Vizualizace molekul. Jan Procházka

Univerzita Karlova v Praze Matematicko-fyzikáln´ı fakulta

Vizualizace molekul popsan´ ych v ˇ zenevsk´ em n´ azvoslov´ı Jan Procházka

Souˇcást´ı této práce je i CD, jehoˇz obsah je moˇzné stáhnout na adrese: http://hippies.matfyz.info/projekty/chenom

ˇ 2008 SVOC,

Obsah ´ 1 Uvod

4

2 Problematika organick´ e chemie 2.1 Názvoslov´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Grafická reprezentace molekul[5] . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 6 7

3 Dekompozice

12

4 Technick´ a realizace – j´ adro 4.1 Scanner . . . . . . . . . . 4.2 Parser . . . . . . . . . . . 4.3 Semantika . . . . . . . . . 4.4 Model . . . . . . . . . . . 4.5 Grafika . . . . . . . . . .

14 14 15 17 18 20

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

5 Technick´ a realizace – rozhran´ı 23 5.1 run-console . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 5.2 HTTP server . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 6 Probl´ emy implementace 6.1 Pˇridáván´ı triviáln´ıch názv˚ u. . . . . . 6.2 Tˇr´ıda jazyka organické chemie . . . . 6.3 Názvy ˇcin´ıc´ı komplikace . . . . . . . 6.4 Konstituce, konfigurace, konformace . 7 Uˇ zivatelsk´ a dokumentace 7.1 Instalace . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Windows . . . . . . . . 7.1.2 Linux . . . . . . . . . 7.2 Obsluha pˇres WWW rozhran´ı 7.3 Obsluha z pˇr´ıkazové ˇrádky . . 7.4 Manipulace s modelem . . . . 2

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

. . . . . .

. . . .

25 25 25 26 27

. . . . . .

28 28 28 29 29 29 30

7.5

Konfigurace . . . . . . 7.5.1 Databáze názv˚ u 7.5.2 Skripty . . . . . 7.5.3 WWW rozhran´ı 7.5.4 Vzhled modelu

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

. . . . .

30 30 31 31 32

8 Z´ avˇ er 35 8.1 Moˇznosti rozˇsiˇrován´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 8.2 Alternativn´ı implementace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 8.3 Porovnán´ı s existuj´ıc´ım SW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Pouˇ zit´ a literatura

37

A S´ emantika - jazyk A.1 Konstanty . . . . . . . A.2 Parametry – reference A.3 Instrukce . . . . . . . . A.3.1 Konvence: . . . A.3.2 INT – ˇc´ıslo . . A.3.3 STR – ˇretˇezec . A.3.4 MOL – skelet .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

. . . . . . .

38 38 38 39 39 40 40 41

B index.htm

44

C Skripty C.1 START.bat . . C.2 START.sh . . . C.3 run.bat . . . . . C.4 run.sh . . . . . C.5 run-console.bat C.6 run-console.sh .

. . . . . .

45 45 45 45 46 47 48

. . . . . .

49 49 49 50 52 53 53

. . . . . .

D Datab´ azov´ e soubory D.1 settings.ini . . . . D.2 konstanty.txt . . D.3 terminaly.gra . . D.4 gramatika.gra . . D.5 prvky.gra . . . . D.6 sablona.wrl . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

3

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

. . . . . .

Kapitola 1 ´ Uvod Chemie je dnes jedn´ım z nejrychleji se rozv´ıjej´ıc´ıch a nejv´ıce vyuˇz´ıvan´ ych vˇedn´ıch obor˚ u. Uplatnˇen´ı nacház´ı takˇrka vˇsude, napˇr´ıklad v potravináˇrstv´ı (potravináˇrská chemie), v kaˇzdé v´ yrobn´ı hale (chemie materiál˚ u), pˇri v´ yrobˇe léˇciv (farmakologická chemie), umˇel´ ych cév, hnojiv, polovodiˇc˚ u nebo v´ ybuˇsnin. Chemie se dˇel´ı na anorganickou a organickou. P˚ uvodnˇe toto rozdˇelen´ı bylo velmi intuitivn´ı, protoˇze vzájemná pˇremˇena mezi slouˇceninami organick´ ymi (ze ˇzivé pˇr´ırody) a anorganick´ ymi (z neˇzivé) byla neznámá, ale od roku 1828 jsou tyto pˇremˇeny známy a hranice tedy mus´ı vést jinudy. V souˇcasnosti je definována organická chemie jako chemie slouˇcenin uhl´ıku. Velmi dlouhou dobu byla takˇrka veˇskerá pozornost soustˇredˇena na chemii anorganickou. Poté, co nové znalosti vˇedecké ˇcinnosti v organické chemii zaˇcaly nacházet své uplatnˇen´ı v komerˇcn´ı pr˚ umyslové praxi, zájem se pˇresunul k organické chemii. Dnes pozorujeme pˇresnˇe opaˇcn´ y trend – neuvˇeˇriteln´ y rozvoj tohoto odvˇetv´ı a jeho uplatˇ nován´ı v oborech, kde by to dˇr´ıve nikdo neˇcekal (napˇr´ıklad izolaˇcn´ı materiály ve stavitelstv´ı). S t´ım souvis´ı potˇreba rychlejˇs´ı, ale zároveˇ n pˇresné komunikace. Pojmenovat 13 milion˚ u znám´ ych slouˇcenin tak, aby podle jména byla snadno rozpoznatelná vnitˇrn´ı struktura a zároveˇ n si pˇri tom nechat prostor pro jména novˇe vznikaj´ıc´ıch slouˇcenin, nen´ı zrovna snadné. Pro tyto u ´ˇcely existuje systematické názvoslov´ı. Vedle systematick´ ych názv˚ u existuj´ı jeˇstˇe názvy tradiˇcn´ı, semisystematické nebo triviáln´ı, které by sice bylo moˇzné nahradit, ale za cenu ztráty srozumitelnosti (benzen by se oznaˇcoval jako cyklohexa-1, 3, 5trien). Jako systematické názvoslov´ı se oznaˇcuje pojmenován´ı slouˇcenin podle pravidel vytvoˇren´ ych a publikovan´ ych IUPAC (Mezinárodn´ı unie pro ˇcistou ˇ a aplikovanou chemii). Cesk´ y pˇreklad této tzv. ,,Modré knihy” (z anglického originálu) tato pravidla zároveˇ n pˇrizp˚ usobuje potˇrebám ˇceského jazyka. 4

Posledn´ı aktualizace systematického názvoslov´ı probˇehla v roce 1993 (ˇcesky 2000)[1, 2]. Vedena byla snahou v´ıce zesystematizovat souˇcasné názvoslov´ı, odstranit potenciáln´ı m´ısta nedorozumˇen´ı a hlavnˇe s´ıl´ıc´ı potˇrebou nejen jednoznaˇcnosti, ale také jedineˇcnosti názv˚ u. Souˇcasn´ y stav, kdy pro vˇetˇsinu slouˇcenin existuje v´ıce variant pojmenován´ı, dˇelá velké problémy napˇr´ıklad pˇri sestavován´ı rejstˇr´ık˚ u (vznik kˇr´ıˇzov´ ych odkaz˚ u a v´ıcenásobn´ ych hesel)[3]. ˇ y pˇreklad pak vyuˇzil pˇr´ıleˇzitosti ,,nutné” aktualizace a zaˇclenil nav´ıc Cesk´ do nov´ ych pravidel zmˇeny zápisu tam, kde ˇslo o neopodstatnˇenou odchylku od anglické pˇredlohy. Negativn´ımi d˚ usledky jsou neznalost a nedodrˇzován´ı – zvláˇstˇe kdyˇz se jedná pouze o kodex a nikoliv o normu. Jen málo lid´ı dnes ovládá správné ˇceské organické názvoslov´ı a s chybami je moˇzné se setkat nejen u laické veˇrejnosti ˇci publicist˚ u, ale dokonce i u lid´ı pˇrednáˇsej´ıc´ıch chemii na vysok´ ych ˇskolách nebo na pˇr´ıbalov´ ych letác´ıch lék˚ u. Motivac´ı pro vznik této práce byla v´ yˇse zm´ınˇená problematika. C´ılem bylo vytvoˇrit prostˇred´ı, ve kterém by si mohl uˇzivatel zobrazit prostorov´ y model organické slouˇceniny podle jej´ıho ˇceského názvu. Pˇriˇcemˇz práce nemˇela ambice poskytnout realistick´ y model ani pokr´ yt celé organické názvoslov´ı (protoˇze obˇe tyto problematiky jsou znaˇcnˇe rozsáhlé), ale byla vedena tak, aby mohla b´ yt do takového rozsahu dodateˇcnˇe rozˇs´ıˇrena.

5

Kapitola 2 Problematika organick´ e chemie 2.1

N´ azvoslov´ı

Organická chemie pracuje oproti anorganické s mnohem vˇetˇs´ım mnoˇzstv´ım slouˇcenin. Ty mohou nav´ıc tvoˇrit v´ yraznˇe sloˇzitˇejˇs´ı struktury. Z toho vypl´ yvá, ˇze i názvoslov´ı je komplikovanˇejˇs´ı. Názvoslov´ı anorganické chemie je (speciálnˇe v ˇceˇstinˇe) v´ yraznˇe struˇcnˇejˇs´ı. Existuje jen nˇekolik málo druh˚ u slouˇcenin (kyseliny, zásady, soli, . . . ), nav´ıc tyto slouˇceniny z pravidla obsahuj´ı jen mal´ y poˇcet atom˚ u, takˇze nen´ı nutné bl´ıˇze popisovat vnitˇrn´ı strukturu (je totiˇz i tak jednoznaˇcná). O tuto pˇrehlednost se zaslouˇzil Dr. Emil Votoˇcek, kter´ y vyuˇzil toho, ˇze je ˇceˇstina flexn´ı typ syntetického jazyka a uˇzil koncovek k zanesen´ı informace o valenc´ıch atom˚ u do názvu. Názvy v organické chemii se dˇel´ı na triviáln´ı, semisystematické/semitriviáln´ı a systematické. Triviáln´ı název je název, jehoˇz ˇzádná ˇcást nepocház´ı ze systematického názvoslov´ı (napˇr. moˇcovina). Semisystematick´ y název je název, v nˇemˇz alespoˇ n jedna ˇcást je vytvoˇrena v systematickém smyslu (napˇr. glycerol [ol], butan [an]). Systematick´ y název na rozd´ıl od triviáln´ıho vyjadˇruje systematické zaˇrazen´ı popisovaného jevu, v tomto pˇr´ıpadˇe se ˇr´ıd´ı chemickou strukturou látky. S pojmem struktura souvis´ı dalˇs´ı pojmy, a to konstituce (vzájemné spojen´ı atom˚ u vazbami a typy vazeb), konfigurace (uspoˇrádán´ı atom˚ u v prostoru, které nen´ı moˇzné mˇenit volnou rotac´ı kolem jednoduché vazby) a konformace (uspoˇrádán´ı atom˚ u v prostoru, které je moˇzné mˇenit volnou rotac´ı kolem jednoduché vazby), jimˇz je pojem struktura nadˇrazen[4]. Systematické názvy se tvoˇr´ı pomoc´ı nˇekolika názvoslovn´ ych operac´ı. Vˇsechny pracuj´ı na stejném principu: pomoc´ı pˇredpony (popˇr. pˇr´ıpony, v´ yji-

6

meˇcnˇe vsuvky) aplikované na p˚ uvodn´ı název, vzniká název slouˇceniny po modifikaci pˇr´ısluˇsnou operac´ı. Názvoslovné operace se dˇel´ı na • substituˇcn´ı – nahrazen´ı jednoho nebo v´ıce atom˚ u vod´ıku jin´ ym atomem nebo skupinou atom˚ u (upˇrednostˇ novaná operace) (napˇr. CH4 [methan] ⇒ CH3 Cl [chlormethan]), • zámˇenné – v´ ymˇena jedné skupiny atom˚ u nebo jednoho atomu jiného neˇz vod´ıku za jinou skupinu atom˚ u, resp. za jin´ y atom. (napˇr. CH3 − CH3 [ethan] ⇒ SiH3 − CH3 [silaethan]), • aditivn´ı – formáln´ı skládán´ı názvu z ˇcást´ı beze ztráty atom˚ u nebo skupin z kterékoli ˇcásti (napˇr.

[naftalen] + 4H ⇒

[1, 2, 3, 4-tetrahydronaftalen]),

• konjunktivn´ı – formáln´ı spojen´ı názv˚ u jednotliv´ ych sloˇzek; odtrˇzen´ı stejného poˇctu atom˚ u vod´ıku z kaˇzdé sloˇzky v kaˇzdém m´ıstˇe spojen´ı [benzen] + 2COOH [mravenˇc´ı kyselina] ⇒ (napˇr. 1,4-dimravenˇc´ı kyselina]),

[benzen-

• subtraktivn´ı – odstranˇen´ı atomu(˚ u), iontu nebo skupiny, jeˇz jsou implicitnˇe zahrnuty v názvu v´ ychoz´ı slouˇceniny (napˇr. CH4 [methan] ⇒ CH3 − [methyl]) a • násobic´ı – svazy obsahuj´ıc´ı dvoj- nebo v´ıcevazné substituenty (napˇr. N(CHCl − COOH)3 [2, 20 , 200 -trichlornitrilotrioctová kyselina]).

