อัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหา - คุณสมบัติ คำอธิบายทีละขั้นตอน และคำแนะนำ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-02 17:57

อัลกอริธึมที่ชัดเจนสำหรับการแก้ปัญหาในวิชาเคมีเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการปรับแต่งการทดสอบขั้นสุดท้ายในสาขาวิชาที่ซับซ้อนนี้ ในปีพ.ศ. 2560 มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างข้อสอบอย่างมีนัยสำคัญ โดยนำคำถามที่มีคำตอบเดียวออกจากส่วนแรกของการทดสอบ การใช้ถ้อยคำของคำถามเป็นแบบที่บัณฑิตแสดงความรู้ในด้านต่างๆ เช่น เคมี และไม่สามารถใส่ "ขีด" ได้ง่ายๆ

ความท้าทายหลัก

ความยากสูงสุดสำหรับผู้สำเร็จการศึกษาคือคำถามเกี่ยวกับการได้มาของสูตรสารประกอบอินทรีย์ พวกเขาไม่สามารถสร้างอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาได้

จะจัดการกับปัญหาดังกล่าวอย่างไร? เพื่อที่จะรับมือกับงานที่เสนอ สิ่งสำคัญคือต้องรู้อัลกอริธึมสำหรับการแก้ปัญหาในวิชาเคมี

ปัญหาเดียวกันกับสาขาวิชาอื่นๆ

ลำดับของการกระทำ

ปัญหาทั่วไปในการพิจารณาสารประกอบโดยผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เป็นที่รู้จัก ดังนั้นเราจึงเสนอให้พิจารณาอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาโดยใช้ตัวอย่างการออกกำลังกายประเภทนี้

1. ค่ามวลโมลาร์ของสารที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยใช้ความหนาแน่นสัมพัทธ์ที่ทราบสำหรับก๊าซบางชนิด (หากมีอยู่ในเงื่อนไขของงานที่เสนอ)

2. เราคำนวณปริมาณของสารที่เกิดขึ้นในกระบวนการนี้ผ่านปริมาตรโมลาร์ของสารประกอบที่เป็นก๊าซ ผ่านความหนาแน่นหรือมวลของสารของเหลว

3. เราคำนวณค่าเชิงปริมาณของอะตอมทั้งหมดในผลคูณของปฏิกิริยาเคมีที่กำหนด และยังคำนวณมวลของแต่ละตัวด้วย

4. เราสรุปค่าเหล่านี้ แล้วเปรียบเทียบค่าที่ได้รับกับมวลของสารประกอบอินทรีย์ที่กำหนดโดยเงื่อนไข

5. หากมวลเริ่มต้นเกินค่าที่ได้รับ เราจะสรุปได้ว่าออกซิเจนมีอยู่ในโมเลกุล

6. เราหามวลของมัน ลบออกจากมวลที่กำหนดของสารประกอบอินทรีย์ด้วยผลรวมของอะตอมทั้งหมด

6. หาจำนวนอะตอมออกซิเจน (เป็นโมล)

7. เรากำหนดอัตราส่วนของปริมาณของอะตอมทั้งหมดที่มีอยู่ในปัญหา เราได้สูตรของตัววิเคราะห์แล้ว

8. เราสร้างรูปแบบโมเลกุลของมัน นั่นคือมวลโมเลกุล

9. ถ้ามันแตกต่างจากค่าที่ได้รับในขั้นตอนแรก เราจะเพิ่มจำนวนแต่ละอะตอมเป็นจำนวนเท่าๆ กัน

10. เขียนสูตรโมเลกุลของสารที่ต้องการ

11. การกำหนดโครงสร้าง

12. เราเขียนสมการของกระบวนการที่ระบุโดยใช้โครงสร้างของสารอินทรีย์

อัลกอริธึมที่เสนอในการแก้ปัญหานี้เหมาะสำหรับงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการได้มาซึ่งสูตรของสารประกอบอินทรีย์ เขาจะช่วยนักเรียนมัธยมปลายรับมือกับข้อสอบได้อย่างเพียงพอ

