CN111968709B - 结构模型确定方法、装置、计算机设备及可存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于物质科学计算机技术领域，提供了一种结构模型确定方法、装置、计算机设备及可存储介质，包括：获取待测物质的初始结构模型；根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与初始结构模型对应的对称晶胞；获取对称晶胞对应晶系中的对称操作组；获取初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；根据第一目标结构模型的单晶衍射强度，从第一目标结构模型中确定第二目标结构模型。本发明可快速地从已有初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，且该新结构模型与已有结构模型具有相同的X射线/中子/电子粉末衍射或单晶衍射，提高了结构解析过程中合理结构模型的确定效率，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
Description
技术领域
本发明属于物质科学计算机技术领域，尤其涉及一种结构模型确定方法、装置、计算机设备及可存储介质。
背景技术
结构确定是多个科学分支发展的基础，如物理、化学、材料、生物、医药、地质等，而基于衍射晶体学的方法是结构确定中应用最广，最有说服力的一种方法，基于这种方法目前全球各种数据库中具有的结构模型已有数百万种。
目前衍射晶体学的方法可以利用X射线、中子束、电子束照射物质产生衍射信号，基于丢失了相位信息的衍射，通过各种数学物理方法重构出相位信息，从而确定物质的结构。但是重构相位信息的各种方法基于的一个基本假设是相同的精确衍射强度，只有一种合理相位与之对应，因此结构确定中通常搜索到一套合理结构后就基本认为其为准确的结构模型，但往往所认为的结构模型的正确性无法得到保证，尤其对于重原子法、直接法等方法得到的不完整的结构模型，其错误的概率则大大增加；另外，基于粉末衍射的方法，由于更多的信息丢失，得到与衍射数据匹配的结构模型有更大的可能是错误的。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种结构模型确定方法，旨在解决现有技术对于物质的结构确定方法存在结构模型识别效率低下以及识别错误率高的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种结构模型确定方法，包括：
获取待测物质的初始结构模型；
根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；
根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
本发明实施例的另一目的在于一种结构模型确定装置，包括：
初始结构模型获取单元，用于获取待测物质的初始结构模型；
对称晶胞确定单元，用于根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
对称操作组获取单元，用于获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
第一目标结构模型获取单元，用于获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
单晶衍射强度计算单元，用于计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；以及
第二目标结构模型确定单元，用于根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
本发明实施例的另一目的在于一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述结构模型确定方法的步骤。
本发明实施例的另一目的在于一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述结构模型确定方法的步骤。
本发明实施例提供的结构模型确定方法，基于待测物质的初始结构模型，根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞，以进一步获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组，扩大近似结构模型确定范围，实现误差范围内衍射相同或类似结构模型的确定，进而获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型，由于第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，而通过第一目标结构模型的单晶衍射强度的比对可以从中获得单晶衍射相同或类似的结构模型；本发明可快速地从已有初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，且该新结构模型与已有结构模型具有相同的X射线/中子/电子粉末衍射或单晶衍射，提高了结构解析过程中合理结构模型的确定效率，即有利于快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种结构模型确定方法的实现流程图；
图2为本发明实施例提供的ICSD数据库中的结构(No.29311)FeNiS2的结构模型确定示意图；
图3为本发明实施例提供的ICSD数据库中的结构(No.108990)SrPdF4的结构模型确定示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种结构模型确定方法的实现流程图；
图5为本发明实施例提供的又一种结构模型确定方法的实现流程图；
