‘壹’ 伪·从零开始学算法 - 1.2 算法的历史
我在写1.1节的时候本来是要写这个的，但是突然就忘了……就作为一节来写吧。
顺便说一下，1946年的今天，世界上第一台通用电脑——电子数值积分计算机在美国宾夕法尼亚大学正式启用，就是那个ENIAC。
别只想着情人节，要不是几十年来科技的进步，你们才没机会在朋友圈、空间什么的大秀恩爱。
中文的“算法”一词至少在唐代就出现了，在此之前也有“术”“算术”等词，最早出现在《周髀算经》《九章算术》。而且，“算法”一词的含义从古到今几乎没有发生变化。
英文的“算法”（algorithm）一词来源于9世纪波斯数学家花拉子米（al-Khwārizmī，780?~850?）——就是那个解决一次方程及一元二次方程的方法的人。花拉子米的拉丁文译名是“Algoritmi”。英文对“算法”原译为“algorism”，意思是花拉子米的运算法则，在18世纪演变为“algorithm”。这个词出现于12世纪，指的是用阿拉伯数字进行算术运算的过程。
对于算筹、算盘的操作的方法，我不知道是否属于算法。
约公元前300年记载于《几何原本》中的辗转相除法（欧几里得算法）被人们认为是史上第一个算法，可以求两数的最大公约数。直到今天，它还有很大的用途。
《九章算术》给出了四则运算、最大公约数、最小公倍数、开平方根、开立方根、求素数的埃拉托斯特尼筛法，线性方程组求解的算法。
三国时代的刘徽给出求圆周率的算法：刘徽割圆术，比阿基米德割圆术得出的结果更加精确。祖冲之使用该方法将圆周率的准确值计算到了3.1415926和3.1415927之间，保持了世界最准确圆周率达900年之久。
唐代以来，历代更有许多专门论述“算法”的专着。宋代的秦九韶提出的秦九韶算法，直到今天仍是多项式求值比较先进的算法。
在9世纪的阿拉伯世界，花拉子米写成《代数学》，其对解决一次方程及一元二次方程的方法催生了代数——大家熟知的求多元（尤其是二元）一次方程和一元二次方程的解法就来源于此。700多年后，三次方程、四次方程的求根公式才被得出。
牛顿于1671年提出的牛顿法，相比于二分法可以更快速地求函数的根或者是函数的极值。
17世纪起，早期的机械计算机出现了。从加法到傅里叶变换，它们的功能越来越强大。
工业革命带来了纺织业的变革，出现了可以自动织出带花纹的布的织布机，它们使用打孔卡输入指令。这种设计也被英国数学家查尔斯·巴贝奇设计的分析机使用。
拜伦的女儿爱达·勒芙蕾丝（Ada Byron；Ada, Countess of Lovelace）于1842年为这个想象中的机器编写求解伯努利微分方程的程序，因此爱达·勒芙蕾丝被大多数人认为是 世界上第一位程序员 。但是，这个机器因为种种原因，直到巴贝奇去世也没有被真正地制造出来。
后来的数学家对算法的贡献大多在于数理逻辑的构建上，在此我因为知识缺乏，看不懂资料，不便讲述。感兴趣的话可以看一下参考资料。
20世纪的英国数学家图灵提出了着名的图灵论题，并提出一种假想的计算机的抽象模型，这个模型被称为图灵机。图灵机的出现解决了算法定义的难题，图灵的思想对算法的发展起到了重要的作用。
在此之后，算法更偏向于计算机科学领域，各种解决不同问题的算法也层出不穷，涉及排序、统计、线性规划、搜索、压缩等方面。
到了现在，随着人工智能和机器学习的发展，涉及到神经网络的算法变得越发重要。
The Best of the 20th Century: Editors Name Top 10 Algorithms
http://www.uta.e/faculty/rcli/TopTen/topten.pdf
‘贰’ 什么是算法，都什么，举个例子，谢谢
根据我个人的理解：
算法就是解决问题的具体的方法和步骤，所以具有以下性质：
1、有穷性： 一个算法必须保证执行有限步之后结束（如果步骤无限，问题就无法解决）
2、确切性：步骤必须明确，说清楚做什么。
3、输入：即解决问题前我们所掌握的条件。