2.2

Grafick´ a reprezentace molekul[5]

Pˇri snaze interpretovat chemick´ y název vzniká otázka, co má b´ yt v´ ysledkem. Existuje nˇekolik v praxi pouˇz´ıvan´ ych moˇznost´ı. Obecnˇe je moˇzné rozdˇelit je na rovinné chemické vzorce (obvyklé v literatuˇre) a prostorové modely. Nav´ıc existuje jeˇstˇe jak´ ysi mezistupeˇ n – chemické vzorce, které pomoc´ı projekce znázorˇ nuj´ı model. Chemické vzorce jsou dvourozmˇerné znakové modely slouˇcenin. Umoˇzn ˇuj´ı vyjádˇrit kvalitativn´ı sloˇzen´ı, jak jsou jednotlivé atomy v molekule vzájemnˇe vázány a jaké je jejich prostorové uspoˇrádán´ı. Strukturu lze vˇsak zachytit i pomoc´ı jin´ ych symbol˚ u, jako napˇr´ıklad topologickou matic´ı orientovaného grafu nebo orbitáln´ıho diagramu.

7

Obrázek 2.1: V´ yvoj symboliky slouˇcenin (jako pˇr´ıklad je uveden ethanol) [6]

Obrázek 2.2: Návrhy vzorce pro molekulu benzenu. Obecnˇe lze vzorce rozdˇelit podle m´ıry charakterizace sloˇzen´ı a struktury na • stechiometrické (empirické) vzorce – vyjadˇruj´ı pouze pomˇer, v jakém jsou atomy jednotliv´ ych prvk˚ u v molekule zastoupeny (1 se neuvád´ı) CH2 O – methanal, ethanová kyselina, glukosa, . . . • molekulové (sumárn´ı, souhrnné) vzorce – oproti stechiometrick´ ym vzorc˚ um nezachycuj´ı pouze pomˇery, ale skuteˇcné poˇcty atom˚ u C6 H4 ClNO2 – 2-chlornitrobenzen, 3-chlornitrobenzen, . . . • funkˇcn´ı (racionáln´ı) vzorce – vyjadˇruj´ı jednotlivé charakteristické (dˇr´ıve funkˇcn´ı) skupiny (CH3 )2 CO – propan-2-on • strukturn´ı vzorce – popisuj´ı strukturu, tj. vzájemné vazby a jejich uspoˇrádán´ı; podle toho, zda popisuj´ı konstituci, konfiguraci nebo i konformaci se rozliˇsuj´ı – Konstituˇcn´ı vzorce – benzen CH3 − CH3 – ethan – kyselina octová (elektronov´ y vzorec)

8

– Konfiguraˇcn´ı vzorce ∗ Boˇ cn´ a projekce – smˇer dopˇredu je vyjádˇren kl´ınem, smˇer dozadu pˇreruˇsovanou ˇcárou – chlormethan ∗ Fischerova projekce – vazba smˇeˇruj´ıc´ı pod (nad) rovinu nákresny je vyjádˇrena vertikálou (horizontálou) – L-glyceraldehyd ∗ Haworthova projekce – s´ıla vazby (ve smyslu ˇs´ıˇrky) znázorˇ nuje vzdálenost od pozorovatele – D-glukopyranosa – Konformaˇcn´ı vzorce ∗ Perspektivn´ı projekce – 1,2-dichlorethan ∗ Boˇ cn´ a projekce – 1,2-dichlorethan ∗ Newmanova projekce – projekce ve smˇeru vazby spojuj´ıc´ı uhl´ıkové atomy – 1,2-dichlorethan • Jiné formy vyjádˇren´ı struktury – Distanˇcn´ı matice

– mravenˇc´ı kyselina – Incidenˇcn´ı matice

– mravenˇc´ı kyselina

9

– Grafy – vrcholy grafu jsou atomy a hrany jsou vazby mezi nimi, volné elektronové páry jsou vyjádˇreny smyˇckami – mravenˇc´ı kyselina Modely molekul je moˇzné rozdˇelit na materiáln´ı a poˇc´ıtaˇcové. Stejnˇe jako u vzorc˚ u záleˇz´ı pˇri v´ ybˇeru typu modelu na u ´ˇcelu jeho pouˇzit´ı. Základn´ımi typy materiáln´ıch model˚ u jsou: • kuliˇckové modely – atomy jsou reprezentovány kuliˇckami r˚ uzné barvy (podle prvku), vazby pak znázorˇ nuj´ı tyˇcky pˇr´ısluˇsné délky mezi nimi,

– ethan • kalotové modely – vznikaj´ı spojován´ım ˇcepiˇcek (fr. calotte), polomˇery odpov´ıdaj´ı van der Waalsov´ ym efektivn´ım polomˇer˚ um,

– ethan • trubiˇckové modely – jedná se o soustavu trubiˇcek nesouc´ıch v´ yznam vazby, kde oblasti pˇr´ısluˇs´ıc´ı jednotliv´ ym atom˚ um jsou vyznaˇceny zbarven´ım,

–butan 10

• Dreidingovy modely – atomy jsou pˇredstavovány krouˇzky popˇr. kuliˇckami s v´ ystupky, vazby pak trubiˇckami na nˇe nasazen´ ymi.

ˇ snaˇz´ı napodobit modely materiáln´ı (pak se Poˇc´ıtaˇcové modely se bud tedy opˇet jedná o modely kuliˇckové, kalotové, . . . ) nebo se snaˇz´ı zobrazen´ı kombinovat (napˇr. polopr˚ uhledn´ y kalotov´ y model, uvnitˇr kterého je zobrazen model trubiˇckov´ y). Nˇekdy jde jeˇstˇe dál za ,,moˇznosti” materiáln´ıho modelu (napˇr. zobrazen´ı mapy elektrostatického potenciálu, hustoty elektron˚ u na vazbách, atd.). I tyto modely je moˇzné dále kombinovat mezi sebou.

Obrázek 2.3: Pˇrehled nˇekter´ ych druh˚ u poˇc´ıtaˇcov´ ych model˚ u benzenu. Aˇt uˇz je k zachycen´ı struktury molekuly pouˇzita jakákoliv metoda, je vˇzdy problém u slouˇcenin se sd´ılen´ ymi elektrony. Jedná se totiˇz v podstatˇe o jednu vazbu mezi v´ıce neˇz dvˇema atomy. Pro benzenová jádra existuje u konstituˇcn´ıch vzorc˚ u speciáln´ı symbol – krouˇzek (viz Obrázek 2.2), ale napˇr´ıklad ozon jiˇz ˇzádnou takovou znaˇcku nemá. Z nouze se pak v takov´ ych pˇr´ıpadech pouˇz´ıvá nˇekter´ y z tzv. ,,rezonanˇcn´ıch hybrid˚ u”, coˇz je ovˇsem trochu zavádˇej´ıc´ı (v´ ysledná molekula je totiˇz kombinac´ı vˇsech tˇechto hybrid˚ u). Tento problém vycház´ı z nedostatk˚ u Lewisovy teorie lokalizovan´ ych vazeb, která je základem vˇsech v´ yˇse zm´ınˇen´ ych chemick´ ych znaˇcen´ı. Pˇredstavou rezonance lze odstranit jen nˇekteré z problém˚ u Lewisovy teorie, pro dalˇs´ı lze pouˇz´ıt pˇredstavu hypervalence nebo elektronového deficitu, pˇresto vˇsak u nˇekter´ ych molekul nastávaj´ı pot´ıˇze [10].

11

Kapitola 3 Dekompozice Protoˇze je program rozsáhl´ y a jeden z vytyˇcen´ ych c´ıl˚ u byla modularita, byl rozˇclenˇen na nˇekolik relativnˇe (aˇz na datové struktury a nutn´ y interface) nezávisl´ ych ˇcást´ı. Svou koncepc´ı se program bl´ıˇz´ı pˇrekladaˇci. Vstup je nejprve zpracován modulem Scanner (lexikáln´ı anal´ yza), kter´ y ho rozdˇel´ı na tokeny a vrac´ı jejich ˇc´ıselné kódy definované v souboru ,,terminaly.gra”. Nav´ıc ˇreˇs´ı základn´ı kontextové problémy (vypouˇstˇen´ı a vkládán´ı samohlásek), k ˇcemuˇz vyuˇz´ıvá soubor ,,konstanty.txt”. Tokeny vstupuj´ı jako terminály do dalˇs´ıho modulu zvaného Parser (syntaktická anal´ yza). Zde je z nich vystavˇen derivaˇcn´ı strom dle gramatiky v souboru ,,gramatika.gra”. V tomto souboru nav´ıc následuje za kaˇzd´ ym pravidlem sekvence instrukc´ı, které se v pˇr´ıpadˇe pouˇzit´ı pravidla aplikuj´ı v pˇr´ısluˇsném uzlu. To zajist´ı modul Semantika (sémantická anal´ yza). V´ ystupem tohoto modulu je jiˇz graf molekuly. Ten je tˇreba um´ıstit do prostoru, aby vznikl model, coˇz zajiˇsˇtuje modul Model, kter´ y pomoc´ı volán´ı modulu Grafika zajist´ı i v´ ystup ve formátu VRML [7] s parametry definovan´ ymi v souborech ,,prvky.gra” (zde jsou veˇskeré potˇrebné parametry jednotliv´ ych prvk˚ u – náboj, váha, pˇr´ıpustné elektronové konfigurace, polomˇer a barva) a ,,sablona.wrl” (zde je uloˇzena celá hlaviˇcka v´ ysledného dokumentu, to znamená Viewpoints, uzly PROTO pro atomy a vazby, zvolené kódován´ı, atd.). Jména vˇsech pouˇzit´ ych soubor˚ u jsou definována v souboru ,,settings.ini”, kter´ y program dostane jako parametr. Pro vˇetˇs´ı uˇzivatelovo pohodl´ı byla implementována dvˇe rozhran´ı. Konzolov´ y skript ,,run-console.bat” (popˇr. ,,run-console.sh”) pˇrij´ımá název molekuly jako parametr a vytvoˇren´ y VRML model zobraz´ı v aplikaci asociované s pˇr´ıponou ,,wrl”. Druh´ y interface pak tvoˇr´ı jednoduch´ y HTTP server, kter´ y pˇrij´ımá dotazy na stránku s modelem molekuly, poté zavolá skript ,,run.bat” (popˇr. ,,run.sh”) s názvem v parametru. Pokud takov´ y jeˇstˇe nebyl vytvoˇren,

12

Obrázek 3.1: Schéma zapojen´ı programov´ ych modul˚ u a jejich komunikace tak ho vytvoˇr´ı (pomoc´ı volán´ı v´ yˇse popsaného jádra) a vrát´ı stránku, která model obsahuje. Z v´ yˇse uvedeného je zˇrejmé, ˇze program potˇrebuje pro svou plnohodˇ plugin pro zobrazován´ı VRML do nˇejakého internetového notnou práci bud prohl´ıˇzeˇce (v pˇr´ıpadˇe uˇzit´ı druhého interface) nebo jak´ ykoliv jin´ y program schopn´ y interpretace VRML soubor˚ u (v pˇr´ıpadˇe uˇzit´ı prvn´ıho – ale v podstatˇe i druhého – interface).

13

Kapitola 4 Technick´ a realizace – j´ adro Tato kapitola obsahuje podrobn´ y rozbor implementace modul˚ u, ze kter´ ych se skládá jádro programu, a jejich vzájemné komunikace. Tˇemito moduly jsou Scanner, Parser, Semantika, Model a Grafika.

4.1

Scanner

Jak jiˇz bylo ˇreˇceno, tento modul má za u ´kol provést lexikáln´ı anal´ yzu poˇzadovaného názvu. To nen´ı vhodné uˇcinit standardn´ım zp˚ usobem, totiˇz postaven´ım automatu, kter´ y je resetován po kaˇzdém pˇrijatém tokenu, protoˇze toto pˇredzpracován´ı by bylo (vzhledem k poˇctu token˚ u, které budou rozpoznány) pˇr´ıliˇs ˇcasovˇe nároˇcné. Bylo tedy pouˇzito jednoduˇsˇs´ı ˇreˇsen´ı. Program postav´ı z token˚ u naˇcten´ ych ze souboru ,,terminaly.gra” lexikáln´ı strom. Pˇri zpracováván´ı názvu se v nˇem hledá vˇzdy nejdelˇs´ı cesta od koˇrene odpov´ıdaj´ıc´ı dosud nepˇreˇctenému tokenu. Pˇri dosaˇzen´ı uzlu ve stromˇe, kter´ y jiˇz nemá pˇrechod pˇres následuj´ıc´ı znak v názvu ˇci pˇri dosaˇzen´ı konce názvu se program vrát´ı zpˇet do posledn´ıho uzlu, kter´ y je oznaˇcen jako v´ ystupn´ı. Z odpov´ıdaj´ıc´ıho m´ısta v názvu pak pokraˇcuje nové hledán´ı. Pokud se stane, ˇze je pˇri návratu po vˇetvi dosaˇzen koˇren, znamená to, ˇze se zb´ yvaj´ıc´ı ˇcást názvu nepodaˇrilo urˇcit. Program se vrát´ı do posledn´ıho urˇceného tokenu a pokraˇcuje se v hledán´ı (smˇerem ke koˇrenu). Pokud je dosaˇzen koˇren pˇri hledán´ı prvn´ıho tokenu, znamená to, ˇze se programu nepodaˇrilo název na tokeny rozloˇzit a je vyvolána chybová hláˇska, v n´ıˇz je uveden nejkratˇs´ı sufix, kterému se nepodaˇrilo porozumˇet. Dalˇs´ı zvláˇstnost´ı implementace tohoto modulu je, ˇze nevyuˇz´ıvá sdruˇzoˇ by totiˇz muselo b´ ván´ı token˚ u. Bud yt jejich rozliˇsen´ı v sémantické anal´ yze implementováno pevnˇe, nebo by to vyˇzadovalo rozˇs´ıˇren´ı jazyka sémantické anal´ yzy o jejich rozliˇsován´ı a to kv˚ uli uˇsetˇren´ı jednoho (sdruˇzovac´ıho) neter14