图6为本发明实施例提供的再一种结构模型确定方法的实现流程图；
图7为本发明实施例提供的一种结构模型确定装置的结构框图；
图8为本发明实施例提供的另一种结构模型确定装置的结构框图；
图9为本发明实施例提供的又一种结构模型确定装置的结构框图；
图10为本发明实施例提供的再一种结构模型确定装置的结构框图；
图11为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。
当前，重构相位信息的各种方法基于的一个基本假设是相同的精确衍射强度，只有一种合理相位与之对应，因此结构确定中通常搜索到一套合理结构后就基本认为其为准确的结构模型，而经本发明研究和实践表明，该假设并不完全成立，也就是说即使在找到能完美的匹配衍射数据的结构模型的情况下，依然无法不能保证结构的正确性，而对于重原子法、直接法等方法得到的不完整的结构模型，其错误的概率则大大增加，因此亟需寻找合适方法来尝试确定是否有多个类似结构模型可以匹配实验得到的衍射数据，从而真正找到正确的结构。
为了解决现有技术对于物质的结构确定方法存在的结构模型识别效率低下以及识别错误率高的问题，本发明实施例提供了一种结构模型确定方法，基于待测物质的初始结构模型，根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞，以进一步获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组，扩大近似结构模型确定范围，实现误差范围内衍射相同或类似结构模型的确定，进而获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型，由于第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，而通过第一目标结构模型的单晶衍射强度的比对可以从中获得单晶衍射相同或类似的结构模型；本发明可快速地从已有初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，且该新结构模型与已有结构模型具有相同的X射线/中子/电子粉末衍射或单晶衍射，提高了结构解析过程中合理结构模型的确定效率，即有利于快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
为了进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
图1为本发明实施例提供的一种结构模型确定方法的实现流程图，详述如下。
步骤S101，获取待测物质的初始结构模型。
在本发明实施例中，待测物质的初始结构模型可以是通过衍射晶体学的方法如X射线、中子束、电子束照射待测物质产生衍射信号，基于丢失了相位信息的衍射，通过各种数学物理方法重构出相位信息所获得的结构模型，或者是通过重原子法、直接法等方法得到的不完整的结构模型，或者是通过粉末衍射的方法所得到的与衍射数据匹配的结构模型，对于具体获取方式本发明在此不做具体限定。
在本发明实施例中，待测物质的初始结构模型可以是只包含正确或错误的部分结构的模型，也可以是具有完整结构的模型，如图2所示的ICSD数据库中的结构(No.29311)FeNiS2的结构模型确定示意以及图3所示的ICSD数据库中的结构(No.108990)SrPdF4的结构模型确定示意中，晶体结构a即为初始结构模型。
步骤S102，根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞。
在本发明实施例中，按照可更改设定的对称性偏离的容忍因子确定可能的更高对称性的晶胞，即所述对称晶胞，如将轴长接近整数比的正交晶胞转化为四方晶胞，四方晶胞转化为立方晶胞，a轴与c轴长度比为一定值的R心六方晶胞转化为立方晶胞等。即本发明通过设置对称操作不同的偏离因子来扩大结构模型确定范围，以实现后续误差范围内衍射类似或相同的新结构模型的确定。
步骤S103，获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组。
在本发明实施例中，对称操作组为该对称晶胞对应晶系中的对称操作集合，包括至少两个对称操作。对该对称晶胞对应晶系中所有可能对称操作在单胞内进行搜索，当某一对称操作可以对称性关联任意一个或多个原子，则记录下该对称操作，并将其记录为对称操作组中的对称操作之一。
步骤S104，获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型。
在本发明实施例中，一般而言，通过精确的对称操作的确定用以实现相同衍射结构的确定，而通过设置对称操作不同的偏离因子来扩大结构模型确定范围，以实现误差范围内衍射类似的结构模型的确定。在确定对称操作的过程中将所述初始结构模型分解成多个结构部分，各个结构部分在不同的对称操作下，可能不变，可能变化，也可能在多个不同的对称操作后产生新的相同的部分结构。
在本发明实施例中，所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。初始结构模型在不同对称操作下产生与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似的结构模型，进而将所得结构模型与初始结构模型进行分析比较，去除能够通过对称操作互相变换的等价结构，包括仅有手性不同的结构，以得到真正意义的多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，如图2所示，晶体结构b即为初始结构模型a在对称操作下所确定的第一目标结构模型之一，而初始结构模型a与第一目标结构模型b的粉末衍射图d均完全相同，但初始结构模型a为一个三维结构模型，而第一目标结构模型为层状结构模型c，该层状结构模型c即为与初始结构模型a的粉末衍射相同但结构不同的新结构模型。
