Question

对于学校的化学项目，我想计算所有可能的分子式组合的分子量，包括碳（1个原子到100），氧气（1到50），氢气（1到200），氮气（ 1到20）和硫（1到10）并将结果保存在一个载体中，并将相应的分子式字符串保存在另一个载体中。质量是数值：12,16,1,14和32.字符串是＆＃34; C＆＃34;，＆＃34; O＆＃34;，＆＃34; H＆＃34;，＆＃34; N＆＃34;，＆＃34; S＆＃34;。

我想从字符串和相应的质量中删除无意义的分子式，如C1 O100 H0 N20 S10。因此更具体地说，只留下0到1之间的O / C关系，2和1之间的H / C关系，0和0.2之间的N / C关系以及0和0.1之间的S / C关系。

有没有一种简单的方法可以做到这一点，是使用for循环的唯一方法还是有更快的方法（可能是数组？）以及如何考虑分子关系？

对于解决此问题的一些想法或基本代码会有所不满。

..所以@Gregor在创建整个列表之前排除那些没有意义的原子关系可能会更好吗？ @Barker是像氮这样的原子应该从0到最大。我是R的新手，所以当我尝试循环时，我最终计算出最后一个值...（减少了维数）。

z=matrix(0,1,5*20*10*2*2)
C=12
O=16
H=1
N=14
S=32

for( u in 1:length(z)) {
 for(i in 1:5) {
  for (j in 1:20) {
    for(k in 1:10 ) {
     for(l in 0:1) {
       for(m in 0:1){

z[1,u] <- C*i+H*j+O*k+N*l+S*m

     }
    }
   }
  }
 }
}

有谁知道这里的错误在哪里？

Answer 1

expand.grid是开始生成组合的好地方。例如，要创建一个包含H和C组合的data.frame，您可以执行此操作

mol = expand.grid(C = 1:3, H = 1:4)
mol
#    C H
# 1  1 1
# 2  2 1
# 3  3 1
# 4  1 2
# 5  2 2
# 6  3 2
# 7  1 3
# 8  2 3
# 9  3 3
# 10 1 4
# 11 2 4
# 12 3 4

您也可以添加expand.grid中的其他元素，并将输入调整为1:200或您想要的多少。如果您的计算机有足够的内存，您将能够创建问题中指定的10MM行数据框 - 尽管这是非常大的。如果你可以将组合总数减少到1MM，你的记忆就会容易得多。

下一步是删除不符合比率标准的行。这是一个例子，以确保H的数量是C的数量的1到2倍：

mol = mol[mol$H >= mol$C & mol$H <= 2 * mol$C, ]
mol
#    C H
# 1  1 1
# 4  1 2
# 5  2 2
# 8  2 3
# 9  3 3
# 11 2 4
# 12 3 4

对所有条件重复这样的步骤。

最后，您可以计算权重并将其放入新列：

mol$weight = with(mol, C * 12 + H * 1)
mol
#    C H weight
# 1  1 1     13
# 4  1 2     14
# 5  2 2     26
# 8  2 3     27
# 9  3 3     39
# 11 2 4     28
# 12 3 4     40

您可以使用矩阵乘法进行权重计算，但不需要使用少量可能的元素。如果您有20个或更多可能的输入元素，那么这样做是有意义的。

奖金！可以使用paste或paste0：

创建公式

mol$formula = paste0("C", mol$C, " H", mol$H)
mol
#    C H weight formula
# 1  1 1     13   C1 H1
# 4  1 2     14   C1 H2
# 5  2 2     26   C2 H2
# 8  2 3     27   C2 H3
# 9  3 3     39   C3 H3
# 11 2 4     28   C2 H4
# 12 3 4     40   C3 H4

当然，其中大部分仍然没有化学意义 - C1 H1并不是真正存在的东西，但也许你可以想出更聪明的条件来摆脱更多的不可能性！

从某些元素的质量计算分子式

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