minálu. Pˇresto je interface tohoto modulu pro sdruˇzován´ı pˇripraven, protoˇze pouˇz´ıvá soubor ,,konstanty.txt”, kter´ y pˇriˇrazuje interval˚ um token˚ u jména. Tento soubor je nav´ıc vyuˇzit k oˇsetˇren´ı nˇekter´ ych kontextov´ ych problém˚ u. Prvn´ım je vkládán´ı a vypouˇstˇen´ı samohlásek ve ˇsvu slova, tj. vypouˇstˇen´ı koncového ,,a” nebo ,,o” v tokenu, popˇr´ıpadˇe vkládán´ı ,,o” mezi tokeny. Souˇcasná implementace vypadá tak, ˇze koncové ,,a” je moˇzné vypustit kdykoliv a ,,o” je moˇzné vloˇzit do ˇsvu, pokud se jedná o jméno prvku, charakteristickou skupinu, ˇreckou ˇc´ıslovku nekonˇc´ıc´ı samohláskou, koˇren triviáln´ıho názvu nebo cel´ y triviáln´ı název. Druh´ y kontextov´ y problém oˇsetˇren´ y v tomto modulu je existence samostatn´ ych hlásek jako token˚ u (napˇr. ,,a” v ,,4a,9abut[2]enoanthracen” nebo v ,,dibenzo[a,j ]anthracen”). Tyto tokeny nesmˇej´ı následovat po p´ısmenu, protoˇze to by umoˇzn ˇovalo vracet jako tokeny pouze jednotlivé hlásky (napˇr´ıklad ,,methan” by bylo rozdˇeleno jako ,,metha|n” m´ısto ,,meth|an”) a chyba by byla vˇzdy vyvolána aˇz v syntaktické anal´ yze, nam´ısto v lexikáln´ı. Práce s t´ımto modulem prob´ıhá pomoc´ı nˇekolika funkc´ı. Nejprve je potˇreba naˇc´ıst intervaly token˚ u z ,,konstanty.txt”, pro potˇreby ˇreˇsen´ı v´ yˇse popsan´ ych kontextov´ ych záleˇzitost´ı na u ´rovni lexikáln´ı anal´ yzy. Toto naˇcten´ı zajist´ı procedura inicializace intervalu , která v parametru oˇcekává otevˇren´ y soubor. Následuje naˇcten´ı seznamu token˚ u, pˇriˇcemˇz se z nich postav´ı lexikáln´ı strom. Pro tyto potˇreby slouˇz´ı procedura inicializace . Poté se ym názvem v parametru. Ta ho rozdˇel´ı volá procedura parse se zpracovávan´ na tokeny, ale pouze v bufferu. Tyto tokeny jsou pak vraceny postupnˇe vˇcetnˇe sv´ ych flag˚ u a poˇradového ˇc´ısla ve funkci yylex . Obsaˇzeny jsou jeˇstˇe dvˇe funkce, hodnota a text , které pˇrevád´ı ˇc´ıseln´ y kód terminálu na jeho jméno a naopak. To je vyuˇzito hlavnˇe v modulu Parser k naˇcten´ı gramatiky.

4.2

Parser

Parser je modul zajiˇsˇtuj´ıc´ı syntaktickou anal´ yzu názvu. Nejprve se provede inicializace a to tak, ˇze se naˇcte ze souboru ,,gramatika.gra” vˇse potˇrebné, tedy gramatická pravidla a jejich sémantick´ y v´ yznam (sekvence pˇr´ıkaz˚ u). Pˇri naˇc´ıtán´ı se rovnou pˇrevád´ı hodnoty terminál˚ u na kódy token˚ u a stejnˇe tak jména neterminál˚ u. Tˇem je nav´ıc potˇreba jeˇstˇe kódy pˇriˇrazovat, coˇz se dˇeje v poˇrad´ı, v jakém se vyskytuj´ı na vstupu. Sémantická pravidla se nijak nezpracovávaj´ı, ponechávaj´ı se ve své textové podobˇe. O jejich interpretaci se stará aˇz v pˇr´ıpadˇe potˇreby modul Semantika. Inicializace je zakonˇcena testem, zda nejsou obsaˇzeny neterminály, pro které neexistuje ˇzádné odvozovac´ı pravidlo a pˇr´ıpadnˇe se tento nedostatek ohlás´ı uˇzivateli.

15

Práce pˇri hlavn´ım volán´ı vypadá následovnˇe. Program dokola volá yylex dokud dostává tokeny a pˇritom z nich tvoˇr´ı graf typu cesta, kde tokeny tvoˇr´ı orientované hrany. Následuje budován´ı derivaˇcn´ıho stromu nad t´ımto grafem. To prob´ıhá tak, ˇze se postupnˇe procház´ı pravidla a u kaˇzdého se zjiˇsˇtuje, zda je moˇzné ho aplikovat, tj. zda pravá strana pravidla odpov´ıdá orientované cestˇe v dosavadn´ım grafu. Pokud ano, pˇridá se hrana spojuj´ıc´ı zaˇcátek a konec této cesty, pˇriˇcemˇz jej´ı hodnota odpov´ıdá kódu neterminálu na levé stranˇe pravidla. Takto se hledaj´ı hrany, dokud existuje moˇznost, ˇze se nˇejaká pˇridá a zároveˇ n se jeˇstˇe nepodaˇrilo aplikovat pravidlo, které by vytvoˇrilo hranu poˇcáteˇcn´ıho neterminálu pˇres celou p˚ uvodn´ı cestu. Zároveˇ n s t´ımto grafem se buduje derivaˇcn´ı strom a to tak, ˇze vrcholy jsou tvoˇreny hranami p˚ uvodn´ıho grafu a hrany v nˇem vedou z A do B, pokud byla hrana odpov´ıdaj´ıc´ı B pouˇzita pˇri vytváˇren´ı hrany odpov´ıdaj´ıc´ı A. Zároveˇ n se odstran´ı vˇsechny vrcholy (a do nich, pˇr´ıpadnˇe z nich, vedouc´ı hrany), které nejsou souˇcást´ı hlavn´ıho stromu.

Obrázek 4.1: Pˇr´ıklad gramatiky

Obrázek 4.2: Vygenerovan´ y graf pro slovo ABCD S ostatn´ımi moduly prob´ıhá komunikace následovnˇe. K inicializaci slouˇz´ı procedura inicializace , která naˇcte gramatiku ze souboru, kter´ y oˇcekává otevˇren´ y ve svém parametru. Pro pˇreklad kódu symbolu (terminálu nebo neterminálu) na jeho textovou reprezentaci slouˇz´ı funkce kod2str . To je vyuˇzito pouze pˇri chybov´ ych v´ ystupech. Komunikaci s okol´ım zajiˇsˇtuje jeˇstˇe funkce yyparse , která vrac´ı ukazatel na typ derivacni strom::derivat . Tato tˇr´ıda je velmi jednoduchá, obsahuje pouze seznam ukazatel˚ u na potomky, iterátor na pravidlo gramatiky, které je dan´ ym uzlem reprezentováno a rozsah index˚ u token˚ u, jeˇz do daného podstromu spadaj´ı – tedy veˇskeré informace potˇrebné k dalˇs´ımu zpracován´ı. 16

Obrázek 4.3: V´ ysledn´ y derivaˇcn´ı strom

4.3

Semantika

Tvorba modelu molekuly je zapoˇcata vytvoˇren´ım jej´ıho grafu. To se dˇeje v modulu Semantika. Ten nejprve zavolá funkci yyparse , která vrát´ı derivaˇcn´ı strom zpracovávaného názvu, ten vyhodnot´ı a strom zruˇs´ı. V´ ysledek vyhodnocen´ı je poté vrácen k dalˇs´ımu zpracován´ı. Vyhodnocován´ı prob´ıhá tak, ˇze se volá rekurzivnˇe na podstromy a z navrácen´ ych dat se stav´ı pole. V aktuálnˇe zpracovávaném uzlu se pak vezme sekvence pˇr´ıkaz˚ u jemu pˇr´ısluˇs´ıc´ı (z gramatiky v modulu Parser) a ta se poˇcne aplikovat na pˇredem vytvoˇrené pole. Jak postupuj´ı meziv´ ysledky stromem nahoru, nakonec se dostane v´ ypoˇcet i do koˇrene, kter´ y sv˚ uj v´ ysledek vrát´ı jako v´ ysledek celého vyhodnocován´ı. Návratová hodnota je struktura, která mimo jiné obsahuje poloˇzku typu skelet , ve které je uloˇzena poˇzadovaná molekula (tedy pouze jej´ı struktura, jména atom˚ u, atd.). Celkovˇe se postupuje tak, ˇze se molekula buduje bez vod´ık˚ u a aˇz kdyˇz je vˇse ostatn´ı hotovo, pˇripoj´ı se na ,,volné” pozice vod´ıky. Pokud se stane, ˇze pravidlo nˇekterého uzlu neobsahuje ˇzádné pˇr´ıkazy, pak je na tuto situaci uˇzivatel upozornˇen. Jazyk sémantiky je velice jednoduch´ y, aby byla jeho interpretace co nejsnazˇs´ı. Jeho podrobn´ y popis je v Pˇr´ıloze A. Pro správnou interpretaci je nutné znát nˇekteré základn´ı charakteristiky pouˇzit´ ych prvk˚ u. Ty jsou naˇcteny ze souboru ,,prvky.gra” pˇri inicializaci y soubor). (procedura inicializace , která oˇcekává v parametru otevˇren´ Anal´ yza se pak spouˇst´ı pomoc´ı volán´ı funkce yysem , která vrac´ı graf molekuly typu skelet .

17

4.4

Model

Z grafu molekuly, kter´ y vrát´ı modul Semantika je potˇreba vytvoˇrit model. To znamená urˇcit polohy jednotliv´ ych atom˚ u v prostoru, coˇz zajiˇsˇtuje tento modul. Zm´ınˇenou u ´lohu je velmi obt´ıˇzné pˇresnˇe vyˇreˇsit a tak byl zvolen následuj´ıc´ı model. V molekule dominuj´ı dvˇe s´ıly. Atomy se v d˚ usledku elektrického náboje odpuzuj´ı, ale jako protiváha je drˇz´ı pohromadˇe vzájemné vazby. Stejnˇe tak p˚ usob´ı v pouˇzitém modelu dvˇe protich˚ udné s´ıly. Kaˇzdá dvojice atom˚ u na sebe p˚ usob´ı podle Coulombova zákona, pˇriˇcemˇz jejich náboje jsou pˇr´ımo u ´mˇerné protonovému ˇc´ıslu Z (coˇz odpov´ıdá realitˇe). Vazebné s´ıly jsou pak modelovány jako guma nap´ınaná mezi atomy. Vyuˇzity jsou tedy následuj´ıc´ı dva vzorce. Prvn´ım je Coulomb˚ uv zákon: Fe =

1 Q1 Q2 , kde 4πε r2

• ε je permitivita vakua (konstanta), • Qi jsou náboje jednotliv´ ych atom˚ u (Qi = e0 Zi , kde e0 je náboj elektronu), • r je vzdálenost mezi atomy. Druh´ y vzorec pak popisuje s´ılu mezi vázan´ ymi atomy následovnˇe: Fp = K∆y, kde • K je lineárn´ı tuhost (materiálová konstanta), • ∆y je vzdálenost mezi atomy zmenˇsená o délku gumy (ta je stanovena experimentálnˇe na hodnotu 4, 0). Dalˇs´ıho zjednoduˇsen´ı bylo dosaˇzeno nahrazen´ım spojité simulace diskrétn´ı variantou. Program v daném okamˇziku vˇzdy spoˇc´ıtá v´ yslednici sil p˚ usob´ıc´ıch na atomy (F ). Tuto s´ılu pak nechá konstantnˇe p˚ usobit po dobu ti (jedná se tedy o rovnomˇernˇe zrychlen´ y/zpomalen´ y pohyb). Takto je zjiˇstˇena nová Fi t2i poloha (Pi+1 = Pi + vi ti + 2m ) a rychlost (vi+1 = vi + Fmi ) atom˚ u a v´ ypoˇcet se opakuje, tentokrát se vˇsak s´ıly nechaj´ı p˚ usobit po dobu ti+1 . Posloupnost ti je navrˇzena tak, aby v´ ypoˇcet nutnˇe konvergoval (pouˇzita byla geometrická posloupnost s kvocientem 0, 999 a hodnotou prvn´ıho ˇclenu 0, 01). Aˇckoliv to nen´ı zˇrejmé, v´ yznamn´ y vliv na v´ ysledek má i inicializace. Je potˇreba, aby probˇehla co nejrychleji, zároveˇ n vˇsak mus´ı umoˇznit rychl´ y 18

pˇresun vˇsech atom˚ u do ,,správné” (tj. v rámci modelu co nejkvalitnˇejˇs´ı moˇzné) konfigurace. Nejjednoduˇsˇs´ı varianta, jak atomy rozm´ıstit, je um´ıstit je do ˇrady vedle sebe (napˇr´ıklad na souˇradnice [4i, 0, 0]). To by ale mˇelo za následek, ˇze by vˇsechny p˚ usob´ıc´ı s´ıly mˇely smˇer rovnobˇeˇzn´ y s touto pˇr´ımkou, tud´ıˇz by vˇsechny atomy z˚ ustaly na této pˇr´ımce. Podobn´ y v´ ysledek by byl dosaˇzen, pokud by vˇsechny atomy leˇzely v jedné rovinˇe. Dalˇs´ı zvaˇzovanou variantou bylo rozm´ıstˇen´ı podle vzorce: h

