本發(fā)明涉及土木工程材料，尤其涉及的是一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選方法。

背景技術(shù)：

1、硫鋁酸鈣水泥因其低碳排放和低能耗而被認(rèn)為是一種綠色、低碳、環(huán)保的水泥。硫鋁酸鈣（csa）水泥常用于高溫環(huán)境或要求快速硬化的工程。在實(shí)際工程中，存在設(shè)置過快、抽水困難等問題。通常需要緩凝劑外加劑，以防止混合后過早凝固。當(dāng)前常用的緩凝劑種類主要包括無機(jī)和有機(jī)緩凝劑，這些緩凝劑通過抑制水泥水化反應(yīng)速率、延緩結(jié)晶和凝結(jié)過程來實(shí)現(xiàn)緩凝效果。傳統(tǒng)緩凝劑的篩選方法主要通過實(shí)驗(yàn)手段，檢測(cè)不同添加劑在水泥中的凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)性、早期強(qiáng)度等指標(biāo)。這些篩選方法的局限性主要體現(xiàn)在：缺乏對(duì)反應(yīng)機(jī)理的精細(xì)理解：傳統(tǒng)方法關(guān)注宏觀效果（如凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等），但對(duì)緩凝劑在分子和微觀層面的作用機(jī)理缺乏深入研究，導(dǎo)致緩凝劑的優(yōu)化難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

2、由于緩凝劑分子結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，傳統(tǒng)依賴實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)的方法在尋找合適的反應(yīng)物類型及配比上消耗了大量人力和時(shí)間成本，且難以精準(zhǔn)調(diào)控緩凝劑性能，無法高效定制以滿足特定的工程需求。

3、因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選方法，以解決傳統(tǒng)csa水泥緩凝劑的篩選方法難以精準(zhǔn)調(diào)控緩凝劑性能，從而無法高效定制以滿足特定的工程需求的問題。

2、本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選方法，包括：

4、獲取包含csa水泥緩凝劑和對(duì)應(yīng)分子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集；

5、根據(jù)所述數(shù)據(jù)集建立所述csa水泥緩凝劑的多種分子描述符；其中，多種所述分子描述符包括：自定義分子組成描述符、摩根指紋描述符以及量子化學(xué)描述符；

6、建立各分子描述符與凝結(jié)時(shí)間對(duì)應(yīng)的定量構(gòu)效關(guān)系模型；

7、基于所述?定量構(gòu)效關(guān)系模型，采用量子化學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算不同緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)；

8、根據(jù)計(jì)算得到的不同緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)，篩選并輸出滿足條件的csa水泥緩凝劑。

9、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述建立各分子描述符與凝結(jié)時(shí)間對(duì)應(yīng)的定量構(gòu)效關(guān)系模型，包括：

10、采用拉索回歸算法分別識(shí)別所述自定義分子組成描述符、所述摩根指紋描述符以及所述量子化學(xué)描述符中的特征，并根據(jù)識(shí)別的特征得到各分子描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型；

11、基于均方誤差和r2參數(shù)對(duì)各分子描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果選擇各分子描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型的預(yù)定超參數(shù)，得到各分子描述符與凝結(jié)時(shí)間對(duì)應(yīng)的定量構(gòu)效關(guān)系模型。

12、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于均方誤差和r2參數(shù)對(duì)各分子描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，包括：

13、基于所述均方誤差的最小值度量各描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型的擬合優(yōu)度，并基于所述r2參數(shù)度量各描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型的解釋數(shù)據(jù)變異性的程度，得到所述綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

14、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇各分子描述符對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型的預(yù)定超參數(shù)，包括：

15、根據(jù)所述綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，選擇所述自定義分子組成描述符和有吸附能的量子化學(xué)描述符各自對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)和所選特征數(shù)量的超參數(shù)值，作為對(duì)應(yīng)的lasso?cv模型的預(yù)定超參數(shù)。

16、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述基于所述?定量構(gòu)效關(guān)系模型，采用量子化學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算不同緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)，包括：

