摘要化学信息学（ChemicalInformatics，Chemoinformatics，Cheminformatics），是在信息科学与计算机科学、互联网高速发展的前提下近几年快速成长的化学化工与信息科学、计算机科学的边缘交叉学科利用计算机及网络技术对化学信息进行收集、处理加工、管理分析、传播以达到化学信息的共享的目的。化学信息学的实质是“从数据到知识”，随着化学信息的不断积累，化学信息学在化学及相关学科中必将发挥越来越重要的作用。本文对于化学信息学在过去几十年内发展的历史、发展现状以及未来发展趋势都做了充足的探讨。
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信息是什么？信息不是物质，因为它没有质量，看不见摸不着；信息也不是能量，因为它不能转化驱动其他物质。而其实一切物质都可以看做信息，一花一草，日升月落，春夏秋冬都是一种信息。某事物的信息，是它的运动状态、结构、性能和相互作用的规律以及运动状态
的改变，正如钟义信教授提出的信息本体论定义:“某事物的信息的本体论层次定义,就是该事物运动的状态和状态改变的方式”［1］。而化学信息，就是指在化学分子、化学过程中所表现反馈出来的化学方面的信息。
化学信息主要分为化学物质的化学信息和媒体形式的化学信息。前者是利用科学的原理和方法通过测量得到的化学成分的相关信息，如物质的物理、化学性质，物质中各成分的定性、定量以及结构信息,分子间的相互作用信息（包括化学反应信息）等。后者是化学信息的记录形式，如图书、期刊、专利、数据库以及音像资料等，通过化学信息的传播使化学家们共享测量的原理、方法及测量结果。
2化学信息学发展概况
2.1化学信息学的发展历史
化学信息学是一门以计算机技术、计算机网络技术、信息技术为基础的解决化学问题的学科，那么它的发展必然与计算机技术的发展密不可分。20世纪中后期，伴随着计算机的出现及其技术的高速发展，化学信息学也开始随之发展而起。1973年，NSTO高级研究所夏
季学校举办了一个研讨班，研讨班的名称定为“化学信息学的计算机表征与处理”，将大量采用计算机处理化学过程或用计算机技术分析化学信息的不同领域的科学家聚集在一起。由于他们都是利用计算机辅助化学研究，当聚在一起，他们意识到一个新的研究领域已经形成。从此计算机科学和信息学方法悄然进入化学领域。1987年，法国化学家列恩（J.MLehn）在研究复杂分子的反应过程中发现分子具有自组织、自识别的化学智能反应现象，识别的概念包含着信息的展示、传递、鉴别和响应等过程，列恩首次提出“化学信息学”的概念，这也就是化学信息学研究的开始。在列恩教授提出“化学信息学”的概念后，国外一些大学就开设了化学信息学课程并确定为研究生的研究方向。于是大量从事化学信息研究的个人、团体开始出现，化学信息学在这段时间内迅速发展。2000年，WendyA.Warr博士在第218节美国化学学会国家会议和博览会上做了一个关于“化学信息学的定义”的报告，将化学信息学的发展又一次推向高潮。进入新世纪后，随着计算机及网络技术的迅猛进步，计算机技术能解决的化学问题越来越多，学科研发所耗费的成本也逐渐降低，化学工作者因此获得大量而精确的以前未能得到的关于物质的各种化学信息，因此推动了这门学科迅猛发展。
2.2化学信息学定义的提出
关于化学信息学的定义，直到今天学术界还有很大争论，没有达成太多共识形成一个完整的定义。而在这门学科发展的不同时期，都有学者给“化学信息学”提出定义：
美国印第安那大学(IndianaUniversity)在国际上最早在化学图书馆科学的基础上开设化学信息课程及培养化学信息学研究生，他们把化学信息学定义为：化学信息学包括从利用传统的图书馆科学方法组织化学信息到利用现代计算机技术产生、存储、检索及可视化化学信息。
1998年FrankBrown提出一个定义：把各种化学信息源数据组合为信息，把信息提升为知识，其主要目的是在药物先导化合物的发现及优化领域快速地更好地作出决定。
1999年GregParis给出自己的定义：化学信息学是一个一般的术语，它包括化学信息的设计、建立、组织、管理、检索、分析、判别、可视化及使用。
2002年中国科技大学的邵学广等对化学信息学也提出过定义：化学信息学是近几年发展起来的一个新的化学分支，它利用计算机和计算机网络技术，对化学信息进行表示、管理、分析、模拟和传播，以实现化学信息的提取、转化与共享，揭示化学信息的内在实质与内在联系，促进化学学科的知识创新。
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2006年德国的JohannGasteiger提出一个广义的定义：化学信息学是利用信息学方法解决化学问题的学科。而这一定义也是目前传播较为广泛的定义华硕m5000［2］。