i

{[xi , yi , zi ]}i := i, i (−1)i , i2 (−1)i , kde [xi , yi , zi ] jsou souˇradnice i-tého atomu. Pˇri návrhu tohoto vzorce byl zohlednˇen fakt, ˇze indexy atom˚ u spojen´ ych vazbou se vˇetˇsinou liˇs´ı o jedna a ˇze je dobré inicializovat je tak, aby jim v pohybu k sobˇe nic nebránilo. Tato inicializace vˇsak byla dostaˇcuj´ıc´ı pouze pro molekuly s ménˇe neˇz 40 atomy. U vˇetˇs´ıch model˚ u byly jiˇz vzdálenosti pˇr´ıliˇs velké na to, aby se model bˇehem krátké doby po kterou byl simulován stihl ustálit. Hlavn´ım d˚ uvodem je evidentnˇe kvadratická závislost max. souˇradnice na poˇctu atom˚ u. Bylo tedy tˇreba navrhnout jinou inicializaci, která by oproti pˇredchoz´ı variantˇe zohlednila i potˇrebu um´ıstit vˇsechny atomy relativnˇe bl´ızko poˇcátku (resp. atom˚ u s nimiˇz je ve vazbˇe). Zdá se, ˇze nápad vytvoˇrit poˇcáteˇcn´ı pozici atom˚ u jako rovnomˇerné pokryt´ı sféry má potenciál ˇreˇsit vˇsechny v´ yˇse uvedené poˇzadavky. Pˇrináˇs´ı vˇsak nˇekolik problém˚ u nov´ ych: • Jak´ y má m´ıt sféra polomˇer? • Jak um´ıstit atomy mezi nimiˇz je vazba bl´ızko sebe? • Jak rozm´ıstit atomy rovnomˇernˇe? Nejproblematiˇcnˇejˇs´ı z tˇechto otázek je ta posledn´ı – neexistuje totiˇz algoritmus ˇreˇs´ıc´ı tento problém. Zde jsou vˇsak pˇribliˇzná ˇreˇsen´ı naprosto dostaˇcuj´ıc´ı a je-li vyuˇzito to, které atomy rozm´ıst´ı na sféru rovnomˇernˇe po spirále, je nav´ıc vyˇreˇsena i druhá otázka z v´ yˇse uvedeného seznamu.[11] Zb´ yvá tak pouze urˇcit vhodn´ y polomˇer pouˇzité sféry. Polomˇer s minimáln´ı energi´ı lze odhadnout následovnˇe. Pˇredpokládejme, ˇze atomy jsou rozm´ıstˇeny rovnomˇenˇe. Tuto situaci lze odhadnout tak, ˇze tvoˇr´ı triangulaci, jej´ıˇz vˇsechny stˇeny jsou rovnostranné troj´ uheln´ıky stejné velikosti. Hledáme-li stav s minimáln´ı energi´ı, pak mus´ı m´ıt kaˇzdá hrana délku odpov´ıdaj´ıc´ı optimáln´ı délce vazby, kterou známe. Nyn´ı jsme jiˇz schopni dopoˇc´ıtat poˇzadovanou plochu kaˇzdé stˇeny, poˇzadovan´ y povrch sféry a tedy i jej´ı polomˇer. Pˇri pouˇzit´ı tohoto polomˇeru nicménˇe docház´ı k situac´ım, kdy systém od zaˇcátku nemá dostatek energie pro dobré 19

formován´ı. Z toho d˚ uvodu byla celá sféra o proti v´ yˇse uvedenému odhadu nˇekolikanásobnˇe zvˇetˇsena. Pro dalˇs´ı zjednoduˇsen´ı modelu (resp. poˇc´ıtán´ı v nˇem) se neuvaˇzuj´ı skuteˇcné hodnoty konstant (náboj, hmotnost, permitivita vakua, . . . ), ale jsou nahrazeny hodnotami vyˇsˇs´ımi. T´ım, ˇze jsou takto upraveny vˇsechny konstanty ve správném pomˇeru, je zachováno chován´ı modelu, ale v´ ypoˇcty jsou pˇresunuty z ˇrádu 10−27 do ˇrádu jednotek, kde je dosahováno vyˇsˇs´ı pˇresnosti. V´ ypoˇcty tedy prob´ıhaj´ı podle následuj´ıc´ıch vzorc˚ u: Fe = Fp

Z1 Z 2 r2

4, 0 = r 1− r

(= ∆y)

Obrázek 4.4: Vzájemná interakce mezi dvˇema atomy spojen´ ymi vazbou podle modelu Interface tohoto modulu nen´ı pˇr´ıliˇs rozsáhl´ y. Hlavn´ı je metoda yymodel , která vyp´ıˇse pomoc´ı následuj´ıc´ıho modulu Grafika v´ ysledek své práce – vytvoˇren´ y model molekuly. Ten vznikne tak, ˇze se naˇcte graf molekuly z parametru do vlastn´ı tˇr´ıdy skelet a zavolá se jej´ı metoda optimalize , která pracuje v´ yˇse popsan´ ym zp˚ usobem.

4.5

Grafika

Tento modul zajiˇsˇtuje v´ ystup. Slouˇz´ı k tomu jeho funkce tisk , jej´ıˇz parametr je model a vrácená hodnota odpov´ıdá jeho VRML zápisu. V hlaviˇcce (která je v souboru ,,sablona.wrl” a naˇc´ıtá se do pamˇeti funkc´ı inicializace ) jsou pˇreddefinovány pohledy (VIEWPOINT) a prototypy (PROTO) pro Atom ( Atom ) a jednotlivé typy vazeb ( Vazba1 , Vazba2 a Vazba3 ) (viz Pˇr´ıloha D.6). Následuj´ı definice atom˚ u skuteˇcnˇe pouˇzit´ ych a to jako specifikace obecného Atom (je urˇcena barva, znaˇcka a velikost). Poté jiˇz je vypsána konkrétn´ı molekula. Kaˇzd´ y atom je nav´ıc instanciován s parametrem obsahuj´ıc´ım seznam vˇsech lokant˚ u, které mu bˇehem stavby 20

molekuly pˇr´ısluˇsely, s t´ım, ˇze ty, které jiˇz nejsou platné, jsou prefixovány vykˇriˇcn´ıkem. Pro snazˇs´ı zacházen´ı nejsou struktury vnoˇreny (stejnˇe by bylo obt´ıˇzné urˇcit, kterému ze dvou vázan´ ych atom˚ u vazba náleˇz´ı). Pro urˇcen´ı transformace vazby do poˇzadované polohy, bylo tˇreba stanovit osu a u ´hel otoˇcen´ı ze své poˇcáteˇcn´ı (s osou y rovnobˇeˇzné) pozice. Pro snazˇs´ı manipulaci je vazba (válec/válce) nejprve posunuta doln´ı podstavou do poˇcátku (v generované pozici leˇz´ı poˇcátek lokáln´ıho souˇradného systému uprostˇred vazby). Nakonec je posunut do prvn´ıho z vázan´ ych atom˚ u (zde se projev´ı v´ yhoda prvn´ıho posunu).

Obrázek 4.5: V´ ypoˇcet parametr˚ u pro otoˇcen´ı vazby do správného smˇeru V´ ypoˇcet parametr˚ u otoˇcen´ı (tedy osy a u ´hlu) je relativnˇe jednoduch´ ya vycház´ı z následuj´ıc´ıch pˇredpoklad˚ u: Znaˇcen´ı: A – p˚ uvodn´ı smˇer vazby, B – transformovan´ y smˇer vazby, o – smˇer osy rotace, φ – velikost rotace, L – délka vazby (= kAk).

21

o = B×A A·B cos(φ) = kAk · kBk A × B = [a2 b3 − a3 b2 , a3 b1 − a1 b3 , a1 b2 − a2 b1 ] A = [0, L, 0] Po dosazen´ı posledn´ıho vztahu do pˇredchoz´ıch a následném vyjádˇren´ı neznám´ ych jsou z´ıskány k´ yˇzené parametry transformace: • o = (−b3 , 0, b1 ) (u osy je nutné zajistit pouze smˇer vektoru, nikoliv jeho velikost, proto je moˇzno cel´ y v´ yraz zjednoduˇsit o jistˇe nenulovou hodnotu L), • φ = arccos

b2 kBk

.

Násobnost vazby je vyznaˇcena poˇctem válc˚ u. Aby byl v´ ysledn´ y vzhled pˇrirozen´ y, bylo potˇreba dosáhnout opticky shodné s´ıly vazeb, zároveˇ n vˇsak bylo potˇreba uˇcinit je snadno rozliˇsiteln´ ymi. To se snad podaˇrilo tak, ˇze pr˚ uˇrezu kaˇzdé vazby lze opsat jednotkovou kruˇznici a stˇred podstavy kaˇzdého válce leˇz´ı na hranici válc˚ u ostatn´ıch (viz Obrázek 4.6).

Obrázek 4.6: Odvozen´ı tvaru násobn´ ych vazeb v modelu

22

Kapitola 5 Technick´ a realizace – rozhran´ı V pˇredchoz´ı kapitole je popsáno jádro celého programu. To ovˇsem pracuje pouze na pˇr´ıkazové ˇrádce, coˇz sice pro vstup nevad´ı, ale v´ ystup, tj. 3D model molekuly, je potˇreba nˇejak interpretovat. Implementována jsou dvˇe ˇreˇsen´ı.

5.1

run-console

Jedná se o velice jednoduch´ y skript, kter´ y oˇcekává jako parametr jméno poˇzadované molekuly. Zjist´ı, zda jiˇz model existuje ve sloˇzce ,,outs”. Pokud ne, je za pomoci jádra na tomto m´ıstˇe vytvoˇren. Za situace, ˇze se toto podaˇrilo, je vytvoˇren´ y model otevˇren definované aplikaci (schopné zobrazit soubory VRML). Defaultnˇe je t´ımto programem internetov´ y prohl´ıˇzeˇc.

5.2

HTTP server

Aˇckoliv se jedná sp´ıˇse o koncov´ y modul celého programu, byl pro vyˇsˇs´ı variabilitu implementován jako samostatn´ y program. Jedná se o mal´ y a co do funkˇcnosti velice omezen´ y HTTP server [8]. Pˇri startu je naˇctena ˇsablona stránky (tj. obsah souboru ,,index.htm”, ymi kde v m´ıstech pro nadpis je text $NAZEV$ , pro nadpis s neinterpretovan´ HTML entitami $NAZEV*$ a pro tˇelo $TELO$ ). Poté server zaˇcne poslouchat poˇzadavky pˇricházej´ıc´ı na port, jehoˇz ˇc´ıslo bylo zadáno jako parametr (doporuˇceno je ˇc´ıslo bˇeˇznˇe uˇz´ıvané pro HTTP servery – 80). Kladnˇe jsou vyˇr´ızeny pouze následuj´ıc´ı poˇzadavky: • GET /chenom , • GET /chenom?mol=nazev molekuly – pokus´ı se vytvoˇrit model molekuly s dan´ ym názvem (pokud se to podaˇr´ı, vrát´ı stránku, která model 23

obsahuje, jinak se na stránce zobraz´ı seznam vygenerovan´ ych chybov´ ych hláˇsen´ı), • GET /outs/nazev molekuly.wrl – vrát´ı model, kter´ y existuje, • GET /STOP – ukonˇc´ı server, • GET /RESET – zp˚ usob´ı znovunaˇcten´ı ˇsablony ze souboru ,,index.htm”. V ostatn´ıch pˇr´ıpadech je vrácena stránka s chybovou hláˇskou. V druhé variantˇe dotazu je pro zajiˇstˇen´ı existence dotazovaného modelu molekuly pouˇzit skript ,,run”, kter´ y volá jádro chenom s voliteln´ ym parametrem -e . Ten zp˚ usob´ı, ˇze je na vstupu oˇcekáván oescapovan´ y (pomoc´ı ,,htmlencode”) název. V´ ystup je poté uloˇzen do stejnojmenného souboru do sloˇzky ,,outs”. Chyby jsou ukládány do souboru ,,error.log”, jehoˇz obsah je v pˇr´ıpadˇe ne´ uspˇechu generován´ı zobrazen uˇzivateli. Server je navrhován jako localhostová aplikace a jako taková nemá velké nároky na provoz. Nav´ıc zpracováván´ı dotazu m˚ uˇze trvat i nˇekolik minut pˇri 100% zátˇeˇzi procesoru. Z tˇechto d˚ uvod˚ u bylo pˇri implementaci pˇristoupeno k jednovláknové variantˇe.

24

Kapitola 6 Probl´ emy implementace Je zˇrejmé, ˇze nen´ı moˇzné implementovat obecnou a u ´plnou interpretaci organického názvoslov´ı. Pˇri práci na programu CheNom vˇsak byla vyvinuta snaha o moˇznost pozdˇejˇs´ıho rozˇs´ıˇren´ı o vˇsechny (v´ıce ˇci ménˇe dobrovolnˇe) opomenuté aspekty a to nejlépe bez nutnosti mˇenit kód programu (a tedy rekompilovat), ale pouh´ ym zásahem do datov´ ych soubor˚ u. Z tohoto pˇr´ıstupu vyplynuly následuj´ıc´ı problémy.