4、输出：输出即我们需要得到的答案。
5、可行性：逻辑不能错误，步骤必须有限，必须得到结果。
算法通俗的讲：就是解决问题的方法和步骤。在计算机发明之前便已经存在。只不过在计算机发明后，其应用变得更为广泛。通过简单的算法，利用电脑的计算速度，可以让问题变得简单。
譬如：计算 1×2×3×4。。。。×999999999×1000000000
如果人为计算，可想而知，即使你用N卡车的纸张都很难计算出来，即使算出来了，也很难保证其准确性。
如果用VB算法：
dim a as integer
a=1
For i =1 to 1000000000
a=a*i
next i
input a
就这样，简单的算法，通过计算机强大的计算能力，问题就解决了。
关于这段算法的解释：i每乘一次，其数值都会增大1，一直乘到1000000000，这样，就将从1到1000000000的每个数都乘了。而且每乘一次，就将结束赋给a,这样，a就代表了前面的相乘的所有结果，一直乘到1000000000。最后得到的a，就是我们想要的。
〓以下是网络复制过来的，如果你有足够耐心，可以参考一下。
算法（Algorithm）是一系列解决问题的清晰指令，也就是说，能够对一定规范的输入，在有限时间内获得所要求的输出。如果一个算法有缺陷，或不适合于某个问题，执行这个算法将不会解决这个问题。不同的算法可能用不同的时间、空间或效率来完成同样的任务。一个算法的优劣可以用空间复杂度与时间复杂度来衡量。
算法可以理解为有基本运算及规定的运算顺序所构成的完整的解题步骤。或者看成按照要求设计好的有限的确切的计算序列，并且这样的步骤和序列可以解决一类问题。
一个算法应该具有以下五个重要的特征：
1、有穷性： 一个算法必须保证执行有限步之后结束；
2、确切性： 算法的每一步骤必须有确切的定义；
3、输入：一个算法有0个或多个输入，以刻画运算对象的初始情况，所谓0个输入是指算法本身定除了初始条件；
4、输出：一个算法有一个或多个输出，以反映对输入数据加工后的结果。没有输出的算法是毫无意义的；
5、可行性： 算法原则上能够精确地运行，而且人们用笔和纸做有限次运算后即可完成。
计算机科学家尼克劳斯-沃思曾着过一本着名的书《数据结构十算法= 程序》，可见算法在计算机科学界与计算机应用界的地位。
[编辑本段]算法的复杂度
同一问题可用不同算法解决，而一个算法的质量优劣将影响到算法乃至程序的效率。算法分析的目的在于选择合适算法和改进算法。一个算法的评价主要从时间复杂度和空间复杂度来考虑。
时间复杂度
算法的时间复杂度是指算法需要消耗的时间资源。一般来说，计算机算法是问题规模n 的函数f(n)，算法的时间复杂度也因此记做
T(n)=Ο(f(n))
因此，问题的规模n 越大，算法执行的时间的增长率与f(n) 的增长率正相关，称作渐进时间复杂度（Asymptotic Time Complexity）。
空间复杂度
算法的空间复杂度是指算法需要消耗的空间资源。其计算和表示方法与时间复杂度类似，一般都用复杂度的渐近性来表示。同时间复杂度相比，空间复杂度的分析要简单得多。
详见网络词条"算法复杂度"
[编辑本段]算法设计与分析的基本方法
1.递推法
递推法是利用问题本身所具有的一种递推关系求问题解的一种方法。它把问题分成若干步，找出相邻几步的关系，从而达到目的，此方法称为递推法。
2.递归
递归指的是一个过程：函数不断引用自身，直到引用的对象已知
3.穷举搜索法
穷举搜索法是对可能是解的众多候选解按某种顺序进行逐一枚举和检验，并从众找出那些符合要求的候选解作为问题的解。
4.贪婪法
贪婪法是一种不追求最优解，只希望得到较为满意解的方法。贪婪法一般可以快速得到满意的解，因为它省去了为找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间。贪婪法常以当前情况为基础作最优选择，而不考虑各种可能的整体情况，所以贪婪法不要回溯。
