本书系统介绍了环境科学领域的统计与建模方法，共分为九章。第一章和第二章概述定量结构-活性关系(QSAR)研究的理论基础与基本原理；第三至五章分别讲解ChemOffice、Gaussian和GaussView程序的使用方法，包括其安装流程、操作界面说明及具体应用操作步骤；第六章重点介绍QSAR模型构建方法，涵盖回归与相关分析、线性回归方程的参数估计方法及原理，并详解SPSS软件的专业术语、多元线性回归分析流程以及结果解读；第七章阐述机器学习分析和IBMSPSSModeler程序的使用方法，具体说明四种常用的机器学习方法及其实现步骤；第八章探讨3D-QSAR建模方法，简要介绍分子形状分析等典型方法并比较其优劣；第九章提供QSAR应用实例，包括2D-QSAR模型构建与验证、前线分子轨道理论和赝坐标法计算反应活化能与机理分析，以及3D-QSAR模型构建和机理解释等经典案例。通过学习，读者可熟练运用ChemOffice、Gaussian、GaussView、SPSS等软件获取分子结构参数、构建和评价QSAR模型，掌握赝坐标法计算反应过渡态和活化能的基本方法，进而探究有机污染物宏观性质与微观分子结构之间的内在联系。
样章试读
目录
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前言
第一章 绪论 1
第一节 建模在环境污染物性质研究中的意义和作用 1
第二节 QSAR研究的理论基础 2
一、直链烷烃沸点及熔点随碳原子数的变化规律 2
二、部分多氯二苯并二噁英的毒性与分子结构的关系 3
三、部分多氯联苯醚的液体蒸气压PL 与分子结构参数的相关性 4
第三节 QSAR研究的总体思路 5
习题 6
第二章 QSAR相关的基本原理 7
第一节 QSAR概述 7
一、QSAR发展历程 7
二、QSAR模型构建和使用准则 8
三、QSAR研究的步骤 10
第二节 有机污染物的分子结构表征 12
第三节 有机污染物的经验描述符 14
一、疏水性描述符 14
二、电性描述符 15
三、立体描述符 16
第四节 有机污染物的理论计算描述符 16
一、组成描述符 16
二、拓扑描述符 17
三、几何描述符 18
四、电荷相关描述符 19
五、量子化学参数 19
六、三维描述符 21
第五节 经典QSAR建模方法 22
一、正辛醇-水分配系数法 22
二、线性自由能关系法 22
三、线性溶剂化能相关法 23
四、分子连接性指数法 25
五、基团贡献法 25
第六节 常用数理统计分析建模方法 27
一、多元线性回归 27
二、主成分回归 27
三、偏最小二乘法 28
习题 28
第三章 ChemOffice程序的使用 29
第一节 ChemOffice程序及其安装流程简介 29
一、ChemOffice程序简介 29
二、ChemOffice程序安装流程简介 30
第二节 ChemDraw简介 32
一、标题栏 33
二、菜单栏 33
三、工具栏 37
四、工具图标栏 37
第三节 ChemDraw软件 39
一、绘制化学结构式 39
二、文本工具的操作 41
三、绘制反应方程式 43
四、绘制实验装置图 44
五、ChemDraw与Word的关联使用 44
六、ChemDraw的拓展使用 45
第四节 Chem3D软件 47
一、Chem3D软件介绍 47
二、Chem3D软件主界面 48
三、Chem3D软件的使用 50
第五节 ChemFinder软件 56
一、ChemFinder软件介绍 56
二、ChemFinder软件菜单栏 57
三、ChemFinder软件的使用 59
习题 68
第四章 Gaussian程序的使用 69
第一节 Gaussian程序及其安装流程简介 69
一、Gaussian程序介绍 69
二、Gaussian程序安装流程简介 70
三、Gaussian09程序主界面 72
第二节 Gaussian计算方法和关键词 72
一、Gaussian程序的计算方法 72
二、Gaussian程序的关键词 73
三、Gaussian程序的基组 74
第三节 输入文件的格式及构建 75
一、输入文件的格式 75
二、输入文件的构建 77