在本发明实施例中，由于所确定的所有第一目标结构模型都为具有误差范围内类似的粉末衍射，按照对称性偏离的容忍因子搜索每个第一目标结构模型的对称性，并得到每个第一目标结构模型的独立原子。
步骤S105，计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度。
步骤S106，根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型。
在本发明实施例中，所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。通过对所有与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型的单晶衍射强度进行两两比对，得到在误差范围内具有相同或类似单晶衍射的新结构模型，如图3所示，晶体结构b为与初始结构模型具有相同单晶衍射的第二目标结构模型，可见，初始结构模型a与第二目标结构模型的异同点在于Sr和Pd的位置不变，所有F的位置在c方向移动了1/4个单胞。
本发明实施例提供的结构模型确定方法，基于待测物质的初始结构模型，根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞，以进一步获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组，扩大近似结构模型确定范围，实现误差范围内衍射相同或类似结构模型的确定，进而获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型，由于第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，而通过第一目标结构模型的单晶衍射强度的比对可以从中获得单晶衍射相同或类似的结构模型；本发明可快速地从已有初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，且该新结构模型与已有结构模型具有相同的X射线/中子/电子粉末衍射或单晶衍射，提高了结构解析过程中合理结构模型的确定效率，即有利于快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
图4为本发明实施例提供的另一种结构模型确定方法的实现流程图，其与上述实施例类似，不同之处在于，所述步骤S104，包括如下步骤：
步骤S401，将所述初始结构模型扩展成P1空间群下的整体结构。
步骤S402，当所述对称操作组包括第一对称操作以及第二对称操作时，则将所述整体结构分成第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分。
在本发明实施例中，如果对称操作组中任意两个对称操作，即第一对称操作A以及第二对称操作B，能将整体结构分成四个结构部分，即第一结构部分P、第二结构部分Q、第三结构部分R以及第四结构部分S，则记录下该对称操作组。
步骤S403，获取所述第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下的第一目标结构模型。
在本发明实施例中，所述第一结构部分P在所述第一对称操作A下不变，在所述第二对称操作B下变化；所述第二结构部分Q在第二对称操作B下不变，在所述第一对称操作A下变化；所述第三结构部分R在所述第一对称操作A以及第二对称操作B下都变化，并变成与所述第三结构部分R相同的结构部分R’；所述第四结构部分S在所述第一对称操作A以及第二对称操作B下都不变。其中，第四结构部分S可以是一个空结构，而第一结构部分P、第二结构部分Q、第三结构部分R为非空结构。
值得注意的是，本发明实施例中涉及的对称操作也可以为3个或更多。此时如涉及n个对称操作，则须能将整体结构分为n+2结构部分，其中n结构部分分别在一个不同的对称操作下不变，在另外n-1个对称操作下可变化。另外一结构部分在所有对称操作下都会得到一个新的相同的结构部分，最后一结构部分在所有对称操作下都不变，可为空结构。
在本发明实施例中，记录下一个或多个初始结构在对称操作组下产生的新结构模型，如两个对称操作情况下是由P、Q、R’和S组成。由于不同的对称操作组下，各个结构部分可能相同也可能不同，如在两个对称操作形成的不同对称操作组产生的P、Q、R、R’和S可能相同也可能不同，因此进一步将这些新结构模型和初始结构模型进行分析比对，去除能够通过对称操作互相变换的等价结构，包括仅有手性不同的结构，得到真正意义的多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
本发明实施例提供的结构模型确定方法，通过对称操作的确定，将整个整体结构分解为不同的结构部分，各个结构部分在不同对称操作下具有不同的性质，以此获得多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，提高结构解析过程中合理结构模型的确定效率，加快最终正确结构模型的获得和准确性。
图5为本发明实施例提供的又一种结构模型确定方法的实现流程图，其与上述实施例类似，不同之处在于，所述步骤S104之后，还包括如下步骤：
步骤S501，判断所述第一目标结构模型的数目是否为零；若否，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述步骤S102；若是，则进入所述步骤S105。