5.分治法
把一个复杂的问题分成两个或更多的相同或相似的子问题，再把子问题分成更小的子问题……直到最后子问题可以简单的直接求解，原问题的解即子问题的解的合并。
6.动态规划法
动态规划是一种在数学和计算机科学中使用的，用于求解包含重叠子问题的最优化问题的方法。其基本思想是，将原问题分解为相似的子问题，在求解的过程中通过子问题的解求出原问题的解。动态规划的思想是多种算法的基础，被广泛应用于计算机科学和工程领域。
7.迭代法
迭代是数值分析中通过从一个初始估计出发寻找一系列近似解来解决问题（一般是解方程或者方程组）的过程，为实现这一过程所使用的方法统称为迭代法。
[编辑本段]算法分类
算法可大致分为基本算法、数据结构的算法、数论与代数算法、计算几何的算法、图论的算法、动态规划以及数值分析、加密算法、排序算法、检索算法、随机化算法、并行算法。
[编辑本段]举例
经典的算法有很多，如："欧几里德算法"。
[编辑本段]算法经典专着
目前市面上有许多论述算法的书籍，其中最着名的便是《计算机程序设计艺术》（The Art Of Computer Programming) 以及《算法导论》（Introction To Algorithms）。
[编辑本段]算法的历史
“算法”即算法的大陆中文名称出自《周髀算经》；而英文名称Algorithm 来自于9世纪波斯数学家al-Khwarizmi，因为al-Khwarizmi在数学上提出了算法这个概念。“算法”原为"algorism"，意思是阿拉伯数字的运算法则，在18世纪演变为"algorithm"。欧几里得算法被人们认为是史上第一个算法。 第一次编写程序是Ada Byron于1842年为巴贝奇分析机编写求解解伯努利方程的程序，因此Ada Byron被大多数人认为是世界上第一位程序员。因为查尔斯·巴贝奇(Charles Babbage)未能完成他的巴贝奇分析机，这个算法未能在巴贝奇分析机上执行。 因为"well-defined procere"缺少数学上精确的定义，19世纪和20世纪早期的数学家、逻辑学家在定义算法上出现了困难。20世纪的英国数学家图灵提出了着名的图灵论题，并提出一种假想的计算机的抽象模型，这个模型被称为图灵机。图灵机的出现解决了算法定义的难题，图灵的思想对算法的发展起到了重要作用的。
‘叁’ 各种RL算法
在现代RL空间中绘制精确的，无所不包的算法分类法真的很难，因为算法的模块性没有用树结构很好地表示。此外，为了使某些东西适合页面并且在介绍文章中可以合理地消化，我们必须省略相当多的更高级的材料（探索，转移学习，元学习等）。也就是说，我们的目标是：
1. 强调深度RL算法中最基本的设计选择，包括学习内容和学习方法，
2. 揭示这些选择中的权衡，
3. 并针对这些选择将一些突出的现代算法放入上下文中。
RL算法中最重要的分支点之一是 agent是否可以获得（或学习）环境模型的问题 。我们提到的环境模型，我们指的是一种预测状态转换和奖励的函数。
拥有模型的主要好处是， 它允许agent 通过提前思考，查看一系列可能的选择会发生什么，以及明确决定其选项 来进行规划 。然后， agent 可以将结果从提前计划中提取到学习策略中。这种方法的一个特别着名的例子是 AlphaZero 。当这种方法有效时，与没有模型的方法相比，它可以显着提高样本效率。
主要缺点是 agent通常无法获得环境的真实模型。 如果 agent 想要在这种情况下使用模型，它必须纯粹从经验中学习模型，这会产生一些挑战。最大的挑战是模型中的偏差可以被 agent 利用，从而导致 agent 在学习模型方面表现良好，但在真实环境中表现得次优（或非常可怕）。模型学习从根本上来说很难，所以即使是非常努力——愿意花费大量时间并对其进行计算——也无法获得回报。
