基于大语言模型与知识图谱的合金成分辅助设计方法

本发明涉及一种基于大语言模型与知识图谱的合金成分辅助设计方法，属于计算机辅助设计与新兴软件。

背景技术：

1、当前，合金成分辅助设计软件通常基于离散数值数据训练机器学习模型，并建立合金成分质量百分比与物理性能指标之间的对应关系，以求解候选组分的取值范围，随着合金体系的维度和复杂程度提高，现有离散数值表格容易受到数据稀疏和样本数量不足的限制，与此同时，大量有关相变动力学、晶界钉扎机制以及元素间协同、拮抗作用的知识仍分散在文献文本中，常规的欧氏空间数值回归算法无法直接解析非结构化知识，也难以将其与数值数据共同用于计算，因此，现有合金成分辅助设计软件在处理高维复杂合金设计问题时，仍面临数据表示和融合方面的瓶颈。

2、在复杂材料的参数设计与求解过程中，传统数据表示算法通常将向量空间视为平坦的欧氏空间，并采用连续、平滑的插值方式对不同特征进行对齐，但是，合金成分与物理性能之间往往存在明显的非线性关系和临界突变，当某一元素的添加量跨越临界溶界线时，微观相态可能发生阶跃式变化，若仍采用平滑插值，容易将相变临界处原本不连续的变化处理成连续变化，这样一来，软件在已知数据范围之外进行外推搜索时，可能得到数学上连续、但不符合实际物理规律的结果，进而输出违反相稳定性规律的无效参数推荐，而且整个计算过程也难以给出清楚的逻辑推导路径。

3、因此，如何在新兴软件与信息技术服务体系下，从软件算法层面改进高维异构特征的空间表示和投影方式，消除平滑插值造成的不符合相变规律的异常计算结果，并建立符合物理规律的闭环校验和逻辑可追踪的推演路径，以提高计算机辅助设计软件在设计建模和参数求解过程中的稳定性，仍是需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种基于大语言模型与知识图谱的合金成分辅助设计方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，利用自然语言处理模型在文献与专利文本中提取元素、微观相态与性能指标的三元组，构建异构知识图谱，调取预设的相图规则矩阵消除异构知识图谱中的逻辑冲突关系边；

3、步骤s2，采用图嵌入算法生成异构知识图谱的机理向量，将输入的合金成分与性能数值表格映射为数值向量，将机理向量映射至局部黎曼切空间求解切线主导矩阵，对数值向量进行协方差正交分解获取主成分方向，构建正交切空间协同投影矩阵，约束主成分方向与切线主导矩阵的正交投影分量，并在优化损失函数中接入相图规则矩阵限制的相变边界惩罚因子，当数值向量逼近相变溶界线时，计算高阶惩罚梯度以在协同表征空间中构建高阻抗惩罚边界；

4、步骤s3，将接收到的目标性能指令转化为协同表征空间中的目标向量，基于图搜索算法在协同表征空间中搜寻最佳机理路径，计算最佳机理路径上的正交逆投影矩阵，解码求解得到各元素质量百分比参数；

5、步骤s4，将解算出的各元素质量百分比参数输入反向预测模型生成反向关系集合，提取最佳机理路径对应的三元组关系集合作为正向关系集合，计算正向关系集合与反向关系集合的拓扑重合度系数，当拓扑重合度系数不低于0.85时，输出各元素质量百分比推荐参数以及对应的正向推导图拓扑链条。

6、优选的，步骤s1中利用自然语言处理模型在文献与专利文本中提取元素、微观相态与性能指标的三元组，具体包括：利用预先在材料领域语料库上微调的自然语言处理模型扫描输入的非结构化文本，采用字符级注意力机制定位元素实体与性能指标实体的物理依存关系，抽取得到元素、微观相态与性能指标的三元组；调取预设的相图规则矩阵消除异构知识图谱中的逻辑冲突关系边，具体包括：调取预设的热力学相图规则矩阵扫描异构知识图谱，当识别到图中存在违背相不稳定性拓扑规则的关系边时，剔除关系边或将其逻辑权重置零。