ตัวอย่างที่ 1

การแก้ปัญหาอัลกอริทึมควรเป็นอย่างไร

เพื่อตอบคำถามนี้ นี่คือตัวอย่างที่เสร็จแล้ว

เมื่อเผาสารประกอบ 17.5 กรัม จะได้คาร์บอนไดออกไซด์ 28 ลิตร และไอน้ำ 22.5 มิลลิลิตร ความหนาแน่นไอของสารประกอบนี้สอดคล้องกับ 3.125 g/l มีข้อมูลว่าสารที่วิเคราะห์เกิดขึ้นระหว่างการคายน้ำของแอลกอฮอล์อิ่มตัวในระดับอุดมศึกษา ตามข้อมูลที่ให้มา:

1) ทำการคำนวณบางอย่างที่จำเป็นเพื่อค้นหาสูตรโมเลกุลของสารอินทรีย์นี้

2) เขียนสูตรโมเลกุลของมัน;

3) ให้มุมมองเชิงโครงสร้างของสารประกอบดั้งเดิม สะท้อนถึงความเชื่อมโยงของอะตอมในโมเลกุลที่เสนออย่างมีเอกลักษณ์

ข้อมูลงาน

• m (วัตถุดิบเริ่มต้น)- 17.5g
• V คาร์บอนไดออกไซด์-28L
• น้ำเปล่า-22.5ml

สูตรการคำนวณทางคณิตศาสตร์:

• √=√ _mn
• √=ม/ρ

หากต้องการ คุณสามารถรับมือกับงานนี้ได้หลายวิธี

วิธีแรก

1. กำหนดจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของปฏิกิริยาเคมีโดยใช้ปริมาตรโมลาร์

nCO_{2=1.25 โมล}

2. เราเปิดเผยเนื้อหาเชิงปริมาณขององค์ประกอบแรก (คาร์บอน) ในผลิตภัณฑ์ของกระบวนการนี้

nC=nCO_{2=, 25 mol}

3. คำนวณมวลของธาตุ

mC=1.25 โมล12ก./โมล=15 ก.

หามวลไอน้ำ โดยรู้ว่ามีความหนาแน่น 1g/ml.

mH_{2O คือ 22.5g}

เราเปิดเผยปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา (ไอน้ำ)

n น้ำ=1.25 โมล

6. เราคำนวณเนื้อหาเชิงปริมาณขององค์ประกอบ (ไฮโดรเจน) ในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา

nH=2n (น้ำ)=2.5 โมล

7. จงหามวลของธาตุนี้

mH=2.5g

8. มาสรุปมวลของธาตุกันเพื่อหาการมีอยู่ (ไม่มี) ของอะตอมออกซิเจนในโมเลกุลกัน

mC + mH=1 5g + 2.5g=17.5g

สิ่งนี้สอดคล้องกับข้อมูลของปัญหา ดังนั้นจึงไม่มีอะตอมออกซิเจนในอินทรียวัตถุที่ต้องการ

9. กำลังหาอัตราส่วน

CH_{2เป็นสูตรที่ง่ายที่สุด}

10. คำนวณ M ของสารที่ต้องการโดยใช้ความหนาแน่น

M สาร=70 g/mol.

n-5 สารมีลักษณะดังนี้: C₅H_10.

เงื่อนไขบอกว่าสารได้มาจากการคายน้ำของแอลกอฮอล์ จึงเป็นอัลคีน

ตัวเลือกที่สอง

ลองพิจารณาอัลกอริธึมอื่นในการแก้ปัญหากัน

1. เมื่อรู้ว่าสารนี้ได้มาจากการคายน้ำของแอลกอฮอล์ เราจึงสรุปได้ว่าสารนี้อาจจัดอยู่ในกลุ่มอัลคีน

2. หาค่า M ของสารที่ต้องการโดยใช้ความหนาแน่น

M ใน=70 g/mol.