使用模型的算法称为 基于模型 的方法，而不使用模型的算法称为 无模型 。虽然无模型方法放弃了使用模型的样本效率带来的潜在增益，但它们往往更容易实现和调整。截至撰写本简介（2018年9月）时，无模型方法比基于模型的方法更受欢迎，并且得到了更广泛的开发和测试。
RL算法中的另一个关键分支点是 要学习什么 的问题 。 通常可能的名单包括
1. 策略，无论是随机的还是确定的，
2. 动作值函数（Q函数），
3. 值函数，
4. 和/或环境模型。
使用无模型RL表示和训练agent有两种主要方法：
Policy Optimization - 策略优化. 此系列中的方法将策略明确表示为 。它们直接通过性能指标 上的梯度上升来优化参数 ，或者通过最大化 的局部近似来间接地优化参数 。此优化几乎总是以 on-policy 的方式运行，这意味着每个更新仅使用根据最新版本的策略执行时收集的数据。
策略优化通常还涉及学习on-policy值函数 的近似值 ，用于确定如何更新策略。策略优化方法的几个例子是：
1. A2C / A3C ，执行梯度上升以直接最大化性能，
2. 和 PPO ，其更新间接地最大化性能，通过最大化替代 目标函数 ，该函数给出保守估计 将由于更新而改变多少。
Q-Learning. 该系列中的方法学习最优动作值函数 的近似值 。通常，它们使用基于Bellman方程的目标函数。此优化几乎总是以 off-policy 的方式运行，这意味着每次更新都可以使用在训练期间的任何时间点收集的数据，无论agent在获取数据时如何选择探索环境。通过 和 之间的连接获得相应的策略：Q-learning agent所采取的动作由下式给出：
Q-learning方法的例子包括
1. DQN ，一个大规模推出DRL领域的经典之作，
2. 和 C51 ，一种学习回报分布的变体，其期望值为 。
Trade-offs Between Policy Optimization and Q-Learning.
策略优化方法的主要优势在于它们是原则性的，在这种意义上，你可以直接针对你想要的东西进行优化。这往往使它们稳定可靠。
相比之下，Q-learning方法仅通过训练 来满足自洽方程，间接优化agent性能。这种学习有很多失败模式，因此往往不太稳定 [1] 。但是，Q-learning方法的优势在于它们在工作时具有更高的样本效率，因为它们可以比策略优化技术更有效地重用数据。
Interpolating Between Policy Optimization and Q-Learning.
政策优化和Q学习并不矛盾（在某些情况下，事实证明，他们是 等价的 ），并且存在一系列存在于两个极端之间的算法。处在这一范围内的算法能够在任何一方的优势和劣势之间进行谨慎的权衡。 例子包括
1. DDPG 一种同时学习确定性策略和Q函数的算法，通过使用它们当中每一个来改进另一个，
2. 和 SAC ，一种使用随机策略，熵正则化和一些其他技巧来稳定学习并在标准基准上得分高于DDPG的变体。
[1] For more information about how and why Q-learning methods can fail, see 1) this classic paper by Tsitsiklis and van Roy , 2) the (much more recent) review by Szepesvari (in section 4.3.2), and 3) chapter 11 of Sutton and Barto , especially section 11.3 (on “the deadly triad” of function approximation, bootstrapping, and off-policy data, together causing instability in value-learning algorithms).