7、优选的，步骤s2中采用图嵌入算法生成异构知识图谱的机理向量，具体为：采用平移变换图嵌入算法将异构知识图谱中的节点与关系映射至连续低维向量空间，生成机理向量；将输入的合金成分与性能数值表格映射为数值向量，具体为：将输入的合金成分与性能数值表格输入多层感知网络，提取出作为连续数值特征向量的数值向量。

8、优选的，步骤s2中构建正交切空间协同投影矩阵并在优化损失函数中接入相图规则矩阵限制的相变边界惩罚因子，包括以下步骤：步骤s21，计算机理向量在局部黎曼切空间下的切线主导矩阵，同时对数值向量进行协方差正交分解获取主成分方向；步骤s22，基于切线主导矩阵与主成分方向构建正交切空间协同投影矩阵，约束主成分方向在切空间变换下与切线主导矩阵的正交投影分量最小化；步骤s23，在联合损失函数中接入由热力学相图规则决定的相变边界惩罚因子，当数值向量逼近相变溶界线时，相变边界惩罚因子呈现阶梯式数值剧增，放大该临界区域在协同表征空间中的几何距离，构建高阻抗惩罚边界；步骤s24，基于联合损失函数更新正交切空间协同投影矩阵，训练收敛得到协同表征空间。

9、优选的，步骤s3中基于图搜索算法在协同表征空间中搜寻最佳机理路径，具体包括：在协同表征空间中检索从目标向量连接至候选元素节点向量的优化机理路径，并在寻优过程中激活元素交互阻尼张量，当搜寻路径当前采样的元素组合在异构知识图谱中被标记为存在相不稳定性拮抗关系时，元素交互阻尼张量自动削减该路径的权重积分；搜索完成后，获取累计权重最高的路径作为最佳机理路径。

10、优选的，步骤s3中计算最佳机理路径上的正交逆投影矩阵，解码求解得到各元素质量百分比参数，具体包括：对最佳机理路径上的节点向量集合，采用正交切空间协同投影矩阵的正交逆投影矩阵计算节点向量解码，求解出满足目标性能约束的各元素质量百分比取值区间；其中，正交逆投影矩阵用于将协同表征空间中的低维向量逆向变换回欧几里得数值特征空间。

11、优选的，当拓扑重合度系数小于0.85时，将差异关系集合转化为惩罚向量反馈至步骤s3重新搜寻路径的过程，具体包括：将差异关系集合中的缺失边与冗余边映射为高维惩罚梯度，叠加至协同表征空间中的路径权重矩阵中，更新搜索空间的采样概率分布，触发迭代寻优直至拓扑重合度系数达到0.85及以上。

12、优选的，步骤s4中输出各元素质量百分比推荐参数以及对应的正向推导图拓扑链条，具体包括：在图形界面上渲染输出包含各元素质量百分比推荐中值的成分推荐表，并同步可视化绘制包含目标性能、微观强化机制以及关键元素调控节点的可解释决策拓扑图链条。

13、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

14、1、在大语言模型与知识图谱的合金成分辅助设计中，将文献中的材料机理知识与合金成分、性能数值共同映射到协同表征空间，并利用相图规则对不符合相稳定性规律的关系和搜索方向进行限制，由此能够保留相变临界处原本存在的突变特征，避免平滑插值将相变边界错误地处理为连续变化，减少软件在未知参数区域产生不符合物理规律的候选结果，提高参数搜索过程的收敛稳定性和推荐结果的可信度。

15、2、本发明在最佳机理路径的搜索过程中，根据元素之间的相不稳定性拮抗关系降低相应路径的权重，并通过正交逆投影矩阵求解候选组分的取值范围，这样可以使软件在多元素组合设计过程中主动避开容易引起相不稳定的成分组合，在无须人工逐项排查的情况下完成候选参数求解，降低复杂合金成分搜索过程中的发散风险。

16、3、本发明通过对推荐组分的正向推导结果和反向预测结果进行拓扑重合度校验，并将两者之间的差异反馈至路径搜索过程，当校验结果不符合要求时，软件能够继续调整候选参数；当校验结果达到要求时，能够同步给出推荐组分及其对应的性能、微观相态、强化机理和关键元素之间的推导关系，由此可以对推荐结果的物理自洽性进行闭环验证，避免仅输出离散数值而缺乏推导依据，提高合金成分辅助设计过程的逻辑推导可追溯性与输出结果可信度。