17、基于所述?定量構(gòu)效關(guān)系模型，分析各緩凝劑的羧基、p原子與面積的比值、羥基與面積的比值、自定義官能團(tuán)以及自定義官能團(tuán)與面積的比值對(duì)應(yīng)的權(quán)重與超參數(shù)之間的關(guān)系，以確定各緩凝劑對(duì)應(yīng)的特征值及權(quán)重；

18、根據(jù)各緩凝劑對(duì)應(yīng)的特征值及權(quán)重，采用量子化學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算各緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)。

19、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述根據(jù)各緩凝劑對(duì)應(yīng)的特征值及權(quán)重，采用量子化學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算各緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)，包括：

20、分別計(jì)算所述分子組成描述符和所述量子化學(xué)描述符對(duì)應(yīng)于羧基片段的范德華表面積，得到對(duì)應(yīng)的由羥基酸貢獻(xiàn)的電子密度的等值面分?jǐn)?shù)，以確定對(duì)應(yīng)的緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)。

21、在一種實(shí)現(xiàn)方式中，所述csa水泥緩凝劑包括：檸檬酸、檸檬酸鈉、酒石酸、酒石酸鈉、水楊酸、蘋果酸、丁二酸、葡萄糖酸鈉、乙醇酸、焦磷酸鈉、磷酸三鈉、磷酸二鈉以及磷酸二氫鈉中的一種或者組合。

22、第二方面，本發(fā)明提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選系統(tǒng)，包括：

23、數(shù)據(jù)集獲取模塊，用于獲取包含csa水泥緩凝劑和對(duì)應(yīng)分子結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集；

24、分子描述符建立模塊，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)集建立所述csa水泥緩凝劑的多種分子描述符；其中，多種所述分子描述符包括：自定義分子組成描述符、摩根指紋描述符以及量子化學(xué)描述符；

25、定量構(gòu)效關(guān)系模型建立模塊，用于建立各分子描述符與凝結(jié)時(shí)間對(duì)應(yīng)的定量構(gòu)效關(guān)系模型；

26、量子化學(xué)計(jì)算模塊，用于基于所述?定量構(gòu)效關(guān)系模型，采用量子化學(xué)的計(jì)算方法計(jì)算不同緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)；

27、水泥緩凝劑篩選模塊，用于根據(jù)計(jì)算得到的不同緩凝劑在csa水泥表面的分子量化性能參數(shù)，篩選并輸出滿足條件的csa水泥緩凝劑。

28、第三方面，本發(fā)明提供一種終端，包括：處理器以及存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選程序，所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選程序被所述處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選方法的操作。

29、第四方面，本發(fā)明還提供一種介質(zhì)，所述介質(zhì)為計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述介質(zhì)存儲(chǔ)有基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選程序，所述基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選程序被處理器執(zhí)行時(shí)用于實(shí)現(xiàn)如第一方面所述的基于機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)的csa水泥緩凝劑篩選方法的操作。

30、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案具有以下效果：

31、（1）本發(fā)明通過采用量子化學(xué)描述符的方式建立模型，可深入分析緩凝劑分子與水泥組分之間的相互作用，從分子層面理解緩凝劑的作用機(jī)制；并且，借助量子化學(xué)描述符，使得機(jī)器學(xué)習(xí)模型可以量化不同分子對(duì)水泥水化過程的影響，并預(yù)測(cè)緩凝劑在特定條件下的性能，使得篩選過程更加高效和精準(zhǔn)；

32、（2）本發(fā)明通過采用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來篩選csa水泥緩凝劑，可學(xué)習(xí)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)緩凝劑不同組成成分對(duì)緩凝時(shí)間的貢獻(xiàn)，提供更準(zhǔn)確的性能估計(jì)，幫助在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的緩凝劑組合，從而提高水泥材料的質(zhì)量穩(wěn)定性；

33、（3）本發(fā)明通過采用機(jī)器學(xué)習(xí)和量子化學(xué)結(jié)合的篩選方法，大幅度加快了緩凝劑的篩選過程，不僅提高了篩選效率和精度，還通過微觀機(jī)理揭示了篩選出來的緩凝劑重要組份的作用機(jī)理，提高了水泥緩凝劑的設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。