mm c dng ni v cc chng trnh
dng iu khin hot ng ca my tnh, x l d liu phc v cho mt ng
dng c th trong hot ng kinh t, sn xut, kinh doanh, . . . V d: cc chng
trnh np sn trong ROM, cc chng trnh phn mm do ngi lp trnh vit.
Nu ta a ra khi my tnh ton b cc chng trnh np sn trong n, k
c cc chng trnh ghi sn trong ROM th nhng g cn li c gi l phn
cng ca my tnh. Nh vy, thut ng phn cng c dng ch linh kin,
chi tit, thit b lp rp thnh my tnh.
Cc chuyn gia phn cng tp trung vo vic thu nh kch thc, khi
lng cc linh kin in t, c kh, b nh nhm lm gim nng lng tiu hao
cho my tnh, tng kh nng lu tr v vn tc tnh ton.
Cc chuyn gia phn mm tp trung vo vic xy dng hot ng chnh
xc, khoa hc v tin li trn c s phn khai thc ti a kh nng ca my tnh
phc v cho li ch ca con ngi. S phi hp cht ch gia hai lnh vc phn
cng v phn mm l ng lc thc y s pht trin ca tin hc
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
4
Chng 2 : mt s ngn ng lp trnh
2.1. M u
Cc ngn ng lp trnh l phng tin giao tip gia ngi v my tnh.
Nh ta bit, mun yu cu my tnh gii mt bi ton no , v d tnh gi tr
ca biu thc a = (b + c).(d + e) hoc a = b + c.d + e chng ta phi vit mt
chng trnh quy nh tht r trt t thc hin cc thao tc c kt qu mong
mun. Nh vy chng trnh my tnh chnh l mt thut gii c vit di
dng mt quy nh bng mt ngn ng. Ngn ng dng vit chng trnh
my tnh c gi l ngn ng lp trnh.
V d: tnh biu thc a = (b + c).(d + e) th qu trnh thc hin vic tnh
ton bng chng trnh my tnh nh sau:
Bc 1. c gi tr b bng 1.
Bc 2: c gi tr c bng 2, cng b vi c.
Bc 3: Ghi gi tr tng (b + c) vo bng 5.
Bc 4: c gi tr d bng 3.
Bc 5: c gi tr e bng 4, cng d vi e.
Bc 6: Ghi gi tr tng (d + e) ra bng 6.
Bc 7: ly gi tr bng 5 nhn vi gi tr bng 6.
Bc 8: ghi gi tr tch (b + c).(d + e) ra bng 7 v gn cho gi tr a.
Bc 9: Vit gi tr a bng 7.
Bc 10. Dng chng trnh.
Cc bng 3, 4, 6, 7 c th dng li bng 1, 2 bng cch xa i (ghi ln)
sau khi dng xong.
Thut gii (cc bc) trn ch con ngi thc hin, mun cho my
tnh c th hiu v thc hin c ng ca chng ta cn phi din t
thut gii cho di mt dng quy nh no . Mt trong s cc dng quy
nh l hp ng. Hp ng bao gm tn cc cu lnh v cc quy tc vit cc
cu lnh my tnh hiu c. Tn cc cu lnh thng c vit di dng
ting anh nh: READ, WRITE, INPUT, ADD, PRINT, . . .
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
5
Ngoi ra nh ta bit, khi np chng trnh vo b nh chng ta phi
dnh ch lu tr cc gi tr ca s liu. V d trn l cc gi tr: a, b, c, d, e.
INPUT b (nhp gi tr b t bn phm, ghi vo nh 1)
INPUT c (nhp gi tr c t bn phm, ghi vo nh 2)
INPUT d (nhp gi tr d t bn phm, ghi vo nh 3)
INPUT e (nhp gi tr e t bn phm, ghi vo nh 4)
LOAD b (c b vo nh 1)
ADD c (cng c nh 2 vo nh 1, kt qu gi nh 1)
MOVE a (ghi kt qu nh 1vo nh 5)
LOAD d (c d nh 3)
ADD e (cng e nh 4 vo nh 3, kt qu gi nh 3)
MULT a (nhn kt qu nh 3 vi nh 5, kt qu gi nh 3)
MOVE a (ghi kt qu t nh 3 vo nh 5)
PRINT a (In nh 5 ra mn hnh hoc my in)
HALT (Dng chng trnh)
Chng trnh ny phi s dng cc nh (bng) lu gi s liu, c th
l:
1 ( nh dnh cho a)
2 ( nh dnh cho b)
3 ( nh dnh cho c)
4 ( nh dnh cho d)
5 ( nh dnh cho e)
Chng trnh hp ng trn nhn cc gi tr b, c, d, e do ngi s dng
nhp t bn phm ca my tnh ri tnh v hin th gi tr ca biu thc ra mn
hnh.
Ngn ng my: Sau khi np chng trnh hp ng trn vo my tnh,
trong my s din ra hai qu trnh sau y:
+ Dch chng trnh hp ng sang mt chng trnh vit bng ngn ng
my.
+ Thc hin chng trnh dch.
TS Mai Xun Trng - Trng i hc S phm - i hc Thi Nguyn
6
Ti sao li phi dch: V my tnh c thit k v lm vic trn c s
ca h nh phn. Chng trnh vit bng ngn ng my ch cha cc k hiu 0
(n tt) v 1 (n sng). Vic dch t chng trnh hp ng sang ngn ng my
cng c cc nh thit k my tnh chun b trc v np sn trong my. Khi
dch, mi cu lnh ca hp ng s c chuyn sang dng c bit gi l m
my hay m nh phn. V d cu lnh LOAD (c) s c chuyn thnh 0000,
cu lnh ADD (cng) s c chuyn thnh 0001. Cc nh dnh cho cc bin
a, b, c, d, e s c gn a ch ca t ng vi chng. V d bin a s chim vng
nh bt u bng a ch 00100000, bin b chim a ch 00100010,
Khi dng cu lnh hp ng: LOAD a s c dch thnh:
0000 00100000.
Cc ngn ng lp trnh bc cao
C th vit trc tip chng trnh bng ngn ng my c khng? C
th. Tuy nhin, nh ta thy vic lm ny rt vt v v d sinh li. Cc nh lp
trnh da trn nguyn l my tnh c iu khin bng chng trnh sng to
ra cc ngn ng lp trnh gn vi ngn ng t nghin, ph hp vi tm l v t
duy ca ngi lp trnh din t cc thut ton c trong sng v t nhin.
Vic t ra hp ng l mt c gng bc u gip cho nhng ngi lp
chng trnh c thun tin hn. Cc cu lnh ca hp ng c gn tn kh
gn vi ngn ng t nhin, vic dnh vng nh cho cc bin c thc hin
thng qua tn bin.
Vn dng t tng dch t ngn ng ny sang ngn ng khc, cc nh tin
hc sng to ra nhng ngn ng lp khc nhau thun tin hn na vi cc u
im sau:
+ Cc cu lnh ca ngn ng lp trnh gn vi ngn ng t nghin.
+ Ty theo lnh vc ng dng m cc ngn ng lp trnh mi ny cung cp
cc phng tin tr gip gii cc bi ton khoa hc, k thut hoc qun l.
Ngi ta gi cc ngn ng ni trn l cc ngn ng lp trnh bc cao
phn bit vi cc ngn ng lp trnh bc thp l hp ng v