在本发明实施例中，如上所述，当根据待测物质的初始结构模型所确定的第一目标结构模型的数目不少于1个时，即所确定的与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型不为0时，则将与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型作为待测物质的初始结构模型，并返回至所述根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞的步骤，即根据新结构模型再次确定第一目标结构模型，以进一步充分实现误差范围内所有粉末衍射相同或类似结构模型的确定，直至所确定的第一目标结构模型的数目为0，即无任何与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型产生时，则认定所有与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型确定完毕，进入所述计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度的步骤。
本发明实施例提供的结构模型确定方法，当根据初始结构模型所确定的第一目标结构模型的数目不为0时，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞的步骤，再快速地从新初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，进一步扩大了近似结构模型的确定范围，充分实现误差范围内所有粉末衍射相同或类似结构模型的确定，有利于提高结构解析过程中合理结构模型的确定效率以及准确率。
图6为本发明实施例提供的再一种结构模型确定方法的实现流程图，其与上述实施例类似，不同之处在于，所述结构模型确定方法还包括以下步骤：
步骤S601，根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同。
在本发明实施例中，如上所述，通过计算所有第一结构模型的单晶衍射强度并进行两两比对，得到在误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型的分组：每个组内单晶衍射结构类似；不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射不同。
步骤S602，根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组。
在本发明实施例中，按晶体学惯例格式(cif、res等)输出所有结构模型及其分组。
本发明实施例提供的结构模型确定方法，根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同；根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组；有利于用户快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
图7示出了本发明实施例提供的一种结构模型确定装置的结构，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，详述如下：
所述结构模型确定装置，包括：
初始结构模型获取单元710，用于获取待测物质的初始结构模型。
在本发明实施例中，待测物质的初始结构模型可以是通过衍射晶体学的方法如X射线、中子束、电子束照射待测物质产生衍射信号，基于丢失了相位信息的衍射，通过各种数学物理方法重构出相位信息所获得的结构模型，或者是通过重原子法、直接法等方法得到的不完整的结构模型，或者是通过粉末衍射的方法所得到的与衍射数据匹配的结构模型，对于具体获取方式本发明在此不做具体限定。
在本发明实施例中，待测物质的初始结构模型可以是只包含正确或错误的部分结构的模型，也可以是具有完整结构的模型，如图2所示的ICSD数据库中的结构(No.29311)FeNiS2的结构模型确定示意以及图3所示的ICSD数据库中的结构(No.108990)SrPdF4的结构模型确定示意中，晶体结构a即为初始结构模型。
对称晶胞确定单元720，用于根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞。
在本发明实施例中，按照可更改设定的对称性偏离的容忍因子确定可能的更高对称性的晶胞，即所述对称晶胞，如将轴长接近整数比的正交晶胞转化为四方晶胞，四方晶胞转化为立方晶胞，a轴与c轴长度比为一定值的R心六方晶胞转化为立方晶胞等。即本发明通过设置对称操作不同的偏离因子来扩大结构模型确定范围，以实现后续误差范围内衍射类似或相同的新结构模型的确定。
对称操作组获取单元730，用于获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组。
在本发明实施例中，对称操作组为该对称晶胞对应晶系中的对称操作集合，包括至少两个对称操作。对该对称晶胞对应晶系中所有可能对称操作在单胞内进行搜索，当某一对称操作可以对称性关联任意一个或多个原子，则记录下该对称操作，并将其记录为对称操作组中的对称操作之一。
第一目标结构模型获取单元740，用于获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
在本发明实施例中，一般而言，通过精确的对称操作的确定用以实现相同衍射结构的确定，而通过设置对称操作不同的偏离因子来扩大结构模型确定范围，以实现误差范围内衍射类似的结构模型的确定。在确定对称操作的过程中将所述初始结构模型分解成多个结构部分，各个结构部分在不同的对称操作下，可能不变，可能变化，也可能在多个不同的对称操作后产生新的相同的部分结构。
在本发明实施例中，所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。初始结构模型在不同对称操作下产生与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似的结构模型，进而将所得结构模型与初始结构模型进行分析比较，去除能够通过对称操作互相变换的等价结构，包括仅有手性不同的结构，以得到真正意义的多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，如图2所示，晶体结构b即为初始结构模型a在对称操作下所确定的第一目标结构模型之一，而初始结构模型a与第一目标结构模型b的粉末衍射图d均完全相同，但初始结构模型a为一个三维结构模型，而第一目标结构模型为层状结构模型c，该层状结构模型c即为与初始结构模型a的粉末衍射相同但结构不同的新结构模型。