第四节 Gaussian程序的运行及输出文件解读 81
一、Gaussian程序运行 81
二、Gaussian输出文件的结构与内容解读 81
第五节 量子化学参数的物理意义和查找 88
一、计算得到量子化学参数的物理意义 88
二、对计算结果的检查 89
三、数据查找 91
习题 95
第五章 GaussView程序的使用 96
第一节 GaussView简介 96
一、GaussView程序安装流程简介 96
二、GaussView的界面及主要功能键的介绍 97
第二节 分子构建与递交计算 103
一、分子构建 103
二、递交计算 107
三、分子构建时的注意事项 108
四、数据查找与分析 109
习题 110
第六章 QSAR模型的构建 111
第一节 回归与相关 111
一、函数关系与统计关系 111
二、相关关系与回归关系 112
三、相关分析与回归分析 112
四、相关分析与回归分析的区别 113
五、相关分析与回归分析的主要内容 113
第二节 一元线性回归方程的建立和最小二乘法原理 114
一、一元线性回归方程的建立 114
二、最小二乘法原理 116
第三节 相关系数 119
一、相关系数的概念 119
二、相关系数的检验——t 检验 121
三、相关系数与回归系数的关系 123
四、标准偏差和相对标准偏差 123
第四节 多元回归和逐步回归 124
一、多元回归 124
二、逐步回归 126
第五节 Office Excel建模——最小二乘法 128
一、最小二乘法拟合数据 128
二、回归统计值说明 129
第六节 SPSS软件简介和使用——SPSS概述 130
一、常用的统计软件 130
二、SPSS概述 131
第七节 SPSS软件简介和使用——SPSS入门 131
第八节 SPSS软件简介和使用——SPSS数据录入和数据获取 135
一、数据的录入 135
二、外部数据的获取 140
第九节 SPSS软件简介和使用——SPSS多元线性回归分析方法 141
一、SPSS多元线性回归分析步骤 141
二、SPSS多元线性回归分析方法 142
三、SPSS多元线性回归分析自变量筛选 142
四、SPSS多元线性回归分析的检验 142
五、SPSS多元线性回归分析示例 144
习题 147
第七章 机器学习分析方法简介及IBM SPSSModeler程序的使用 149
第一节 机器学习分析建模方法 149
一、K最近邻法 149
二、随机森林 151
三、人工神经网络 153
四、支持向量机 155
第二节 IBM SPSSModeler软件机器学习算法使用简介 155
一、数据的录入 155
二、IBM SPSSModeler K最近邻法使用与注意事项 161
三、IBM SPSSModeler随机森林方法简介 166
四、IBM SPSSModeler人工神经网络分析方法 169
五、IBM SPSSModeler支持向量机分析方法及步骤 170
习题 175
第八章 3D-QSAR相关方法 176
一、引言 176
二、分子形状分析 176
三、距离几何算法 177
四、比较分子场分析 179
五、比较分子相似性指数分析 182
六、四种3D-QSAR方法的比较 183
习题 184
第九章 QSAR应用示例 185
第一节 2D-QSAR模型构建及验证 185
一、卤代苯的毒性与量化参数的QSAR研究 185
二、多种酚类化合物的反应性与量子化学参数的机器学习模型 194
三、大数据分析中的决策树算法(以XGBoost 模型为例) 202
第二节 化学反应位点及反应机理的判断与验证 209
一、前线分子轨道的图形显示和电荷密度计算 209
二、赝坐标法计算反应过渡态和活化能 220
第三节 3D-QSAR模型构建及机理阐释 231
一、羟基化多溴联苯醚和甲氧基化多溴联苯醚辛醇-空气分配系数的3D-QSAR研究 232
二、氟苯衍生物对青海弧菌毒性(-lg EC50)的3D-QSAR研究 238
三、黄酮对PIM-1激酶抑制活性的3D-QSAR研究 240
习题 244
习题解答 247
参考文献 263
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