Статья опубликована в №36 (август) 2016
Разделы: Физика
Размещена 05.08.2016. Последняя правка: 09.08.2016.
Просмотров - 2323

МАТРИЦА ЧИСЛОВОГО КОДИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

Бессонов Евгений Александрович

Доктор технических наук

Горнодобывающие предприятия РФ

Консультант

deldel

УДК 006.915:[005:681.3] 

В данной работе предложена универсальная матрица для числового кодирования символов, составляющих физические формулы, которая позволяет автоматизировать процесс каталогизации, поиска и идентификации научной информации.

Статистические исследования – сбор, сводка и анализ данных, проведенные автором по ряду основополагающих источников по данной теме [1, 2, 3], позволили установить основные виды символов и индексов (таблицы 1, 2, 3), используемых в физике (в том числе, в физической химии) при написании различного вида формул и определить места (позиции) их структурного расположения в этих формулах.

Результатом таких исследований стала разработка автором универсальной матрицы числового кодирования и декодирования формул (рис. 1), с помощью, которой стало возможным перевести практически любую физическую формулу в числовую форму и, наоборот, из числовой формы в традиционную формулу.

 

Рис. 1. Универсальная матрица числового кодирования  и декодирования  физических формул

{G} – физическая группа, к которой относится формула; 1-20 позиции, на которых расположены символы, индексы или числа (цифры), составляющие отдельный блок кодируемой (декодируемой) формулы;  r – индекс (команда) повторения процесса кодирования (декодирования) для последующего блока формулы по позициям 1-20; z – индекс (команда) переноса кодирования формулы с новой строки (для записи систем уравнений или матриц);  (D) – индекс - сноска на адрес размерности закономерности, которую можно определить по таблице  автора [4], для безразмерных физико-химических формул устанавливают  индекс (d); [I] – индекс информации - общие сведения о формуле (наименование формулы и источник информации).

Ряд символов и знаков имеют определенную принадлежность к тем или иным позициям формулы. Так, на позиции 1 располагают, преимущественно, математические функции и первые части парных знаков (открывающиеся скобки различного типа), на позициях 8 и 10 основные буквенные символы формул, а на позиции 18, преимущественно, математические знаки и вторые части парных знаков (закрывающиеся скобки). Такая логика расположения повлияла на порядок расстановки символов и знаков в таблицах 1, 2 3  и соответственно на присвоенные им числовые коды. Данный логический порядок расположения символов позволил оптимизировать процесс кодирования за счет минимизации операций кодирования формул и сокращения затрат времени на их кодирование.

Примеры числового кодирования формул.

Пример 1. Постоянная Авогадро.

1.1.         Традиционная форма записи значения:

 

1.2.         Кодированная запись значения:

 

где, {II} – номер группы физической величины (физико-химические, теплофизические и температурные величины); верхние значения обозначают числа кодов 95, 69 и 230 и др., которые соответствуют символам: N, A, =, и др. (таблицы 1, 2, 3), а нижние номера позиций, на которых они расположены (рис. 1). Числовое значение в скобках (17-25) указывает на координаты ячейки таблицы автора [4], в которой расположена величина N_A и где указана ее размерность, где цифра 17 обозначает номер строки, а цифра 25, через дефис, номер столбца таблицы.

Пример 2. Образование полипептидной цепи с заданной последовательностью аминокислотных остатков.

2.1. Традиционная форма записи формулы:

 

2.2.   Кодированная запись формулы:

 

где, {II} – номер группы физической величины (физико-химические, теплофизические и температурные величины); верхние значения обозначают числа кодов 95, 83, 270 и др., которые соответствуют символам: N, Н, + и др. (таблицы 1, 2, 3), а нижние номера позиций, на которых они расположены (рис. 1). Буквенный индекс, заключенный в скобках (d), указывает на отсутствие размерности формулы.

        С целью упрощения процесса кодирования некоторые математические функции и значения формул требуют записи в преобразованном виде. Так, значение под знаком радикала ^mÖn^k записывают в виде n^k/m, а показательную функцию е  как exp.

Пример 3. Структурный фактор рассеяния с индексами h, k, l.

3.1.         Традиционная и преобразованная формы записи формулы:

 

3.2.         Кодированная запись формулы:

 

где, {III} – номер группы физической величины (световые, акустические, ионизирующие и ядерные величины); верхние значения обозначают числа кодов 79, 15, 84 и др., которые соответствуют символам: F, (, h и др. (таблицы 1, 2, 3), а нижние номера позиций, на которых они расположены (рис. 1). Числовое значение в скобках (32-25) указывает на координаты ячейки таблицы автора [4], в которой расположена величина F и где указана ее размерность, где цифра 32 обозначает номер строки, а цифра 25, через дефис, номер столбца таблицы.