与无模型RL不同，基于模型的RL不存在少量易于定义的方法集群：使用模型有许多正交方法。我们举几个例子，但这个清单远非详尽无遗。 在每种情况下，可以给出或学习模型。
背景：纯粹的规划. 最基本的方法从未明确地表示策略，而是使用纯 模型 技术（如 模型预测控制 （MPC））来选择操作。在MPC中，每次agent观察环境时，它都会计算一个相对于模型最优的 规划 ，其中 规划 描述了在当前之后的某个固定时间窗口内采取的所有动作。 （ 规划 算法可以通过使用学习值函数来考虑超出视野的未来奖励。）然后，代理执行 规划 的第一个动作，并立即丢弃其余部分。它每次准备与环境交互时计算新 规划 ，以避免使用 规划 范围短于预期的 规划 中的动作。
MBMF 的工作探讨了MPC与深度RL的一些标准基准任务的学习环境模型。
专家迭代. 纯粹 规划 的直接后续涉及使用和学习策略 的明确表示。agent在模型中使用规划算法（如蒙特卡罗树搜索），通过从当前策略中抽样为该规划生成候选动作。规划算法产生的动作优于单独的策略产生的动作，因此它是相对于策略的“专家”。之后更新策略以生成更类似于规划算法输出的动作。
该 ExIt 算法使用这种方法来训练深层神经网络玩Hex。
AlphaZero 是这种方法的另一个例子。
无模型方法的数据增强. 使用无模型RL算法来训练策略或Q函数，但是要么1）在更新agent时增加虚构的实际经验，要么2） 仅 使用虚拟经验来更新agent。
请参阅 MBVE ，了解增加虚构实际体验的示例。
请参阅 世界模型 ，了解使用纯粹的虚拟经验训练agent的例子，他们称之为“在梦中训练”。
将规划循环嵌入到策略中。 另一种方法是将规划程序直接嵌入到作为子程序的策略中——以便完整规划成为策略的辅助信息 ——同时使用任何标准的无模型算法训练策略的输出。关键概念是，在此框架中，策略可以学习如何以及何时使用规划。这使得模型偏差不再成为问题，因为如果模型在某些状态下不适合规划，则策略可以简单地学会忽略它。
有关具有这种想象力的agent的例子，请参阅 I2A 。
[2]. A2C / A3C (Asynchronous Advantage Actor-Critic): Mnih et al, 2016
[3]. PPO (Proximal Policy Optimization): Schulman et al, 2017
[4]. TRPO (Trust Region Policy Optimization): Schulman et al, 2015
[5]. DDPG (Deep Deterministic Policy Gradient): Lillicrap et al, 2015
[6]. TD3 (Twin Delayed DDPG): Fujimoto et al, 2018
[7]. SAC (Soft Actor-Critic): Haarnoja et al, 2018
[8]. DQN (Deep Q-Networks): Mnih et al, 2013
[9]. C51 (Categorical 51-Atom DQN): Bellemare et al, 2017
[10]. QR-DQN (Quantile Regression DQN): Dabney et al, 2017
[11]. HER (Hindsight Experience Replay): Andrychowicz et al, 2017
[12]. World Models : Ha and Schmidhuber, 2018
[13]. I2A (Imagination-Augmented Agents): Weber et al, 2017
[14]. MBMF (Model-Based RL with Model-Free Fine-Tuning): Nagabandi et al, 2017
[15]. MBVE (Model-Based Value Expansion): Feinberg et al, 2018
[16]. AlphaZero : Silver et al, 2017
‘肆’ 高一化学常用计算方法，比如说十字交叉法，差量法等等，都帮我详细讲解一下
一、差量法
