解析分子并获取原子数的程序介绍

这个程序的主要目的是解析化学分子式，然后获取每一个元素的原子数。该程序可以帮助我们简化化学的计算过程，例如在化学反应中需要计算每个元素的摩尔质量和反应物和产物中的原子数等。

程序设计

该程序主要由以下两个步骤组成：

1. 解析分子式：解析分子式的任务是将分子式拆分成元素和相应的系数。例如，化学分子式H2O需解析为{H: 2, O: 1}。
2. 计算原子数：计算原子数的任务是将元素和相应的系数相乘，然后将结果加总以返回原子数的总数。

解析分子式

为了解析分子式，我们首先需要根据元素的名称和相应的符号来构建一个元素字典。我们可以使用Python的字典数据类型来实现这一点，其中元素名称作为键，元素符号作为值。例如，我们构建的元素字典可能如下所示：

elements = {
    'hydrogen': 'H',
    'carbon': 'C',
    'oxygen': 'O'
    #...
}

有了元素字典和分子式，我们现在可以使用正则表达式来匹配分子式。我们需要使用一个正则表达式来捕获每个元素和相应的系数。例如，分子式CH2O应该被解析为{C: 1, H: 2, O: 1}。这里我们可以使用正则表达式r"([A-Z][a-z])(\d)"来捕获每个元素的名称和相应的系数。该正则表达式将匹配一个大写字母（元素符号）并紧随其后的零个或多个小写字母（元素名称）。然后，它捕获一个可选的数字，该数字是该元素的系数。如果未提供该系数，则将其默认为1。最后，我们可以使用一个列表推导式来获取每个元素和相应的系数：

import re

def parse_formula(formula):
    pattern = r"([A-Z][a-z]*)(\d*)"
    elements = re.findall(pattern, formula)
    return {element[0]: int(element[1] or 1) for element in elements}

re.findall方法将返回所有匹配的元组的列表。元组中的第一个元素是元素的名称，第二个元素是该元素的系数。我们可以使用列表推导式将每个元组转换为字典中的一个元素，并使用int(element[1] or 1)来将未提供系数的元素的系数默认为1。

计算原子数

有了分解后的分子式，我们现在可以计算每个元素的原子数。我们将遍历分子式中的每个元素，并将其系数乘以元素对应的原子数量，然后将其加到一个总和中。为了获得元素的原子数，我们可以使用元素周期表中各元素的原子量。例如，氧原子量为15.9994。

我们可以将元素周期表转换为Python字典，其中元素符号作为键，元素原子量作为值。例如：

atomic_weights = {
    'H': 1.00784,
    'C': 12.0107,
    'O': 15.9994
    #...
}

然后可以使用以下代码来计算每个元素的原子数，并将计算的结果加到一个总和中：

def compute_atoms(formula):
    atoms = parse_formula(formula)
    total = 0
    for element, coefficient in atoms.items():
        atomic_weight = atomic_weights[element]
        total += coefficient * atomic_weight
    return total

在这个函数中，我们首先解析分子式以获得每个元素的系数。接下来，我们遍历所有元素并计算每个元素的原子数，所以我们将使用atoms.items()迭代器。在每次循环中，我们可以使用元素符号从atomic_weights字典中获取该元素的原子量，并将其乘以元素系数。我们将这个值加到total中并最终返回它。

返回 markdown 格式

解析分子式

import re

def parse_formula(formula):
    '''
    解析化学分子式为元素和相应的系数
    '''
    pattern = r"([A-Z][a-z]*)(\d*)"
    elements = re.findall(pattern, formula)
    return {element[0]: int(element[1] or 1) for element in elements}

该函数使用正则表达式匹配化学分子式并提取元素和相应的系数。

计算原子数

def compute_atoms(formula):
    '''
    计算化学分子式的原子数
    '''
    atomic_weights = {
        'H': 1.00784,
        'C': 12.0107,
        'O': 15.9994
        #...
    }

    atoms = parse_formula(formula)
    total = 0
    for element, coefficient in atoms.items():
        atomic_weight = atomic_weights[element]
        total += coefficient * atomic_weight
    return total

该函数使用元素和相应的系数计算化学分子式的原子数。

结论

这个程序的主要目的是解析化学分子式，并获取每一个元素的原子数。程序从化学分子式中提取元素和系数，并利用元素周期表中各元素的原子量来计算分子式中的原子总数。