6.1

Pˇ rid´ av´ an´ı trivi´ aln´ıch n´ azv˚ u

Protoˇze nen´ı moˇzné do programu zanést vˇsechny triviáln´ı názvy, je nutné umoˇznit jejich co nejsnazˇs´ı pˇridáván´ı. Tento poˇzadavek pˇrinesl nˇekolik komplikac´ı. Modifikace zdrojového kódu programu rozhodnˇe nen´ı snadné pˇridán´ı. Je tedy nutné toto provádˇet ve vnˇejˇs´ım (datovém) souboru. Nejedná se vˇsak pouze o triviáln´ı názvy, uˇzivatel m˚ uˇze potˇrebovat pˇridat tˇreba funkˇcn´ı skupinu. Pak je tedy potˇreba um´ıstit do vnˇejˇs´ıho souboru celou gramatiku. T´ım odpadá moˇznost vyuˇzit´ı pomocn´ ych nástroj˚ u jako flex ˇci bison. Nav´ıc je nutné v tomto souboru s gramatikou popsat sémantiku jednotliv´ ych pravidel. Pro tento jazyk je nutné vytvoˇrit interpret, a proto je vhodné vytvoˇrit mal´ y, snadno analyzovateln´ y jazyk s v´ yrazov´ ymi prostˇredky pˇresnˇe vytvoˇren´ ymi pro potˇreby popisu sémantiky názvotvorn´ ych operac´ı.

6.2

Tˇ r´ıda jazyka organick´ e chemie

Existence u ´prav jako nahrazen´ı koncovky ,,-ová kyselina” koncovkou ,,-át” nebo vkládán´ı infix˚ u do názv˚ u (napˇr. zámˇenn´ y infix ,,-imido-”) dˇelá jazyk organické chemie v´ yraznˇe kontextov´ ym. Tato skuteˇcnost velice komplikuje jak lexikáln´ı, tak syntaktickou anal´ yzu. Situaci neprosp´ıvá ani nejednoznaˇcnost 25

pravidel. Napˇr´ıklad pravidlo R-0.1.7.3 popisuje vkládán´ı ,,o” následovnˇe: ,,Pro lepˇs´ı výslovnost a libozvuˇcnost se nˇekdy mezi souhl´ asky pˇredpony vkl´ ad´ a samohláska -o-” [2]. Také obraty jako ,,zvaˇzuje komise” nebo ,,bude pops´ ano v budouc´ı publikaci” nejsou v´ yjimeˇcné [2]. Nˇekteré z tˇechto problém˚ u se podaˇrilo odstranit v lexikáln´ı anal´ yze. Jako souˇca´st lokant˚ u v názvoslov´ı kondenzovan´ ych polycykl˚ u se pouˇz´ıvaj´ı p´ısmena latinky. Pˇri bezkontextovém zpracován´ı je tak moˇzné rozdˇelit kaˇzd´ y název ˇ tak, ˇze jednomu tokenu odpov´ıdá jeden znak. Cásteˇcnˇe lze tomuto zabránit t´ım, ˇze se m´ısto obvyklé varianty pouˇzit´ı prvn´ıho (nejkratˇs´ıho) nalezeného tokenu pouˇzije nejdelˇs´ı. I tak by ale napˇr´ıklad anal´ yza názvu ,,methan” vrátila tokeny ,,metha” a ,,n”. Kontextové pravidlo umoˇzn ˇuj´ıc´ı vrátit token odpov´ıdaj´ıc´ı jednomu p´ısmenu latinky pouze v pˇr´ıpadˇe, ˇze pˇredchoz´ı token nekonˇc´ı p´ısmenem, ˇreˇs´ı i tento nedostatek. Dalˇs´ım kontextov´ ym pravidlem uplatnˇen´ ym v lexikáln´ı anal´ yze je jiˇz zm´ınˇené vypouˇstˇen´ı a vkládán´ı samohlásek. Problémy s kontextovost´ı infixov´ ych názvotvorn´ ych operac´ı se nepodaˇrilo odstranit, a proto bylo od jejich implementace upuˇstˇeno. Syntaktická anal´ yza byla zvolena pro co nejˇsirˇs´ı tˇr´ıdu jazyk˚ u a tedy bezkontextová nedeterministická na zp˚ usob Q-systém˚ u.

6.3

N´ azvy ˇ cin´ıc´ı komplikace

Sestaven´ı gramatiky názvoslov´ı organické chemie tak, aby pokud moˇzno neobsahovala ˇzádné konflikty (a to ani po jej´ım rozˇsiˇrován´ı) je velmi nároˇcné. Napˇr´ıklad HI lze oznaˇcit jako jodan, I− pak jako jodyl. Jodid se zdá b´ yt − obdobou jodylu a tedy I . Ve skuteˇcnosti je vˇsak jodid název charakteristické skupiny I− a pro I− je pˇr´ıpustné pouze oznaˇcen´ı jodanid. Vˇetˇs´ım problémem je spojen´ı ,,karboxylová kyselina”. Jak je totiˇz methanal a methylaldehyd dvoj´ı oznaˇcen´ı téhoˇz, tak v d˚ usledku shody funkˇcn´ıho skupinového názvu a substituˇcn´ı pˇr´ıpony charakteristické skupiny pˇredstavuj´ı názvy ,,methankarboxylová kyselina” a ,,methylkarboxylová kyselina” tutéˇz slouˇceninu. Ovˇsem byla-li by chápána druhá varianta ve smyslu prvn´ı, pak by byla na pˇripojovaném uhl´ıku vytvoˇrena nevyuˇzitá volná vazba (v takovém pˇr´ıpadˇe by bylo správnˇejˇs´ı oznaˇcen´ı ,,1-oylmethylkarboxylová kyselina”). Mnoho komplikac´ı ˇcin´ı také nˇekolik skupin názv˚ u, které se mohou zdát pˇri nejmenˇs´ım zavádˇej´ıc´ı. To samozˇrejmˇe komplikuje i jejich automatické zpracován´ı. Patˇr´ı mezi nˇe napˇr´ıklad: • ethylen (−CH2 − CH2 −) – nen´ı moˇzné interpretovat jako ethenyl (téˇz vinyl, CH2 = CH−). 26

• rhodanid – jedná se o zastaralé oznaˇcen´ı pro thiokyanát a souvislost s rhodiem je jen zdánlivá. • rhodanin – synonymum pro 2-thioxothiazolidin-4-on, tedy opˇet ˇzádné rhodium. • per – infix ,,-peroxo-” znamená náhradu −O− za −O − O−, ale ,,per” samo o sobˇe má v´ yznam zcela, takˇze pˇredpona ,,perhydro-” vyjadˇruje proces nasycen´ı vˇsech vazeb. Druh´ y z v´ yznam˚ u je vˇsak podle doporuˇcen´ı 1993 jiˇz zastaral´ y a nemˇel by se tedy uˇz´ıvat. • S – oznaˇcuje stereodeskriptor chiráln´ıch slouˇcenin, ale také se jedná o znaˇcku s´ıry. • fluoren – triviáln´ı název tricyklické slouˇceniny, kter´ y m˚ uˇze budit dojem fluoru a dvojné vazby. • propadien – tento název sice nen´ı zavádˇej´ıc´ı, pˇresto je problematick´ y – ,,dien” je totiˇz ekvivalentn´ı název pro ethen. ,,propa-” je pak moˇzné chápat jako pˇredponu.

6.4

Konstituce, konfigurace, konformace

Implementována mus´ı b´ yt konstituce, protoˇze jeden sumárn´ı vzorec m˚ uˇze oznaˇcovat velké mnoˇzstv´ı látek naprosto odliˇsn´ ych vlastnost´ı. Aby mohla b´ yt implementována konfigurace, je nutné správnˇe modelovat (nemá smysl ˇreˇsit, zda má b´ yt atom um´ıstˇen nad nebo pod rovinou cyklu, pokud je pˇri modelován´ı um´ıstˇen do této roviny). Stejnˇe jako konfigurace ani konformace nebyly implementovány. Hlavn´ı d˚ uvod je ten, ˇze v drtivé vˇetˇsinˇe pˇr´ıpad˚ u nemá názvoslov´ı nástroje je od sebe odliˇsit (napˇr´ıklad vaniˇcková a ˇzidliˇcková konformace cyklohexanu).

27

Kapitola 7 Uˇ zivatelsk´ a dokumentace Program CheNom je vytvoˇren za u ´ˇcelem vizualizace organick´ ych molekul podle jejich jména. Zdrojové kódy byly psány tak, aby bylo moˇzné program provozovat jak pod operaˇcn´ımi systémy Windows (98+), tak pod tˇemi z rodiny Linux. Tato kapitola by mˇela seznámit ˇctenáˇre s moˇznostmi programu a jejich vyuˇz´ıván´ım od instalace pˇres bˇeˇzné pouˇzit´ı aˇz po pokroˇcilou konfiguraci.

7.1

Instalace

K provozován´ı programu je nutné m´ıt nainstalovan´ y VRML prohl´ıˇzeˇc, a to nejlépe integrovan´ y do internetového prohl´ıˇzeˇce, kter´ y um´ı otevˇr´ıt soubor obsahuj´ıc´ı v názvu znak %. To umoˇzn ˇuje pouˇz´ıt WWW rozhran´ı programu. Pokud se jedná o standalone aplikaci, je moˇzné program pouˇz´ıvat z pˇr´ıkazové ˇrádky.

7.1.1

Windows

1. Nainstalujte internetov´ y prohl´ıˇzeˇc splˇ nuj´ıc´ı v´ yˇse uvedenou podm´ınku (Internet Explorer ne) vˇcetnˇe pluginu pro VRML. 2. Zkop´ırujte z pˇriloˇzeného CD sloˇzku ,,\Windows\CheNom” na m´ısto, kde si pˇrejete program m´ıt. 3. Pokud jste jako prohl´ıˇzeˇc nezvolili Firefox, pak v textovém editoru ˇ (napˇr. Poznámkov´ y blok) otevˇrete soubor ,,START.bat” a nahradte slovo firefox pˇr´ıkazem pro spuˇstˇen´ı vaˇseho prohl´ıˇzeˇce. Zmˇeny uloˇzte. 4. Program se spouˇst´ı obsaˇzen´ ym skriptem ,,START.bat”, popˇr. jeho konzolovou variantou ,,run-console.bat”. 28

7.1.2

Linux

1. Nainstalujte VRML plugin pro váˇs internetov´ y prohl´ıˇzeˇc. 2. Zkop´ırujte z pˇriloˇzeného CD sloˇzku ,,/Linux/CheNom” na m´ısto, kde si pˇrejete program m´ıt. 3. Spusˇtte v dané sloˇzce pˇr´ıkaz ./compile . 4. Program se spouˇst´ı obsaˇzen´ ym skriptem ,,START.sh”, popˇr. jeho konzolovou variantou ,,run-console.sh”.

7.2

Obsluha pˇ res WWW rozhran´ı

Po spuˇstˇen´ı serveru je moˇzné pˇristupovat k nˇemu pˇres internetov´ y prohl´ıˇzeˇc. WWW adresa, na n´ıˇz je sluˇzba dostupná je http://pocitac:port/chenom, tedy pro poˇc´ıtaˇc, na nˇemˇz je program spuˇstˇen na portu 80 (standardn´ı spuˇstˇen´ı) je to http://127.0.0.1:80/chenom, ale protoˇze port 80 se m˚ uˇze vynechat (std. port pro HTTP protokol), staˇc´ı pouˇz´ıt http://127.0.0.1/chenom. Pozor, na linuxov´ ych systémech sm´ı na portech niˇzˇs´ıch neˇz 1024 spouˇstˇet sluˇzby pouze správce! Pokud j´ım nejste, obvykle se postupuje tak, ˇze se pouˇzije port 8080. Obsluha je velmi jednoduchá. Staˇc´ı do b´ılé kolonky ve stránce vyplnit jméno slouˇceniny a stisknout Enter, pˇr´ıp. tlaˇc´ıtko Zobrazit . Pro vkládán´ı speciáln´ıch znak˚ u a formátován´ı jsou pod touto kolonkou tlaˇc´ıtka. Modrá tlaˇc´ıtka slouˇz´ı k formátován´ı (jmenováno zleva se jedná o kurz´ıvu [ i ], doln´ı index [ sub ] a horn´ı index [ sup ]) a k vkládán´ı mezery [ ]. Pˇresnˇe tak, jak se tyto symboly pouˇz´ıvaj´ı v HTML. Pro vkládán´ı mal´ ych ˇreck´ ych p´ısmen slouˇz´ı zelená tlaˇc´ıtka [ α – ω ]. Po stisknut´ı odeslán´ı dotazu je tento zpracován a nastat mohou dvˇe alˇ je zadané jméno vyhodnoceno jako chybné, nen´ı vygenerován ternativy. Bud ˇzádn´ y model a je vrácena stránka obsahuj´ıc´ı seznam vˇsech vygenerovan´ ych chybov´ ych hláˇsen´ı, nebo vˇse probˇehne u ´spˇeˇsnˇe, podaˇr´ı se vygenerovat model zadané molekuly a vrácena je stránka, která jej obsahuje v tagu <embed> . Program se ukonˇcuje kliknut´ım na ˇcervené tlaˇc´ıtko KONEC v pravém horn´ım rohu. Jedná se o odkaz vedouc´ı na /STOP.

7.3

Obsluha z pˇ r´ıkazov´ eˇ r´ adky

K obsluze z pˇr´ıkazové ˇrádky slouˇz´ı skript run-console . Pouˇzit´ı je snadné, staˇc´ı zadat do parametru jméno poˇzadované molekuly (m˚ uˇze, ale nemus´ı b´ yt 29

v uvozovkách, pozor vˇsak na meta znaky jako ,,<”, ,,>”, ,,;”, . . . ). Program následnˇe otevˇre vytvoˇren´ y model (pokud nebyl název vyhodnocen jako chybn´ y) v asociované aplikaci a skript se ukonˇc´ı.