在一定量溶剂的饱和溶液中，由于温度改变（升高或降低），使溶质的溶解度发生变化，从而造成溶质（或饱和溶液）质量的差量；每个物质均有固定的化学组成，任意两个物质的物理量之间均存在差量；同样，在一个封闭体系中进行的化学反应，尽管反应前后质量守恒，但物质的量、固液气各态物质质量、气体体积等会发生变化，形成差量。差量法就是根据这些差量值，列出比例式来求解的一种化学计算方法。该方法运用的数学知识为等比定律及其衍生式：或。差量法是简化化学计算的一种主要手段，在中学阶段运用相当普遍。常见的类型有：溶解度差、组成差、质量差、体积差、物质的量差等。在运用时要注意物质的状态相相同，差量物质的物理量单位要一致。
1.将碳酸钠和碳酸氢钠的混合物21.0g，加热至质量不再变化时，称得固体质量为14.8g。求混合物中碳酸钠的质量分数。
2.实验室用冷却结晶法提纯KNO3，先在100℃时将KNO3配成饱和溶液，再冷却到30℃，析出KNO3。现欲制备500g较纯的KNO3，问在100℃时应将多少克KNO3溶解于多少克水中。（KNO3的溶解度100℃时为246g，30℃时为46g）
3.某金属元素R的氧化物相对分子质量为m，相同价态氯化物的相对分子质量为n，则金属元素R的化合价为多少？
4.将镁、铝、铁分别投入质量相等、足量的稀硫酸中，反应结束后所得各溶液的质量相等，则投入的镁、铝、铁三种金属的质量大小关系为（ ）
（A）Al＞Mg＞Fe （B）Fe＞Mg＞Al （C）Mg＞Al＞Fe （D）Mg=Fe=Al
二、十字交叉法
凡能列出一个二元一次方程组来求解的命题，即二组分的平均值，均可用十字交叉法，此法把乘除运算转化为加减运算，给计算带来很大的方便。
十字交叉法的表达式推导如下：设A、B表示十字交叉的两个分量，表示两个分量合成的平均量，xA、xB分别表示A和B占平均量的百分数，且xA+xB=1，则有：
A•xA+B•xB= （xA+xB） 化简得：
若把 放在十字交叉的中心，用A、B与其交叉相减，用二者差的绝对值相比即可得到上式。
十字交叉法应用非常广，但不是万能的，其适用范围如表4—2：
含 化学
义 量
类型 A、B
xA、xB
1 溶液中溶质
质量分数 混合溶液中溶质质量质量分数 质量分数
2 物质中某元素
质量分数 混合物中某
元素质量分数 质量分数
3 同位素相对
原子质量 元素相对
原子质量 同位素原子
百分组成
4 某物质相对
分子质量 混合物平均相对分子质量 物质的量分数
或体积分数
5 某物质分子
组成 混合物的平均
分子组成 物质的量分数
6 用于某些综合计算：如十字交叉法确定某些盐的组成、有机物的组成等
正确使用十字交叉法解题的关键在于：（1）正确选择两个分量和平均量；（2）明确所得比为谁与谁之比；（3）两种物质以什么为单位在比。尤其要注意在知道质量平均值求体积或物质的量的比时，用此法并不简单。
1. 现有50g 5%的CuSO4溶液，把其浓度增大一倍，可采用的方法有：（1）可将原溶液蒸发掉 g水；（2）可向原溶液中加入12.5% CuSO4溶液 g；（3）可向原溶液中加入胆矾 g；（4）可向原溶液中加入CuSO4白色粉末 g。
2 . 今有NH4NO3和CO(NH2)2混合化肥，现测得含氮质量分数为40%，则混合物中NH4NO3和CO(NH2)2的物质的量之比为（ ）
（A）4∶3 （B）1∶1 （C）3∶4 （D）2∶3
三、平均法
对于含有平均含义的定量或半定量习题，利用平均原理这一技巧性方法，可省去复杂的计算，迅速地作出判断，巧妙地得出答案，对提高解题能力大有益处。平均法实际上是对十字交叉所含原理的进一步运用。解题时，常与十字交叉结合使用，达到速解之目的。原理如下：
若A>B，且符合 ，则必有A> >B，其中是A、B的相应平均值或式。xA•xB分别是A、B的份数。
常见的类型有：元素质量分数、相对原子质量、摩尔电子质量、双键数、化学组成等平均法。有时运用平均法也可讨论范围问题。
1. 某硝酸铵样品中氮的质量分数25%，则该样品中混有的一组杂质一定不是（ ）
（A）CO(NH2)2和NH4HCO3 （B）NH4Cl和NH4HCO3
（C）NH4Cl和(NH4)2SO4 （D）(NH4)2SO4和NH4HCO3
2. 把含有某一种氯化物杂质的氯化镁粉末95mg溶于水后，与足量的硝酸银溶液反应，生成氯化银沉淀300mg，则该氯化镁中的杂质可能是（ ）
（A）氯化钠 （B）氯化铝 （C）氯化钾 （D）氯化钙
