Efnagreining og Python: pöndur, stoichiometrie og kvörðun

Hagnaður:

• Geta til að byggja tölulegar niðurstöður á keyrðum Python kóða frekar en munnlegum getgátum um tungumálalíkanið
• Geta til að skrifa stoichiometry, kvörðun og gagnahreinsunarkóðann í gervigreind og prófa hann með sýnum með þekktum svörum
• Geta til að koma í veg fyrir gagnagreiningarvillur með því að tilgreina alltaf einingar og athuga röð þeirra

Efnafræði er full af tölum: vigtun, rúmmál, gleypnigildi, afrakstur, styrkur. Vinnsla þessara gagna handvirkt er hæg og villuhætt. AI veitir tvær helstu þjónustur hér: (1) skrifar Python kóða sem vinnur úr gögnunum, (2) keyrir þann kóða (í umhverfi sem getur keyrt kóðann) og gefur afgerandi niðurstöðu. Mikilvæga meginreglan er þessi: Leyfðu útreikningnum eftir úttak framkvæmda kóðans, ekki "munnlegri spá" tungumálalíkanssins. Tungumálalíkan "Hvað er 142 × 0,05?" getur stundum svarað spurningunni vitlaust; en Python línan sem hann skrifar reiknar alltaf rétt. Í þessari einingu munum við læra efnafræðilega gagnagreiningu með gervigreind með þessari hugmyndafræði.

Af hverju er kóði betri en munnleg giska?

Mállíkan gerir reikninga með því að "spá fyrir um mögulega niðurstöðu"; svo það getur verið rangt með stórar tölur eða fjölþrepa reikning. Í Python er tjáningin 142 * 0,05 ákveðin: hún skilar alltaf 7,1. Svo stefna: ekki láta gervigreindina gera útreikninginn, prentaðu KÓÐA útreikningsins og keyrðu kóðann. Svo þú notar sköpunargáfu gervigreindarinnar (smíðar kóðann) og slökkva á óáreiðanlegu hliðinni (höfuðreikningur).

Ábending: Þegar þú færð tölulega niðurstöðu frá gervigreind, segðu "táknaðu þetta með línu af Python." Kóðinn sjálfur bæði staðfestir reikninginn og gerir þér kleift að keyra hann og staðfesta hann. Ef þú sérð ekki kóða skaltu ekki treysta númerinu.

Dæmigert gagnagreiningarverkefni í efnafræði

• Stoichiometry: mól, massi, takmarkandi hvarfefni, fræðileg ávöxtun, útreikningur á prósentu ávöxtun.
• Styrkur: mólstyrkur, þynning (M1V1 = M2V2), ppm umbreytingar.
• Kvörðun: Að teikna kvörðunarlínu með Beer-Lambert lögmálinu (gleypni ∝ styrkur) og reikna út hið óþekkta.
• Gagnahreinsun: aflestrar mælitöflur með pöndum, útmerkingar, meðaltal/staðalfrávik.
• Sjónræn: kvörðunarferill teiknaður, hreyfifræðirit, títrunarferill.

Skref fyrir skref: Örugg gagnagreining með gervigreind

1. Skilgreindu gögn: Gefðu skýrt upp dálka, einingar, sýnislínur. Ef það er engin eining gefur gervigreindin sér forsendur.
2. Biddu um kóða, ekki niðurstöður: segðu "Skrifaðu pandas/NumPy kóða sem reiknar þetta út".
3. Keyra kóðann: Keyra hann sjálfur eða í umhverfi sem getur keyrt kóða.
4. Prófaðu með einföldu máli: Prófaðu kóðann með litlu dæmi þar sem þú veist svarið.
5. Eining og pöntunarathugun: Er eining og umfang niðurstöðunnar líkamlega sanngjarnt?
6. Skjal: Bættu kóðanum og úttakinu við tilraunabókina (eining 8).

Fjögur afritanleg sniðmát

1) Stoichiometry og prósent afrakstur:

Hvarf: salisýlsýra (MA 138.12) + ediksýruanhýdríð -> aspirín (MA 180.16). Gögn: Notuð voru 2,00 g af salisýlsýru, ediksýruanhýdríð var umfram.Aspirín fengin: 2,15 g.Verkefni: Skrifaðu Python kóða sem reiknar út fræðilega mólþyngd og skilgreinda mólþyngd. breytur, prentaðu niðurstöðuna í einingum.Ekki reikna í höfuð; gefðu bara keyranlegan kóða.

2) Beer-Lambert kvörðun:

Kvörðunargögn (styrk mól/L -> gleypni): 0,00->0,02, 0,02->0,21, 0,04->0,40, 0,06->0,62, 0,08->0,79. Óþekkt sýnisgleypni: 0,50. Verkefni: Framkvæmdu línulega kvörðun með numpy.polyfit, halla/skurði og Reiknaðu R^2, finndu óþekkta styrkinn. Teiknaðu gögnin + passa línuna með matplotlib.

3) mælikort með pöndum:

Ég er með CSV: dálkar = sýni, vega_g, rúmmál_mL, gleypni. Verkefni: lestu með pöndum, reiknaðu styrk (g/L) fyrir hvert sýni, merktu línur með gleypni < 0 sem rangar, gefðu kóða til að prenta meðaltal og staðfrávik hópanna. Tilgreindu einingarnar með athugasemdarlínu.

4) Staðfesting á þynningarreikningi:

Ég vil búa til 100 ml af 0,05 M lausn úr 0,5 M stofnlausn. Verkefni: Skrifaðu Python línuna sem reiknar út nauðsynlegt lagermagn með M1V1=M2V2. Prentaðu niðurstöðuna í ml og staðfestu sem athugasemd að gert sé ráð fyrir 10-faldri þynningu fyrir rökfræðilega athugun.