7.4

Manipulace s modelem

Kromˇe bˇeˇzné manipulace jako je otáˇcen´ı ˇci pˇribliˇzován´ı, je moˇzné zjiˇsˇtovat chemickou znaˇcku atomu a seznam jemu odpov´ıdaj´ıc´ıch lokant˚ u kliknut´ım na nˇej. Nav´ıc zde tato informace z˚ ustane polopr˚ uhlednˇe zobrazena i po puˇstˇen´ı tlaˇc´ıtka myˇsi. Tato vlastnost m˚ uˇze pomoci pˇri orientaci ve sloˇzitˇejˇs´ıch modelech, nav´ıc pom˚ uˇze odliˇsit atomy, které jsou zobrazeny stejnou nebo podobnou barvou.

7.5

Konfigurace

Cel´ y program (ve smyslu kaˇzdá jeho ˇcást) je konfigurovateln´ y, od zmˇeny vzhledu generovan´ ych model˚ u aˇz po proveden´ı rozhran´ı.

7.5.1

Datab´ aze n´ azv˚ u

Databázi názv˚ u molekul, které je program schopn´ y interpretovat, lze snadno a do libovolné m´ıry rozˇsiˇrovat. Nadmˇern´ ym rozˇsiˇrován´ım se vˇsak v´ yznamnˇe prodluˇzuje doba potˇrebná na vytvoˇren´ı derivaˇcn´ıho stromu a s n´ı i celková doba bˇehu programu. Pˇri rozˇsiˇrován´ı je také potˇreba postupovat opatrnˇe a dávat pozor, aby v gramatice nevznikl konflikt. Pro tyto u ´ˇcely je dobré vytvoˇrit si sadu názv˚ u se správn´ ymi v´ ysledky a po kaˇzdé v´ yznamnˇejˇs´ı zmˇenˇe spustit skript, kter´ y odhal´ı pˇr´ıpadnou neshodu. Dalˇs´ı moˇznost´ı je pouˇz´ıt pˇripraven´ y skript, kter´ y pˇrevede soubor gramatiky do formátu pouˇz´ıvaného programem bison. Pˇr´ıkaz bison -n -r solved gramatika.y pak vytvoˇr´ı nepotˇrebn´ y soubor ,,gramatika.tab.c” a soubor ,,gramatika.output”, kde je mimo jiné popsán stavov´ y automat pˇrij´ımaj´ıc´ı danou gramatiku, ale hlavnˇe seznam vˇsech konflikt˚ u. To usnadˇ nuje jejich hledán´ı a nav´ıc na rozd´ıl od test˚ u zaruˇcuje nalezen´ı vˇsech. Naopak vzniká opaˇcn´ y problém – nalezen´ı ,,faleˇsn´ ych” konflikt˚ u, které ve skuteˇcnosti ˇzádn´ ymi konflikty nejsou (bison totiˇz um´ı pracovat pouze s gramatikami ze tˇr´ıdy LALR(1), ale gramatika chenomu je bezkontextová (BKJ), coˇz je v´ yrazná nadmnoˇzina [viz Obrázek 7.2). Vlastn´ı rozˇsiˇrován´ı je snadné. Je-li pˇridán nov´ y terminál, je potˇreba ho zaˇradit do seznamu v souboru ,,terminaly.gra” a to na správnou pozici. ˇ jeho zapsán´ım za nˇej oddˇelenˇe Kaˇzdému terminálu je pˇriˇrazeno ˇc´ıslo a to bud 30

sekvenc´ı b´ıl´ ych znak˚ u, nebo je to ˇc´ıslo o jedna vˇetˇs´ı neˇz jaké bylo pouˇzito na pˇredchoz´ım ˇrádku. Terminál mus´ı b´ yt uveden v apostrofech, jinak je ˇrádek povaˇzován za komentáˇr (nesm´ı obsahovat mezeru), ale pˇr´ıpadné uvedené ˇc´ıslo je pouˇzito. Správnou pozic´ı nového terminálu se mysl´ı taková, kdy z˚ ustanou zachovány pˇr´ısluˇsnosti k jednotliv´ ym interval˚ um definovan´ ym v souboru ,,konstanty.txt”. Ten vypadá tak, ˇze je na kaˇzdém ˇrádku definován jeden interval. Definice má tvar doln´ı mez, libovoln´ y znak, horn´ı mez, sekvence b´ıl´ ych znak˚ u (SBZ), pomlˇcka, SBZ, jméno intervalu, SBZ, popis bez mezer. Pokud je na m´ıstˇe pomlˇcky jin´ y znak, pˇredpokládá se, ˇze jiˇz následuje jen SBZ a ˇrádek je ignorován. Nejobt´ıˇznˇejˇs´ım krokem rozˇsiˇrován´ı gramatiky je pˇridán´ı nového pravidla. To se provád´ı do souboru ,,gramatika.gra”. Jeho syntax je uvedena v Pˇr´ıloze D.

7.5.2

Skripty

Spouˇstˇec´ı skripty lze jednoduˇse modifikovat pro specifické potˇreby uˇzivatele pouh´ ym odkomentován´ım/zakomentován´ım pˇr´ısluˇsného ˇrádku. Bliˇzˇs´ı informace o moˇznostech jsou obsaˇzeny pˇr´ımo v komentáˇr´ıch jednotliv´ ych skript˚ u (viz Pˇr´ıloha C).

7.5.3

WWW rozhran´ı

Cel´ y vzhled WWW stránky pouˇzité v tomto rozhran´ı lze zmˇenit v souboru ,,index.htm”. Je pouze nutné zachovat nˇekolik následuj´ıc´ıch pravidel: • Nejsou vkládány ˇzádné soubory (obrázky, videa, skripty, styly, . . . ). • Vˇsechna m´ısta, kde má b´ yt um´ıstˇeno jméno zobrazené molekuly, jsou oznaˇcena ˇretˇezcem $NAZEV$ (popˇr. ˇretˇezcem $NAZEV*$ , pokud nemaj´ı b´ yt interpretovány HTML entity, coˇz je vhodné k pˇredvyplnˇen´ı aktuáln´ıho názvu do vstupn´ıho pole pro moˇznost jeho opravy). • Vˇsechna m´ısta, kde má b´ yt vloˇzen v´ ysledek zpracován´ı názvu molekuly, jsou oznaˇcena ˇretˇezcem $TELO$ . • Formuláˇr pro odeslán´ı dotazu . . . – je odeslán metodou GET. – má atribut action nastaven na /chenom.

31

– obsahuje jedin´ y prvek (kromˇe tlaˇc´ıtka submit ) – poloˇzku jménem mol , v n´ıˇz je vyplnˇen název poˇzadované molekuly. • Formátován´ı lze provézt pomoc´ı CSS, pouˇzity jsou dvˇe tˇr´ıdy: – error pro chybov´ y v´ ystup (element div ), – vystup pro okno molekuly (element embed ).

7.5.4

Vzhled modelu

R˚ uzné souˇcásti vzhledu vytvoˇren´ ych model˚ u jsou definovány na r˚ uzn´ ych m´ıstech. Pokud se má zmˇena vzhledu projevit i v modelech, které jiˇz byly ˇ zmˇenu vytvoˇreny (pˇri zapnutém cachován´ı [viz Pˇr´ıloha C]), je nutné bud provést i v nich, nebo (coˇz je obvykle jednoduˇsˇs´ı) smazat obsah sloˇzky ,,outs” a modely se vytvoˇr´ı znovu pˇri pˇr´ıˇst´ım poˇzadavku na nˇe jiˇz se správn´ ym vzhledem. Definice vlastnost´ı jednotliv´ ych atom˚ u (barva a polomˇer) jsou um´ıstˇeny v souboru ,,prvky.gra”. Jedná se o 5. (polomˇer) a 7. (barva v HTML formátu) sloupec. Sloupce jsou oddˇeleny pomoc´ı SBZ. Pokud ˇrádek nezaˇc´ıná dvojic´ı znak˚ u ,,>>” (tˇesnˇe pˇredcházej´ıc´ı prvn´ımu sloupci), je povaˇzován za komentáˇr. Vˇsechny ostatn´ı vlastnosti t´ ykaj´ıc´ı se vzhledu jsou um´ıstˇeny v souboru ,,sablona.wrl”. Jedná se o hlaviˇcku v´ ysledného VRML dokumentu – modelu. Jsou zde definovány pˇr´ıpadné Viewpointy, základn´ı vzhled atom˚ u a vazeb (jména tˇechto prototyp˚ u a jejich atributy mus´ı b´ yt zachovány).

32

Obrázek 7.1: Takto vypadá vygenerovaná stránka

33

Obrázek 7.2: Hierarchie tˇr´ıd gramatik [9]

Obrázek 7.3: Hierarchie prototyp˚ u v dokumentu modelu

34

Kapitola 8 Z´ avˇ er C´ılem této práce bylo vytvoˇrit program, kter´ y by pomohl pˇredevˇs´ım student˚ um stˇredn´ıch ˇskol pˇri studiu názvoslov´ı organické chemie. Tento vytyˇcen´ y c´ıl byl snad programem CheNom naplnˇen. Pˇresto je moˇzné mnohé vˇeci vylepˇsit.

8.1

Moˇ znosti rozˇ siˇ rov´ an´ı

Urˇcitá zlepˇsen´ı je moˇzné provést zpˇresnˇen´ım modelován´ı, rozˇs´ıˇren´ım o interpretaci názv˚ u nˇekter´ ych druh˚ u slouˇcenin a stereochemick´ ych názv˚ u nebo zjednoduˇsen´ım instalace. Nepˇresnosti v modelován´ı spoˇc´ıvaj´ı v pˇr´ıliˇsném zjednoduˇsen´ı pouˇzitého modelu. Bylo by ji vhodné nahrait za nˇekterou chemiky pouˇz´ıvanou metodu, jako napˇr´ıklad hybridizace nebo VSEPR[10]. Systematické názvoslov´ı heterocykl˚ u a kondenzovan´ ych polycykl˚ u nebylo implementováno, protoˇze má zcela odliˇsná pravidla tvoˇren´ı názv˚ u a ˇcasto jsou tyto názvy chápány sp´ıˇse jako triviáln´ı. Implementovat stereochemická pravidla nemá smysl, dokud je pouˇzit pro modelován´ı souˇcasn´ y model, kter´ y nen´ı schopen zaruˇcit jejich dodrˇzen´ı. Dalˇs´ıho zpˇresnˇen´ı modelu by bylo dosaˇzeno, kdyby byl program schopen pˇri dalˇs´ım dotazu na stejnou molekulu ji dále aproximovat (napˇr. vˇzdy po dobu dalˇs´ıch 10 s). Pro vˇetˇs´ı pohodl´ı uˇzivatele by bylo moˇzné vytvoˇrit instalátor / instalaˇcn´ı skript, kter´ y by umoˇzn ˇoval nakonfigurovat program automaticky. Jednalo by se o um´ıstˇen´ı zástupce programu na plochu ˇci do nab´ıdky start, urˇcen´ı pouˇz´ıvaného interface, rozsahu cachován´ı, atd.

35

8.2

Alternativn´ı implementace

V pr˚ ubˇehu tvorby programu byly zvaˇzovány r˚ uzné zp˚ usoby implementace jednotliv´ ych modul˚ u. V modulu Parser pˇricházela v u ´vahu alternativa urychluj´ıc´ı proces stavby derivaˇcn´ıho stromu. Program by neprocházel stále dokola vˇsechna pravidla gramatiky, ale m´ısto toho pouˇzil zásobn´ık (nebo frontu) na uloˇzen´ı tˇech pravidel, která by bylo moˇzné pouˇz´ıt. Seznam pravidel v zásobn´ıku (frontˇe) nejprve tvoˇr´ı vˇsechna pravidla gramatiky. Pˇri snaze o vytvoˇren´ı derivaˇcn´ıho stromu jsou nepouˇzitá pravidla odstraˇ nována a naopak jsou pˇridávána pravidla pouˇzitá pravidla obsahuj´ıc´ı. Gramatika programu CheNom ovˇsem nen´ı natolik rozsáhlá, aby takto pracná implementace mˇela v´ yznam (doba v´ ypoˇctu v modulu Model je totiˇz v´ yraznˇe delˇs´ı). V modulu Server byla zvaˇzována moˇznost vkládán´ı r˚ uzn´ ych soubor˚ u (obrázky, skripty, kaskádové styly, atd.) do WWW stránky rozhran´ı. Tato moˇznost byla z bezpeˇcnostn´ıch d˚ uvod˚ u zavrhnuta. Bylo by nutné oˇsetˇrit, aby uˇzivatel nemohl program zneuˇz´ıt pro obejit´ı nepovoleného pˇr´ıstupu k soubor˚ um.