在本发明实施例中，由于所确定的所有第一目标结构模型都为具有误差范围内类似的粉末衍射，按照对称性偏离的容忍因子搜索每个第一目标结构模型的对称性，并得到每个第一目标结构模型的独立原子。
单晶衍射强度计算单元750，用于计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度。
第二目标结构模型确定单元760，用于根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型。
在本发明实施例中，所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。通过对所有与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型的单晶衍射强度进行两两比对，得到在误差范围内具有相同或类似单晶衍射的新结构模型，如图3所示，晶体结构b为与初始结构模型具有相同单晶衍射的第二目标结构模型，可见，初始结构模型a与第二目标结构模型的异同点在于Sr和Pd的位置不变，所有F的位置在c方向移动了1/4个单胞。
本发明实施例提供的结构模型确定装置，基于待测物质的初始结构模型，根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞，以进一步获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组，扩大近似结构模型确定范围，实现误差范围内衍射相同或类似结构模型的确定，进而获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型，由于第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，而通过第一目标结构模型的单晶衍射强度的比对可以从中获得单晶衍射相同或类似的结构模型；本发明可快速地从已有初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，且该新结构模型与已有结构模型具有相同的X射线/中子/电子粉末衍射或单晶衍射，提高了结构解析过程中合理结构模型的确定效率，即有利于快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
图8示出了本发明实施例提供的另一种结构模型确定装置的结构，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
所述第一目标结构模型获取单元740，包括：
扩展模块810，用于将所述初始结构模型扩展成P1空间群下的整体结构。
结构划分模块820，用于当所述对称操作组包括第一对称操作以及第二对称操作时，则将所述整体结构分成第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分。
在本发明实施例中，如果对称操作组中任意两个对称操作，即第一对称操作A以及第二对称操作B，能将整体结构分成四个结构部分，即第一结构部分P、第二结构部分Q、第三结构部分R以及第四结构部分S，则记录下该对称操作组。
第一目标结构模型获取模块830，用于获取所述第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下的第一目标结构模型。
在本发明实施例中，所述第一结构部分P在所述第一对称操作A下不变，在所述第二对称操作B下变化；所述第二结构部分Q在第二对称操作B下不变，在所述第一对称操作A下变化；所述第三结构部分R在所述第一对称操作A以及第二对称操作B下都变化，并变成与所述第三结构部分R相同的结构部分R’；所述第四结构部分S在所述第一对称操作A以及第二对称操作B下都不变。其中，第四结构部分S可以是一个空结构，而第一结构部分P、第二结构部分Q、第三结构部分R为非空结构。
值得注意的是，本发明实施例中涉及的对称操作也可以为3个或更多。此时如涉及n个对称操作，则须能将整体结构分为n+2结构部分，其中n结构部分分别在一个不同的对称操作下不变，在另外n-1个对称操作下可变化。另外一结构部分在所有对称操作下都会得到一个新的相同的结构部分，最后一结构部分在所有对称操作下都不变，可为空结构。
在本发明实施例中，记录下一个或多个初始结构在对称操作组下产生的新结构模型，如两个对称操作情况下是由P、Q、R’和S组成。由于不同的对称操作组下，各个结构部分可能相同也可能不同，如在两个对称操作形成的不同对称操作组产生的P、Q、R、R’和S可能相同也可能不同，因此进一步将这些新结构模型和初始结构模型进行分析比对，去除能够通过对称操作互相变换的等价结构，包括仅有手性不同的结构，得到真正意义的多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
本发明实施例提供的结构模型确定装置，通过对称操作的确定，将整个整体结构分解为不同的结构部分，各个结构部分在不同对称操作下具有不同的性质，以此获得多个粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型，提高结构解析过程中合理结构模型的确定效率，加快最终正确结构模型的获得和准确性。
图9示出了本发明实施例提供的又一种结构模型确定装置的结构，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