3. M (g/mol) สำหรับสารประกอบคือ: 12n + 2n.

4. เราคำนวณค่าเชิงปริมาณของอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลของเอทิลีนไฮโดรคาร์บอน

14 n=70, n=5 ดังนั้นโมเลกุลสูตรของสารมีลักษณะดังนี้: C₅H_10n.

ข้อมูลสำหรับปัญหานี้บอกว่าสารนี้ได้มาจากการคายน้ำของแอลกอฮอล์ระดับตติยภูมิ ดังนั้นจึงเป็นอัลคีน

จะสร้างอัลกอริธึมในการแก้ปัญหาได้อย่างไร? นักเรียนต้องรู้วิธีการรับตัวแทนของสารประกอบอินทรีย์ประเภทต่างๆ มีคุณสมบัติทางเคมีเฉพาะ

ตัวอย่างที่ 2

ลองระบุอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาโดยใช้ตัวอย่างอื่นจาก USE

ด้วยการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ของกรดอัลฟา-อะมิโนคาร์บอกซิลิก 22.5 กรัมในออกซิเจนในบรรยากาศ จึงสามารถรวบรวมคาร์บอนมอนอกไซด์ (4) และ 3.36 ลิตร (N. O.) ของไนโตรเจนได้ 13.44 ลิตร หาสูตรของกรดที่แนะนำ

ข้อมูลตามเงื่อนไข

• m_{(กรดอะมิโน) -22.5 g;}
• √_{(ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ) -13.44 ลิตร;}
• √_{(ไนโตรเจน) -3, 36 ปี}

สูตร

• m=Mn;
• √=√ _mn.

เราใช้อัลกอริธึมมาตรฐานในการแก้ปัญหา

หามูลค่าเชิงปริมาณของผลิตภัณฑ์ปฏิสัมพันธ์

_{(ไนโตรเจน})=0.15 โมล.

เขียนสมการเคมีลงไป (เราใช้สูตรทั่วไป) นอกจากนี้ ตามปฏิกิริยา เมื่อทราบปริมาณของสาร เราจะคำนวณจำนวนโมลของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิก:

x - 0.3 mol.

คำนวณมวลโมลาร์ของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิก

M_{(สารตั้งต้น )=m/n=22.5 g/0.3 mol=75 g/mol.}

คำนวณมวลโมลาร์ของต้นฉบับกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิกโดยใช้มวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ

M_{(กรดอะมิโน )=(R+74) g/mol.}

คำนวณไฮโดรคาร์บอนเรดิคัลทางคณิตศาสตร์

R + 74=75, R=75 - 74=1.

โดยการเลือก เราระบุความแตกต่างของอนุมูลไฮโดรคาร์บอน จดสูตรของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิกที่ต้องการ แล้วกำหนดคำตอบ

ดังนั้น ในกรณีนี้ มีเพียงอะตอมไฮโดรเจน เราจึงมีสูตร CH2NH2COOH (ไกลซีน).

คำตอบ: CH2NH2COOH.

ทางเลือกอื่น

อัลกอริธึมที่สองสำหรับการแก้ปัญหามีดังนี้

เราคำนวณนิพจน์เชิงปริมาณของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา โดยใช้ค่าของปริมาตรกราม

_{(คาร์บอนไดออกไซด์} )=0.6 mol.

เราจดกระบวนการทางเคมี ติดอาวุธด้วยสูตรทั่วไปของสารประกอบประเภทนี้ เราคำนวณโดยสมการจำนวนโมลของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิกที่ถ่าย:

x=0.62/in=1.2 /in mol

ต่อไป เราจะคำนวณมวลโมลาร์ของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิก:

M=75 ในกรัม/โมล

โดยใช้มวลอะตอมสัมพัทธ์ของธาตุ เราพบมวลโมลาร์ของกรดอะมิโนคาร์บอกซิลิก:

M_{(กรดอะมิโน )=(R + 74) g/mol.}

ให้มวลโมลาร์เท่ากันแล้วแก้สมการหาค่ารากเหง้า:

R + 74=75v, R=75v - 74=1 (เทค v=1)

เมื่อเลือกมาจะสรุปได้ว่าไม่มีสารไฮโดรคาร์บอนเรดิคัล ดังนั้นกรดอะมิโนที่ต้องการคือไกลซีน

ดังนั้น R=H จะได้สูตร CH2NH2COOH(ไกลซีน).