8.3

Porovn´ an´ı s existuj´ıc´ım SW

V souˇcasnosti je na trhu nepˇreberné mnoˇzstv´ı program˚ u zamˇeˇren´ ych na problematiku r˚ uzn´ ych oblast´ı chemie. Co se t´ yˇce interpretace ˇceského názvu organick´ ych slouˇcenin, ˇzádn´ y takov´ y software neexistuje. Pˇr´ıkladem programu, kter´ y se také zab´ yvá vizualizac´ı molekul, je program ACD/Labs 8.0. Jeho pˇrednost´ı je pˇresn´ y model molekuly, ve kterém je moˇzné také mˇeˇrit vzdálenosti mezi atomy a vazebné u ´hly. Nav´ıc umoˇzn ˇuje snadno pˇrecházet mezi r˚ uzn´ ymi typy zobrazen´ı (napˇr. barvy a velikosti atom˚ u). Naopak nev´ yhodami jsou moˇznost práce s názvem pouze ve smˇeru od struktury, neschopnost programu v modelu graficky rozliˇsit násobnosti vazeb a jeho nedostupnost v ˇceˇstinˇe (a tedy ani programem generované názvy nejsou ˇcesky).

36

Pouˇ zit´ a literatura [1] IUPAC, Commission on Nomenclature of Organic Chemistry: A Guide to IUPAC Nomenclature of Organic Compounds (Recommendations 1993) Blackwell Scientific publications, 1993 [2] Kahovec, J. a kol.: Pr˚ uvodce názvoslov´ım organick´ ych slouˇcenin podle IUPAC. Doporuˇcen´ı 1993, Academia, Praha 2000 ´ [3] Schejbalová, H., Stibor, I.: Uvod do studia organické a makromolekulárn´ı chemie, Vyd. TUL, Liberec 2004 [4] Koláˇr, K. a kol.: Chemie /organická a biochemie/ II pro gymnázia, SPN, Praha 1997 [5] Myˇsiˇcka, K. a kol.: Vzorce, modely a poˇc´ıtaˇcová grafika ve v´ yuce chemie, Gaudeamus, Hradec Králové 2006 [6] Dalton, J.: A New System of Chemical Philosophy, John Weale, London 1842 [7] Zrzav´ y, J.: VRML, Tvorba dokonal´ ych WWW stránek, GRADA, Praha 1999 [8] Berners-Lee T. a kol.: RFC 1945 – Hypertext Transfer Protocol – HTTP/1.0, 1996 [9] Yaghob J.: Principy pˇrekladaˇc˚ u, Lexikáln´ı a syntaktická anal´ yza, [http://ulita.ms.mff.cuni.cz/pub/predn/pp/pp-03-lasxa.ppt], 2005 [10] Miˇcka Z. a kol.: Anorganická chemie I. Teoretická ˇcást, Karolinum, Praha 2003 [11] Saff, E.B., Kuijlaars, A.B.J.: Distributing many points on a sphere. Mathematical Intelligencer; Winter97, Vol. 19 Issue 1, 1997

37

Pˇ r´ıloha A S´ emantika - jazyk A.1

Konstanty

• ˇ c´ıslo: #10 (nezáporné celé ˇc´ıslo) • n´ aboj: #2, # − 2 (celé ˇc´ıslo) • ˇ retˇ ezec: ∼text∼ • vazba: − (jednoduchá), = (dvojná), % (trojná)

A.2

Parametry – reference

Syntaktick´ y strom se procház´ı postfixovˇe a v kaˇzdém uzlu se vyhodnocuje sémantika na základˇe (jiˇz vyhodnocen´ ych) potomk˚ u. V právˇe vyhodnocovaném uzlu je vytvoˇreno pole obsahuj´ıc´ı v´ ysledné hodnoty vˇsech potomk˚ ua na nultou pozici se zapisuje vlastn´ı v´ ysledek. Tyto poloˇzky jsou dostupné pod sv´ ym indexem (tedy prvn´ı syn odpov´ıdá $1). Kaˇzd´ y takov´ y uzel je struct , na jehoˇz poloˇzky se pˇristupuje standardn´ı teˇckovou notac´ı. V kaˇzdé instrukci má kaˇzd´ y parametr nˇejakou defaultn´ı poloˇzku, kterou nen´ı nutné (ale je moˇzné) uvádˇet. Poloˇzky jsou následuj´ıc´ı: • .int – ˇc´ıslo, • .str – ˇretˇezec, • .zdo – seznam dvojic lokant˚ u (pokud to nen´ı odkud-kam, ale pouze kde, tj. nen´ı to dvojice, pak se v definici neuvád´ı druhá poloˇzka a jej´ı hodnota je nastavena na prázdn´ y ˇretˇezec) 38

– .z – podpoloˇzka odkud/kde (ze seznamu vrát´ı posledn´ı hodnotu – Pouze pro ˇcten´ı!), – .k – podpoloˇzka kam (ze seznamu vrát´ı posledn´ı hodnotu – Pouze pro ˇcten´ı!), • .mol – skelet – atomy a vazby mezi nimi, pokud je potˇreba definovat jen nˇekteré jeho vlastnosti, vkládá se atom oznaˇcen´ y jako ∼.∼; jemu je pak moˇzné nastavovat vlastnosti jako vaznost, náboj, . . . ; pokud je potˇreba definovat pouze vazbu, pak volná vede z 1 do 0 a kaˇzdá jiná z 1 do 1.

A.3

Instrukce

Jazyk obsahuje nˇekolik tˇr´ıd instrukc´ı, pˇr´ıstup se provád´ı pˇres standardn´ı ˇctyˇrteˇckovou ( class::method ) konstrukci. Za kaˇzdou instrukc´ı následuje stˇredn´ık.

A.3.1

Konvence:

• Nepovinné parametry jsou v hranaté závorce (tedy XXX(a [,b ]) znaˇ XXX(a,b ), nebo XXX(a )). mená bud • Jména parametr˚ u jsou volena podle pˇr´ıpustného obsahu a to podle následuj´ıc´ıho seznamu: – n – nezáporné celé ˇc´ıslo – rn – reference na n (defaultn´ı poloˇzka je .int) – N – n nebo rn – z – celé ˇc´ıslo – rz – reference na z (defaultn´ı poloˇzka je .int) – Z – z nebo rz – s – ˇretˇezec – rs – reference na s (defaultn´ı a jediná poloˇzka je .str) – S – s nebo rs – l – seznam (dvojic) lokant˚ u – rl – reference na l (defaultn´ı poloˇzka je .zdo) – L – l nebo rl 39

– m – skelet – zapisuje se následuj´ıc´ım zp˚ usobem: ∗ definice se skládá ze dvou ˇcást´ı oddˇelen´ ych dvojteˇckou ∗ prvn´ı ˇcást obsahuje definice atom˚ u, tj. seznam definic atom˚ u oddˇelen´ ych pomlˇckou uzavˇren´ y do hranat´ ych závorek ∗ definice atomu vypadá takto: (∼znacka ∼,#nasobnost,seznam jmen ) ∗ v seznam jmen se alternativn´ı názvy oddˇeluj´ı ˇcárkou a cel´ y je uzavˇren do sloˇzen´ ych závorek ∗ druhá ˇcást obsahuje definice vazeb, tj. seznam definic vazeb oddˇelen´ ych ˇcárkou uzavˇren´ y do hranat´ ych závorek ∗ definice vazby vypadá následovnˇe: zVk, kde z a k jsou poˇradová ˇc´ısla vázan´ ych atom˚ u z prvn´ı ˇcásti definice (0 znamená voln´ y konec) a V je typ vazby (tj. jeden ze symbol˚ u -, =, %) ∗ Pˇ r.: [(∼P∼,#3,{∼1∼})-(∼N∼,#5,{∼2∼,∼a∼})]:[1%2,2=0] – rm – reference na m (defaultn´ı poloˇzka je .mol) – M – m nebo rm

A.3.2

INT – ˇ c´ıslo

• NEW(N ) – dosad´ı do $0.int hodnotu N Pˇ r.: INT::NEW(#3);INT::NEW($1.int);INT::NEW($1); • ADD(rn,N ) – poloˇzku rn zvˇetˇs´ı o hodnotu N Pˇ r.: INT::ADD($0.int,#3);INT::ADD($0,$2.int); • MUL(rn,N ) – poloˇzku rn zvˇetˇs´ı N -krát Pˇ r.: INT::MUL($0.int,#10);INT::MUL($0,$2.int);

A.3.3

STR – ˇ retˇ ezec

• NEW(S) – dosad´ı do $0.str hodnotu S Pˇ r.: INT::NEW(∼abc∼); INT::NEW($1.str); INT::NEW($1); • APP(rs,S) – za rs pˇripoj´ı ˇretˇezec S Pˇ r.: INT::ADD($0.str,∼abc∼);INT::ADD($0,$2.str);

40

A.3.4

MOL – skelet

ˇ • ZDO(rl,S1 [,S2 ]) – na konec rl pˇripoj´ı novˇe vytvoˇren´ y lokant bud z S1 (kde), nebo z S1 (odkud) do S2 (kam) Pˇ r.: MOL::ZDO($0.zdo,$1.str,∼1∼);MOL::ZDO($0,$1); • LAP(rl,L) – za seznam lokant˚ u rl pˇripoj´ı seznam lokant˚ uL Pˇ r.: MOL::LAP($0.zdo,$1.zdo);MOL::LAP($1,$2); • NEW(m) – dosad´ı do $0.mol hodnotu m Pˇ r.: MOL::NEW([(∼N∼,#3,{∼1∼})-(∼N∼,#5,{∼2∼,∼a∼})]:[1%2,2=0]); • CPY(rm) – dosad´ı do $0.mol hodnotu rm Pˇ r.: MOL::CPY($1.mol); • NWA(S) – dosad´ı do $0.mol atom (se standardn´ı vaznost´ı), jehoˇz znaˇcka je S a pˇriˇrad´ı mu lokant ∼1∼ Pˇ r.: MOL::NWA(∼Na∼);MOL::NWA($1.str);MOL::NWA($1); • SUB(rm1 ,rm2 ,N [,L]) – v rm1 nahrad´ı atomy na pozic´ıch L atomem rm2 (skelet obsahuj´ıc´ı právˇe jeden atom), zároveˇ n otestuje, zda jich je N ; pokud L chyb´ı, nahrad´ı se vˇsechny atomy v rm1 , kter´ ych je v tom pˇr´ıpadˇe oˇcekáváno N Pˇ r.: MOL::SUB($5.mol,$4.mol,$3.int,$1.zdo); • DLA(rm,N ,L) – v rm odstran´ı atomy na pozic´ıch L (pokud je atom pˇripojen jednou vazbou — kromˇe vod´ık˚ u —, tak je tato pouze zruˇsena, pokud dvˇema stejné násobnosti, tak jsou tito ,,sousedé” propojeni), zároveˇ n otestuje, zda jich je N Pˇ r.: MOL::DLA($4.mol,$3.int,$1.zdo); • DLX(rm,S) – v rm odstran´ı atom na pozici S (vˇsechny vazby jsou ponechány jako volné) Pˇ r.: MOL::DLX($4.mol,∼1∼); • DLV(rm,N ,L) – v rm odstran´ı vˇsechny vazby dle L(.z – .k), zároveˇ n otestuje, zda jich je N Pˇ r.: MOL::DLV($3.mol,$2.int,$1.zdo);MOL::DLV($3,$2,$1);

41

• DEC(rm,N ,L) – v rm sn´ıˇz´ı násobnosti vazeb o 1 (pˇr´ıpadnˇe je zruˇs´ı) dle L, zároveˇ n otestuje, zda jich je N (pokud je v L u vˇsech poloˇzek .zdo.k prázdn´ y ˇretˇezec, pak se poˇzaduje dvojnásobná velikost L oproti N a poloˇzky se berou po dvou) Pˇ r.: MOL::DEC($3.mol,$2.int,$1.zdo);MOL::DEC($3,$2,$1); • INC(rm,N [,L]) – opak DEC, tedy v rm zv´ yˇs´ı násobnosti vazeb o 1 (pˇr´ıpadnˇe je vytvoˇr´ı) dle L, zároveˇ n otestuje, zda jich je N (pokud je v L u vˇsech poloˇzek .zdo.k prázdn´ y ˇretˇezec, pak se poˇzaduje dvojnásobná velikost L oproti N a poloˇzky se berou po dvou); pokud je N nula, pak se spojuje prvn´ı atom s posledn´ım a L se neuvád´ı Pˇ r.: MOL::INC($3.mol,$2.int,$1.zdo);MOL::INC($3,#0); • MVV(rm,S1 ,S2 ,S3 ,S4 ) – v rm pˇresune vazbu mezi S1 a S2 na vazbu mezi S3 a S4 Pˇ r.: MOL::MVV($10,$1.zdo.z,$3.zdo.z,$1.zdo.z,$5.zdo.z); • ION(rm,Z) – do torza skeletu rm pˇridá (ve smyslu souˇctu) náboj Z Pˇ r.: MOL::ION($1.mol,#-2); • APL(rm1 ,rm2 ,N [,L]) – v rm1 aplikuje vˇse platné z rm2 (nesm´ı b´ yt atomy, jen vazba, náboj, arita, . . . ) na pozice L (kter´ ych se otestuje, jestli je N ); pokud rm2 obsahuje i vazbu, která nen´ı volná (nevede do 0), ˇ dle L v .zdo.k, nebo v následuj´ıc´ım pak má tato druh´ y konec bud prvku po .zdo.z; pokud L chyb´ı, tak se aplikuje dle N na vˇsechny atomy v rm1 (pokud jich je N ), pokud je N o 1 menˇs´ı, pak je vynechán posledn´ı atom, pokud je N = 1, tak se aplikuje na prvn´ı atom Pˇ r.: MOL::APL($1.mol,$6.mol,$5.int,$3.zdo); • APP(rm1 ,rm2 ,N ,L) – za atomy rm1 (do rm1 ) pˇripoj´ı rm2 a spoj´ı prvn´ı atom rm2 s atomem dle L (kde), toto provede pro vˇsechny poloˇzky L (otestuje, zda jich je N ) Pˇ r.: MOL::APP($5.mol,$4.mol,$3.int,$1.zdo); • CON(rm1 ,rm2 ,N [,L]) – za atomy rm1 (do rm1 ) pˇripoj´ı rm2 a spoj´ı vˇsechny volné vazby rm2 s atomem dle L, toto provede pro vˇsechny poloˇzky L (otestuje, zda jich je N ), pokud L nen´ı definován, pak se pˇripojen´ı provede N -krát na atom ∼1∼ Pˇ r.: MOL::CON($5,$4,$3,$1);