Veik kvaðning / Sterk kvaðning

Veik:

Hversu mikið aspirín kemur úr 2 grömmum af salicýlsýru?

AI gefur tölu frá höfðinu; Ef það man mólþyngdina rangt brenglast niðurstaðan og hvernig hún var reiknuð út mun ekki sjást.

Sterkur:

Gerum ráð fyrir salisýlsýru MA=138,12, aspirín MA=180,16, massi=2,00 g, afrakstur 100%.Verkefni: Skrifaðu Python kóða sem reiknar út fræðilegan massa aspiríns; athugasemd við hvert skref (mól -> mól -> massi), prentaðu niðurstöðuna í g.

Mismunur: mólþungi gefinn, kóði beðið um, skref skrifuð, eining tilgreind. Niðurstaðan er bæði nákvæm og endurskoðanleg.

Munnleg spá o.fl. keyrður kóða

Stærð

Mállíkan munnleg spá

Python keyrsla

Reikninákvæmni

Breytileg, villa getur komið upp

Ákveðið, víst

Endurskoðunarhæfni

Fósturlát (óljóst hvernig það kom út)

Hátt (kóði sýnilegur)

endurtekningarhæfni

lágt

hátt

Einingamæling

veikburða

Hægt að hafa opið í kóða

Rétt notkun

Hugmynd, byggingarbygging

Endanleg töluleg niðurstaða

smámál

Tilvik 1 — Munnleg reiknivilla. Nemandi spyr gervigreind „0,0145 mól × 180,16 g/mól? spurði hann; „2,72 g,“ sagði gervigreindin. Reyndar er það 2,61g. Þegar nemandinn sagði „sýndu þetta í Python“ skrifaði YZ 0,0145 * 180,16 og það kom út sem 2.612; Fyrsta munnlega svarið var rangt. Lexía: kýs kóða jafnvel fyrir mjög einfalda margföldun.

Tilfelli 2 — R² innritunarkvörðun. Einn notandi lét gera Beer-Lambert kvörðun; Það kemur í ljós að R² = 0,981. Gervigreindin sagði „línuleg, áreiðanleg“ en punkturinn með hæsta styrkinn var fyrir neðan línuna (mettun). Þegar notandinn sá grafið færði það hæsta punktinn út fyrir línulega sviðið, R² hækkaði í 0,999. Lexía: R² eitt og sér er ekki nóg; sjá leifar/lóð.

Mál 3 — Einingarugl. Í einni greiningu var óljóst hvort styrkurinn var mg/L eða g/L; Gervigreindin gerði ráð fyrir g/L og niðurstöðurnar voru 1000 sinnum rangar. Það var lagað þegar notandinn tilgreindi dálkaeininguna sérstaklega. Lexía: Breyttu alltaf einingunni, að því gefnu að gervigreind sé dýr.

Algeng mistök

• Að treysta á munnlegt númer. Alltaf að biðja um og keyra kóða frekar en að gera hugarreikning.
• Ekki tilgreint eininguna. Að blanda mg/L við g/L, mL við L, veldur 1000-faldri villu.
• Ekki prófa kóðann. Að sækja um stór gögn án þess að prófa með litlu dæmi þar sem svarið er vitað.
• Að líta á R² sem eina viðmiðunina. Að treysta ólínulegum punktum án þess að sjá þá myndrænt.
• Slepptu prófunarhvarfefninu. Útreikningur á fræðilegri ávöxtun án þess að ákvarða takmarkandi hvarfefnið í stoichiometry.
• Veruleg skref úthelling. Að tilkynna niðurstöðuna í 8 tölustafi þegar mælingin er 3 marktækir tölustafir.

Varúð: Jafnvel kóðinn sem gervigreindin skrifar gæti verið gallaður (rangt dálknafn, röng formúla). Að keyra kóðann gerir niðurstöðuna ákveðinn, en þú verður að staðfesta með þekktu dæmi að kóðinn reikni rétt.

Í stuttu máli

• Skildu tölulegu niðurstöðurnar eftir framkvæmdum Python kóða, ekki munnlegri getgátu tungumálalíkansins.
• AI skrifar fljótt kóða fyrir stoichiometry, kvörðun, gagnahreinsun og sjónmyndun í efnafræðilegri gagnagreiningu.
• Settu alltaf einingar á; Einingarugl eru dýrustu mistökin.
• Skoðaðu leifar og línurit auk R² í kvörðuninni.
• Prófaðu kóðann með einföldu dæmi með þekktu svari; Human sannreynir nákvæmni kóðans.

Umsóknarverkefni

Hafa kvörðunar- eða stoichiometry gagnasett (ef ekki, notaðu Beer-Lambert gögnin hér að ofan). Spyrðu gervigreindina um Python kóðann sem gerir greininguna (kóðann, ekki niðurstaðan). Keyra kóðann; prófaðu það síðan með litlu sýnishorni af þekktum svörum. Spyrðu gervigreindina munnlega um sama útreikning og berðu saman niðurstöðurnar tvær: er munur? Túlkaðu söguþráðinn fyrir R² og leifar í kvörðun. Settu kóðann, úttakið og stutta athugasemdina í skjal.

gátlisti

• [ ] Ég fæ tölulegar niðurstöður úr kóðanum, ekki frá munnlegri ágiskun.
• [ ] Ég tilgreini greinilega einingu hvers gagnadálks.
• [ ] Ég prófa kóðann með litlu sýnishorni þar sem svarið er vitað.
• [ ] Ég geri leifar/grafgreiningu við hlið R² í kvörðun.
• [ ] Ég ákveð takmarkandi hvarfefnið í stoichiometry.
• [ ] Ég tilkynni niðurstöðurnar með viðeigandi marktækum tölustaf.