以上各种定义，FrankBrown所提出的太过于片面，他仅仅强调化学信息学在药物分子设计过程中所起到的作用，而没注意到这门学科的在化学领域的其他作用；GregParis提出的定义关于化学信息获取后的分析、整理及管理注重太多，而没注重化学信息的获取及应用方面；邵学广等人提出的定义很详尽，但注重计算机技术而没提及信息学方法在这过程中的作用。但不管如何定义这门学科，化学信息学必定是一门新的化学分支学科，它结合计算机技术、信息学方法于一体，着重于研究物质分子所展现的信息。
3化学信息学发展现状
3.1化学信息学研究的内容
关于化学信息学研究的内容，学术界内各自有不同的看法和意见，但归根到底他们的意见其实是一致的。比如说北大教授徐筱杰认为化学信息学研究的主要内容是：(1)化学信息的组织、管理、检索和使用；(2)分子结构的编码、描述、三维结构的构建；(3)化学信息的加
工、处理及深化；(4)计算组合化学；(5)化学体系中信息的交换及传递；(6)分子的物理化学性质预测［3］。而在邵学广、蔡文生等教授看来，化学信息学研究的是：(1)利用计算机技术和计算机网络技术对化学信息进行表示和管理,包括化合物的结构编码、分子图形学、虚拟真实(VirtualReality)技术、数据库、专家系统与人工智能等;(2)利用计算机网络技术对化学信息进行收集、传播和共享,主要包括利用各种Internet服务进行的化学信息交流和共享,如基于E-mail服务的通信讨论组、基于Gopher、WWW的化学信息数据库、化学信息服务网站以及虚拟社区等;(3)化学体系的计算机模拟或建模,包括波谱模拟、电化学模拟以及分子模拟;(4)利用计算机技术对复杂的化学信息进行解析,以快捷方便的方式最大限度地提取和利用有用信息,主要包括将各种化学计量学方法用于复杂体系化学信号的处理,进行化学信号的平滑滤噪、基线矫正、信号分辨等［4］。其实可以说前后两者的观点基本是一致的，例如前者观点中的第（1）、（3）、（5）两点都讲的是关于化学信息的获取及获取之后的加工处理组织管理等，这与后者观点中的（1）、（2）、（4）点内容相似；而前者的（2）中与后者（3）中的内容一致性更是一目了然，都是对分子结构的各种模拟以及建模。
由于化学信息学在伴随着近几年技术的飞速发展也发展极其迅猛，化学信息学研究的范围不断扩大，内容也逐渐增多，目前学科内研究的主要内容有所改变，但总的大方向总是不变的。
1、化合物登记（compoundregistration）。顾名思义，就是指将每一个化合物的化学结构及相关信息，如立体化学参数、相关光谱数据（如NMR、MS等）、纯度数据、各种生物活性测定数据等存储在数据库中，使得方便存取、搜索调用。
2、构效关系(structure-activityrelationship,SAR)。指应用各种化学软件，使用各种化学计量学方法（如多元线性回归分析方法等），计算分子描述子（或分子参数，分子描述符），建立各种构效关系模型，并使用各种检验方法（如交叉检验、分组检验等）检验模型是否合适，从而研究化学结构与生理作用或生物活性间的关系预测化合物的性质，指导设计出具有更高活性的化合物，最终提高设计分子的成功率。
3、虚拟数据库组装技术（virtualdatabaseassembly）。通过计算化学结合各种基元化学分子结构和片段，虚拟合成大量的候选化合物，组装、存储在虚拟数据库中，然后在这个虚拟数据库中筛选合适的的目标化合物分子。遗传算法(geneticalgorithm,GA)在其中是一个
重要工具。遗传算法是基于生物进化理论的随机全局搜索方法，包含交叉操作、变异操作、遗传操作，能对一个虚拟数据库中各个计算化学性质特性值进行优化以达到最优化。
4、数据库挖掘技术（databasemining）。根据化合物分子的2D或3D相似性度量、分子形状、化合物分子构架或根据受体和配体之间的三维结构等特性从数据库中的大量候选分子中寻、筛选出需要的化合物分子。挖掘技术的效果根据对化合物分子结构包括分子三维结构、化合物特性等的认识的完整度，以及挖掘工具的特性如挖掘速度等。
5、统计方法和技术。统计方法包括主成分分析、因子分析等，在统计学上用于分子描述因子的降维，从而可以更加简单有效地表述分子信息并降低计算的复杂程度，使计算更加快捷方便。
3.2化学信息学在药物分子设计中的应用
业务流程重组当下化学信息学在化工、材料科学、药物分子设计等多个领域都有着广泛的应用，如在化工领域，化学信息学可以用来进行对反应条件的优化以及催化剂的筛选等；在材料科学领域，化学信息学可以用来进行分子模拟与设计，并筛选出合适的分子以合成性能更加优质
售检票系统的材料；在药物分子设计领域，可以用来进行分子模拟、虚拟合成、虚拟筛选等。正如当年FrankBrown给化学信息学所下的定义：毛亚琪罗兰巴尔特把各种化学信息源数据组合为信息，把信息提升为知识，其主要目的是在药物先导化合物的发现及优化领域快速地更好地做出决定。早在十几年前他就意识到化学信息学在药物分子设计，药物开发研究中的巨大作用。而目前这门学科在新型药物的开发研究中的地位的重要性无人否定。
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