Представленные примеры 1-3 показывают, что кодирование формул выполняют последовательно по позициям, соблюдая правило возрастания числовых значений кодов.  То есть на одной и той же позиции последующие коды, при кодировании, должны иметь большее числовое значение, чем предыдущие. Однако, из-за большого количества символов и знаков в формуле, такая последовательность может соблюдаться только при кодировании какой-то ее части. Поэтому в матрицу был введен символ – команда r, которая делит формулы на последовательные блоки и возвращает процесс кодирования на исходную позицию 1, что позволяет соблюдать правило возрастания числовых значений кодов при дальнейшем кодировании. Придерживаться правила возрастания числовых значений также необходимо для автоматизации процесса каталогизации, которая станет возможным после перевода числовых кодов в двоичную систему счисления.

По окончании кодирования формулу заносят в системный каталог кодированных физических закономерностей (в данной работе не показан).  

Декодирование формул, содержащихся в каталоге, выполняют обратно порядку кодирования и с использованием универсальной матрицы (рис. 1). Где, по кодам и номерам позиций, содержащихся  в базе (таблицы 1, 2, 3) распознают символы и знаки, и места их структурного расположения и также поэтапно, по блокам, в ячейки позиций 1-20, заносят все необходимые символы и знаки и получают традиционную форму записи формулы.

Предложенный метод числового кодирования формул с помощью матрицы по своим свойствам является некоторым аналогом известных компьютерных программ кодирования OЕM, ANSI и Unicode.Однако он призван решить иную научно-техническую задачу  – систематизацию и каталогизацию научных знаний. Поэтому, в отличие от них, он оснащен физико-математическими символами и знаками  со специальным логическим их расположением в базе (таблицы 1, 2, 3), снабжен функцией кодирования многоуровневых формул (систем уравнений, матриц) и систематическим каталогом, что позволяет кодировать и хранить формулы практически любой сложности, а также декодировать их и придавать им прежнюю традиционную форму записи.  

Матрица позволяет облегчить процесс кодирования (декодирования) физических закономерностей, описанных сложными формулами, а ее принцип построения, особенности пространственной конструкции и специальное логическое формирование базы кодов символов и знаков, позволяют их использовать для создания подобных матриц для кодирования химических и математических формул.

В таблицах 1-3 в сокращенном варианте представлены коды знаков и символов, используемых при числовом кодировании физических формул.

 

Примечание. Коды 154-228 используются для обозначения букв национальных алфавитов и букв, написанных специальными шрифтами (коды 212-228). В таблице 2б представлена российская версия кодов 154-228. 

1. Физическая энциклопедия. Гл. редактор акад. А.М. Прохоров. Изд. «Российская энциклопедия». 1988-1999, том 1-5. Электронная версия «Физической энциклопедии». http://femto.com.ua/index1.html
2. I.Mills, T.Cvitas, K.Homann, N.Kallay, K.Kuchitsu. Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry.// Second edition. - (IUPAC).- Blackwell science. 1993.
3. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М.: ИНФРА-М, 1999.—480 с.
4. Е.А. Бессонов, обновленная таблица трехмерной системы СИ в формате xlsx (Excel)/ На сайте АНО РСК-Консалтинг. http://www.rsk-k.ru/publications.html
5. Bessonov E. MATRIX NUMERIC ENCODING OF PHYSICAL REGULARITIES. Авторская интернет-страница: http://system-units-si.ru.gg/

Рецензии:

5.08.2016, 23:47 Мирмович-Тихомиров Эдуард Григорьевич
Рецензия: Статья интересная. Но до практического использования разработки автора очень далеко, и создание баз и СУБД с инструкциями (ключами) ещё предстоит, если на этой статье исследование автора не закончится. А нельзя ли эту же работу осуществить на основе компьютерных приложений-оболочек ANSI и др.? Статья достойна публикации.

Комментарии пользователей:

6.08.2016, 8:11 Шляхтов Сергей Сергеевич Отзыв: Я может чего-то не понимаю, но я вижу дроби. И дроби будут представлены числом с плавающей точкой или как? А если не дроби, то к чему там эта черта, сколькими битами представлен знаменатель или вообще что за специальные знаки (типа r), ведь все должно быть представлено числом. Так же не совсем понятно как будут представлены изомеры в тех же химических формулах (чем они будут отличаться) и вообще как передается структура химического соединения. В целом можно публиковать статью.

6.08.2016, 8:56 Бессонов Евгений Александрович Отзыв: Уважаемый Сергей Сергеевич! Кодирование формулы по представленной матрице будет производиться только по верхним знакам - кодам, «знаменатель» лишь указатель – он показывает место (позицию) расположения символов и знаков в формуле. А символ r является командой и введен для облегчения написания алгоритма программы кодирования (декодирования). Данная матрица не предназначена для кодирования структурных химических формул. С уважением, Е.Бессонов

Оставить комментарий