所述结构模型确定装置还包括：
判断单元910，用于判断所述第一目标结构模型的数目是否为零；若否，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述获取待测物质的初始结构模型的步骤；若是，则进入所述根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型的步骤。
在本发明实施例中，如上所述，当根据待测物质的初始结构模型所确定的第一目标结构模型的数目不少于1个时，即所确定的与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型不为0时，则将与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型作为待测物质的初始结构模型，并返回至所述根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞的步骤，即根据新结构模型再次确定第一目标结构模型，以进一步充分实现误差范围内所有粉末衍射相同或类似结构模型的确定，直至所确定的第一目标结构模型的数目为0，即无任何与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型产生时，则认定所有与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型确定完毕，进入所述计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度的步骤。
本发明实施例提供的结构模型确定装置，当根据初始结构模型所确定的第一目标结构模型的数目不为0时，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞的步骤，再快速地从新初始结构模型中确定出其他可能的新结构模型，进一步扩大了近似结构模型的确定范围，充分实现误差范围内所有粉末衍射相同或类似结构模型的确定，有利于提高结构解析过程中合理结构模型的确定效率以及准确率。
图10示出了本发明实施例提供的再一种结构模型确定装置的结构，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分，其与上述实施例类似，不同之处在于：
所述结构模型确定装置还包括：
结构模型分组单元1010，用于根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同。
在本发明实施例中，如上所述，通过计算所有第一结构模型的单晶衍射强度并进行两两比对，得到在误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型的分组：每个组内单晶衍射结构类似；不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射不同。
输出单元1020，用于根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组。
在本发明实施例中，按晶体学惯例格式(cif、res等)输出所有结构模型及其分组。
本发明实施例提供的结构模型确定装置，根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同；根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组，有利于用户快速地有针对性地展开数据分析或其他实验来辨别最终的正确结构模型，在物质的结构确定中具有广泛的用途，对后继开发提供极大的便利。
图11示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以为终端。如图11所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现结构模型确定方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行结构模型确定方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图11中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请提供的结构模型确定装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图11所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该xx装置的各个程序模块，比如，图7所示的初始结构模型获取单元710、对称晶胞确定单元720、对称操作组获取单元730、第一目标结构模型获取单元740、单晶衍射强度计算单元750和第二目标结构模型确定单元760。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本申请各个实施例的结构模型确定方法中的步骤。
例如，图11所示的计算机设备可以通过如图7所示的结构模型确定装置中的初始结构模型获取单元710执行步骤101。计算机设备可通过对称晶胞确定单元720执行步骤102。计算机设备可通过对称操作组获取单元730执行步骤103。计算机设备可通过第一目标结构模型获取单元740执行步骤104。计算机设备可通过单晶衍射强度计算单元750执行步骤105。计算机设备可通过第二目标结构模型确定单元760执行步骤106。
在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取待测物质的初始结构模型；
根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；