คำตอบ: CH2NH2COOH.

การแก้ปัญหาดังกล่าวด้วยอัลกอริธึมจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อนักเรียนมีทักษะทางคณิตศาสตร์พื้นฐานเพียงพอ

การเขียนโปรแกรม

อัลกอริธึมหน้าตาเป็นอย่างไร? ตัวอย่างการแก้ปัญหาด้านสารสนเทศและเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ต้องมีลำดับการดำเนินการที่ชัดเจน

เมื่อคำสั่งซื้อถูกละเมิด ข้อผิดพลาดของระบบต่างๆ เกิดขึ้นที่ไม่อนุญาตให้อัลกอริทึมทำงานทั้งหมด การพัฒนาโปรแกรมโดยใช้โปรแกรมเชิงวัตถุประกอบด้วยสองขั้นตอน:

• การสร้าง GUI ในโหมดภาพ
• การพัฒนาโค้ด

วิธีนี้ทำให้อัลกอริทึมสำหรับแก้ปัญหาการเขียนโปรแกรมง่ายขึ้นมาก

ด้วยตนเอง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจัดการกระบวนการที่ใช้เวลานานนี้

สรุป

อัลกอริธึมมาตรฐานสำหรับการแก้ปัญหาเชิงสร้างสรรค์แสดงไว้ด้านล่าง

นี่เป็นลำดับการกระทำที่ชัดเจนและเข้าใจได้ เมื่อสร้างมันขึ้นมา จำเป็นต้องเป็นเจ้าของข้อมูลเริ่มต้นของงาน สถานะเริ่มต้นของอ็อบเจกต์ที่อธิบายไว้

เพื่อเน้นขั้นตอนของการแก้ปัญหาของอัลกอริทึม สิ่งสำคัญคือต้องกำหนดวัตถุประสงค์ของงาน เพื่อเน้นระบบของคำสั่งที่จะดำเนินการโดยผู้ดำเนินการ

ต้องสร้างอัลกอริธึมเป็นชุดคุณสมบัติเฉพาะ:

• ไม่ต่อเนื่อง (แบ่งเป็นขั้นๆ);
• เอกลักษณ์ (แต่ละการกระทำมีทางออกเดียว);
• แนวคิด;
• การแสดง

อัลกอริธึมจำนวนมากนั้นใหญ่มาก กล่าวคือ สามารถใช้เพื่อแก้ปัญหาที่คล้ายกันจำนวนมากได้

ภาษาโปรแกรมเป็นชุดกฎพิเศษสำหรับการเขียนข้อมูลและโครงสร้างอัลกอริธึม ปัจจุบันมีการใช้ในสาขาวิทยาศาสตร์ทั้งหมด สิ่งสำคัญคือความเร็ว หากอัลกอริทึมทำงานช้า ไม่รับประกันว่าจะมีการตอบสนองที่สมเหตุสมผลและรวดเร็ว อัลกอริทึมนั้นจะถูกส่งคืนเพื่อแก้ไข

เวลาดำเนินการของงานบางอย่างไม่ได้พิจารณาจากขนาดของข้อมูลที่ป้อนเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากปัจจัยอื่นๆ ด้วย ตัวอย่างเช่น อัลกอริธึมสำหรับการจัดเรียงจำนวนเต็มที่มีนัยสำคัญนั้นง่ายกว่าและเร็วกว่า โดยมีเงื่อนไขว่ามีการจัดเรียงเบื้องต้นแล้ว