42

• COI(rm1 ,rm2 ,N [,L]) – za atomy rm1 (do rm1 ) pˇripoj´ı rm2 a spoj´ı prvn´ı volnou vazbu rm2 s atomem dle L, toto provede pro vˇsechny poloˇzky L (otestuje, zda jich je N ), pokud L nen´ı definován, pak se pˇripojen´ı provede N -krát na atom ∼1∼ Pˇ r.: MOL::COI($5,$4,$3,$1); • LIN(rm1 ,rm2 ,N ) – vezme rm2 , dá ji N -krát za sebe (spoj´ı vˇzdy prvn´ı atom nové kopie s posledn´ım atomem pˇredchoz´ı kopie), s t´ım, ˇze v kaˇzdé kopii zruˇs´ı vˇsechna jména, v´ ysledek uloˇz´ı do rm1 a oˇc´ısluje (od jedniˇcky) Pˇ r.: MOL::LIN($0.mol,$0.mol,$1.mol); • CHN(rm1 ,rm2 ,N [,L]) – vezme rm2 , dá ji N -krát za sebe, s t´ım, ˇze v kaˇzdé kopii maj´ı vˇsechny lokanty pˇridánu ˇcárku (oproti pˇredchoz´ı kopii), a poté spoj´ı dvojice dle L (pokud je uvedeno, jinak atomy se jménem 1 a poˇctem ˇcárek liˇs´ıc´ım se o jedna, tj. 1-1’, 1’-1", . . . ) jednoduchou vazbou Pˇ r.: MOL::CHN($0.mol,$2.mol,$1.int); • ADD(rm1 ,rm2 ,N ) – k torzu skeletu rm1 , pˇridá N -krát torzo skeletu rm2 (tj. seˇctou se náboje a slouˇc´ı se seznamy vazeb) Pˇ r.: MOL::ADD($0.mol,$2.mol,#1); • FIN(rm) – dopln´ zdému atomu vod´ıkytak, aby mu nic nechybˇelo P ı kaˇ vaznost = (vazby) nasobnost + |naboj| , pokud toto splnit nelze, tj. vaznost atomu je niˇzˇs´ı, neˇz poˇcet jeho vazeb, je vyvolána chyba Pˇ r.: MOL::FIN($1.mol);

43

Pˇ r´ıloha B index.htm <meta http-equiv="content-type" content="text/html; charset=windows-1250" /> CheNom - $NAZEV$ <style> /* popis form´ atov´ an´ ı */ ... <script> /* javascript obsluhuj´ ıc´ ı tlaˇ c´ ıtka formul´ aˇ re */ ...
KONEC

...

$NAZEV$
$TELO$

44

Pˇ r´ıloha C Skripty C.1

START.bat

@echo off cd Complet \ @echo on start server 80 start firefox "http://127.0.0.1/chenom"

C.2

START.sh

#!/bin/sh cd Complet ./server 8080& firefox "http://127.0.0.1:8080/chenom"

C.3

run.bat

rem @echo off set jmeno=%1 echo %jmeno% >input set vystup="outs\%jmeno:~1,-1%.wrl"

45

if EXIST %vystup% goto cached rem rem rem rem

-----------------necachovat modely: del /F /Q "outs\*.wrl" ------------------

chenom.exe DATA\cp1250\settings.ini -e >%vystup% 2>error.log < input if ERRORLEVEL 1 ( del input rem -----------------------rem podrobny chybovy vystup: echo ===================================== >> error.log type %vystup% >> error.log rem -----------------------del %vystup% rem pause @echo on exit 3 ) :cached del input @echo on

C.4

run.sh

#!/bin/sh vstup=input vystup="outs/[email protected]" echo $@ >$vstup # -----------------# necachovat modely: rm -f outs/*.wrl # -----------------if [ ! -e $vystup ]; then if ! ( \ ./chenom DATA/utf8/settings.ini -e <$vstup >$vystup 2>error.log \ ); then

46

# -----------------------# podrobny chybovy vystup: echo ======================== >> error.log cat $vystup >> error.log # -----------------------rm -f $vstup rm -f $vystup exit 3 fi fi rm -f $vstup

C.5

run-console.bat

@echo off set jmeno=%1 echo %jmeno% >input set vystup="outs\%jmeno:~1,-1%.wrl" if EXIST %vystup% goto cached rem rem rem rem

-----------------necachovat modely: del /F /Q "outs\*.wrl" ------------------

chenom.exe DATA\cp1250\settings.ini >%vystup% < input set chyba=%ERRORLEVEL% if ERRORLEVEL 1 ( del input rem -----------------------rem podrobny chybovy vystup: echo =========================== >> error.log type %vystup% >> error.log rem -----------------------del %vystup% pause @echo on exit /B %chyba% ) :cached

47

del input rem -------------------------rem zde napiste prikaz, ktery otevre model ve vasem prohlizeci rem cesta k souboru je %vystup% rem explorer %vystup% %vystup% rem -------------------------rem necachovat (druha varianta): rem del %vystup% rem -------------------------@echo on

C.6

run-console.sh

#!/bin/sh echo $@ >input vstup=input vystup="outs/[email protected]" # -----------------# necachovat modely: rm -f outs/*.wrl # -----------------if [ ! -e $vystup ]; then if ! ( \ ./chenom DATA/utf8/settings.ini <$vstup >$vystup 2>error.log \ ); then # -----------------------# podrobny chybovy vystup: echo ======================== >> error.log cat $vystup >> error.log # -----------------------rm -f $vstup rm -f $vystup exit 3 fi fi rm -f $vstup # zde napiste prikaz, ktery otevre model ve vasem prohlizeci # cesta k souboru je $vystup

48

Pˇ r´ıloha D Datab´ azov´ e soubory D.1

settings.ini

[Soubory] Konstanty = konstanty.txt Terminaly = terminaly.gra Gramatika = gramatika.gra Prvky = prvky.gra Vystup = sablona.wrl

Jméno souboru nesm´ı obsahovat mezeru, pokud je pouˇzita relativn´ı cesta, nesm´ı b´ yt z bezpeˇcnostn´ıch d˚ uvod˚ u pouˇzit odkaz do nadˇrazené sloˇzky. Cesta je vztaˇzena ke sloˇzce, v n´ıˇz se nacház´ı tento soubor. Tedy pokud je absolutn´ı cesta k tomuto souboru ,,C:\chenom\DATA\settings.ini”, ukazuje cesta ,,v2\prvky” na soubor ,,C:\chenom\DATA\v2\prvky”.

D.2

konstanty.txt

0000-0006 0007-0007 0008-0019 0020-0029 0030-0039 0040-0049 0050-0059

< < -

Separator (.,,,:,;,-,->) Carka (’) Zavorka ((,),[,],{,}) Operace (de,nor,anhydro,cyklo,seko,abeo,retro) Formatovani (,<sub>,...)

49

0060-0099 0100-0199 0200-0299 0300-0499 0500-0529 0530-0999 1000-1009 1010-1099 1100-1199 1200-1229 1230-1249 1250-1399 1400-1433 1434-1499 1500-1999 2000-2199 2200-2999 3000-3999 4000-4999 5000-9999

D.3

< < < < < < -

CharakteristickaSkupina (yl,an,en,yn,...) Stereodeskriptory (cis,trans,meso,...) AnorgPripona (n´ y,nat´ y,...) Cislice (0123456789) Alfabeta (αβ...) Latinka (abcd...) Samohlaska (a´ ae´ eˇ ei´ ıo´ ou´ u˚ uy´ y) u--pˇ ridat_n´ asobnost_lokant˚ u,...) ReckePocty (#lokant˚ LatinskePocty (poˇ cty_opakov´ an´ ı_struktur,...) ZnackaPrvku (H,He,...) JmenoPrvku (oxa,sila,...) TypSlouceniny (aren,oxokyselina,keton,...) TrivKoren (bora,oxida,joda,metha,...) TrivNazvy (acetylen,ethan,...)

terminaly.gra

========= 0000 ’-’ ’;’ ’:’ ’,’ ’.’ ’->’ ’’’ --------- 0020 ’(’ ’)’ ’[’ ’]’ ’’ ’’ --------- 0030 ’de’ ’nor’ ’anhydro’ ’cyklo’

50

’seko’ ’abeo’ ’retro’ ’per’ --------- 0050 ’ ’ ’<sup>’ ’’ ’<sub>’ ’’ ’’ ’’ ========= 0100 ’yl’ ’yliden’ ’ylidyn’ ’ium’ ’ylium’ ’id’ ’it’ ’´ at’ ’an’ ’en’ ’yn’ ’al’ ’ol’ ’on’ ’lat’ ’at’ ’oyl’ ’imin’ ’amoyl’ ’o´ at’ ’os’ . . .

51

D.4

gramatika.gra

52

D.5

prvky.gra

--Zn Z arita hybridizace polomˇ er hmotnost barva --------------------------------------------------------->>H 1 1 s1 1 1.E-3 #0000ff --He 2 -1 1 1.E-3 #ffffff --Li 3 -1 1 1.E-3 #ffffff --Be 4 -1 1 1.E-3 #ffffff --B 5 3 1 1.E-3 #ffffff >>C 6 4 s1p3 1 1.E-2 #ff0000 >>N 7 3 s1p2 1 1.E-3 #00ff00 >>N 7 5 s1p3d1 1 1.E-3 #00ff00 >>O 8 2 s1p1 1 1.E-3 #ffffff >>F 9 1 s1 1 1.E-3 #00ffff --Ne 10 -1 1 1.E-3 #ffffff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

D.6

sablona.wrl

#VRML V2.0 utf8 NavigationInfo { type "EXAMINE" } ############################## pohledy ############################## Viewpoint { position 0 0 50 description "above" } # ... ############################ atom - vzor ############################ PROTO Atom[ field SFColor dCol 1.0 1.0 1.0 # barva atomu field SFFloat fRad 1. # polomer atomu field MFString sSig [] # znacka prvku field MFString sLoc [] # seznam lokantu atomu ]{ Transform{ children[ DEF java Script{ eventIn SFBool popisky eventOut SFFloat outputVis

53

eventOut SFVec3f outputPos url "javascript: function popisky(value){ if (value){ outputVis = 0.0; outputPos[0] = 0.0; outputPos[1] = 0.0; outputPos[2] = 8.0; }else{ outputVis = 0.5; outputPos[0] = 0.0; outputPos[1] = 0.0; outputPos[2] = 1.0; } } " } Billboard{ axisOfRotation 0. 0. 0. children[ DEF pozice Transform{ translation .0 .0 1. # -fRad/2 -fRad/2 fRad children[ Shape{ #znacka prvku geometry Text { string IS sSig fontStyle FontStyle{ justify ["MIDDLE","MIDDLE"] } } appearance Appearance{ material DEF vzhled Material { diffuseColor 1. .0 .0 #barva popisku transparency 1. } } } Transform{ #seznam lokantu translation .0 -1. .0 children[ Shape{ geometry Text { string IS sLoc fontStyle FontStyle{ justify ["BEGIN","TOP"] family ["Palatino Linotype" ]

54

} } appearance Appearance{ material DEF vzhledLoc Material { diffuseColor 1. 1. .0 #barva popisku transparency 1. } } } ] } ] } Shape{ geometry Sphere { #polomer vnitrni casti radius .5 } appearance Appearance{ material Material { diffuseColor IS dCol transparency 0. #vnitrni cast - viditelnost } } } Shape{ geometry Sphere { radius IS fRad } appearance Appearance{ material Material { diffuseColor IS dCol transparency .5 #vnejsi cast - viditelnost } } } DEF tl TouchSensor{ #atom bude reagovat na stisk tl. } ] } ] } ROUTE tl.isActive TO java.popisky ROUTE java.outputVis TO vzhled.transparency ROUTE java.outputVis TO vzhledLoc.transparency

55

ROUTE java.outputPos TO pozice.translation } ########################### vazby - vzory ########################### PROTO Spoj[ field SFColor dCol 1.0 1.0 1.0 field SFFloat fLen 2. field SFVec3f fPos 0 1 0. #0 fLen/2 0 field SFFloat fRad .5 ]{ Transform{ translation IS fPos children[ Shape{ geometry Cylinder { height IS fLen radius IS fRad } appearance Appearance{ material Material { diffuseColor IS dCol transparency 0 } } } ] } } PROTO Vazba1 [ field SFFloat fDist 2. field SFVec3f fPoz 0 1 0. ]{ Spoj { dCol 1.0 1.0 1.0 fLen IS fDist fPos IS fPoz } } PROTO Vazba2 [ field SFFloat fDist 2. field SFVec3f fPoz 0 1 0. ]{ Transform{ children[

56

Transform{ translation .16666666 0 0 children Spoj { dCol 0 1 1 fRad .33333333 fLen IS fDist fPos IS fPoz } } Transform{ translation -.16666666 0 0 children Spoj { dCol 0 1 1 fRad .33333333 fLen IS fDist fPos IS fPoz } } ] } } # PROTO Vazba3 - obdobne #####################################################################

57

Vizualizace molekul. Jan Procházka

Recommend Documents

$NAZEV$