根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：
获取待测物质的初始结构模型；
根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；
根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种结构模型确定方法，其特征在于，包括：
获取待测物质的初始结构模型；
根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；
根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
2.如权利要求1所述结构模型确定方法，其特征在于，所述获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型的步骤，包括：
将所述初始结构模型扩展成P1空间群下的整体结构；
当所述对称操作组包括第一对称操作以及第二对称操作时，则将所述整体结构分成第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分；
获取所述第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下的第一目标结构模型；
其中，所述第一结构部分在所述第一对称操作下不变，在所述第二对称操作下变化；所述第二结构部分在第二对称操作下不变，在所述第一对称操作下变化；所述第三结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下都变化，并变成与所述第三结构部分相同的结构部分；所述第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下都不变。
3.如权利要求1所述结构模型确定方法，其特征在于，在所述获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型的步骤之后，还包括：
判断所述第一目标结构模型的数目是否为零；若否，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞的步骤；若是，则进入所述计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度的步骤。
4.如权利要求1所述结构模型确定方法，其特征在于，还包括：
根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同；
根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组。
5.一种结构模型确定装置，其特征在于，包括：
初始结构模型获取单元，用于获取待测物质的初始结构模型；
对称晶胞确定单元，用于根据预设的对称性偏离的容忍因子，确定与所述初始结构模型对应的对称晶胞；
对称操作组获取单元，用于获取所述对称晶胞对应晶系中的对称操作组；
第一目标结构模型获取单元，用于获取所述初始结构模型在所述对称操作组下的第一目标结构模型；所述第一目标结构模型为与所述初始结构模型的粉末衍射相同或类似但结构不同的新结构模型；
单晶衍射强度计算单元，用于计算所述第一目标结构模型的单晶衍射强度；以及
第二目标结构模型确定单元，用于根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型；所述第二目标结构模型为与所述初始结构模型的单晶衍射相同或类似但结构不同的新结构模型。
6.如权利要求5所述结构模型确定装置，其特征在于，所述第一目标结构模型获取单元，包括：
扩展模块，用于将所述初始结构模型扩展成P1空间群下的整体结构；
结构划分模块，用于当所述对称操作组包括第一对称操作以及第二对称操作时，则将所述整体结构分成第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分；以及
第一目标结构模型获取模块，用于获取所述第一结构部分、第二结构部分、第三结构部分以及第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下的第一目标结构模型；
其中，所述第一结构部分在所述第一对称操作下不变，在所述第二对称操作下变化；所述第二结构部分在第二对称操作下不变，在所述第一对称操作下变化；所述第三结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下都变化，并变成与所述第三结构部分相同的结构部分；所述第四结构部分在所述第一对称操作以及第二对称操作下都不变。
7.如权利要求5所述结构模型确定装置，其特征在于，还包括：
判断单元，用于判断所述第一目标结构模型的数目是否为零；若否，则将所述第一目标结构模型转变为所述初始结构模型，并返回至所述获取待测物质的初始结构模型的步骤；若是，则进入所述根据所述单晶衍射强度，从所述第一目标结构模型中确定第二目标结构模型的步骤。
8.如权利要求5所述结构模型确定装置，其特征在于，还包括：
结构模型分组单元，用于根据所述单晶衍射强度，将在预设误差范围内具有类似单晶衍射结构的第一目标结构模型进行分组，以使组内单晶衍射结构类似，不同组间粉末衍射结构类似但单晶衍射结构不同；以及
输出单元，用于根据预设的晶体学格式标准，向用户输出所述第一目标结构模型以及分组。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述结构模型确定方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1至4中任一项权利要求所述结构模型确定方法的步骤。
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