3. 某含杂质的CaCO3样品只可能含有下列括号中四种杂质中的两种。取10g该样品和足量盐酸反应，产生了2.24L标准状况下的CO2气体。则该样品中一定含有 杂质，可能含有 杂质。（杂质：KHCO3、MgCO3、K2CO3、SiO2）
4 .（1）碳酸氢铵在170℃时完全分解，生成的混和气体平均相对分子质量是 。
（2）某爆鸣气中H2和O2的质量分数分别为75%和25%，则该爆鸣气对氢气的相对密度是 。
（3）体积为1 L的干燥容器充入HCl气体后，测得容器中气体对氧气相对密度为1.082，用此气体进行喷泉实验，当喷泉停止后，进入容器中液体的体积是 。
附：平均摩尔质量（ ）的求法：
① m总—混和物叫质量 n总—混和物总物质的量
② =M1•n1%+M2•n2%+… M1、M2……各组分的摩尔质量，n1%、n2%……各组分的物质的量分数。（注： 如是元素的摩尔质量，则M1、M2……是各同位素的摩尔质量，n1%、n2%……是各同位素的原子分数（丰度）。）
③ 如是气体混合物的摩尔质量，则有 =M1•V1%+M2•V2%+…（注：V1%、V2%……气体体积分数。）
④ 如是气体混合物的摩尔质量，则有 =d•MA (注：MA为参照气体的摩尔质量，d为相对密度)
四、 守恒法
在化学反应中存在一系列守恒现象，如：质量守恒（含原子守恒、元素守恒）、电荷守恒、电子得失守恒、能量守恒等，利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。电荷守恒即对任一电中性的体系，如化合物、混和物、溶液、胶体等，电荷的代数和为零，即正电荷总数和负电荷总数相等。电子得失守恒是指在发生氧化-还原反应时，氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数，无论是自发进行的氧化-还原反应还是以后将要学习的原电池或电解池均如此。
a. 质量守恒
1 . 有0.4g铁的氧化物， 用足量的CO 在高温下将其还原，把生成的全部CO2通入到足量的澄清的石灰水中得到0.75g固体沉淀物，这种铁的氧化物的化学式为（ ）
A. FeO B. Fe2O3 C. Fe3O4 D. Fe4O5
2. 将几种铁的氧化物的混合物加入100mL、7mol•L―1的盐酸中。氧化物恰好完全溶解，在所得的溶液中通入0.56L（标况）氯气时，恰好使溶液中的Fe2+完全转化为Fe3+，则该混合物中铁元素的质量分数为 （ ）
A. 72.4% B. 71.4% C. 79.0% D. 63.6%
b. 电荷守恒法
3. 将8g Fe2O3投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68L H2（标准状况），同时，Fe和Fe2O3均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。则原硫酸的物质的量浓度为（ ）
A. 1.5mol/L B. 0.5mol/L C. 2mol/L D. 1.2mol/L
4. 镁带在空气中燃烧生成氧化镁和氮化镁，将燃烧后的产物全部溶解在50mL 1.8 mol•L-1盐酸溶液中，以20mL 0.9 mol•L-1的氢氧化钠溶液中和多余的酸，然后在此溶液中加入过量碱把氨全部释放出来，用足量盐酸吸收，经测定氨为0.006 mol，求镁带的质量。
c. 得失电子守恒法
5 . 某稀硝酸溶液中，加入5.6g铁粉充分反应后，铁粉全部溶解，生成NO，溶液质量增加3.2g，所得溶液中Fe2+和Fe3+物质的量之比为（ ）
A. 4∶1 B. 2∶1 C. 1∶1 D. 3∶2
6. （1）0.5mol铜片与足量的浓HNO3反应，收集到的气体经干燥后（不考虑损耗），测知其密度在标准状况下为2.5 g•L-1，其体积为 L。
（2）0.5mol铜片与一定量的浓HNO3反应，收集到的气体经干燥后（不考虑损耗）在标准状况下的体积为17.92L，则参加反应的硝酸物质的量为 ；若将这些气体完全被水吸收，则应补充标准状况下的氧气体积为 L。（不考虑2NO2 N2O4反应）
7. 已知：2 Fe2++Br2 = 2 Fe3++2Br-，若向100mLFeBr2溶液中缓缓通入2.24L标准状况下的氯气，结果有三分之一的Br-离子被氧化成Br¬2单质，试求原FeBr2溶液的物质的量浓度。
五、极值法
“极值法”即 “极端假设法”，是用数学方法解决化学问题的常用方法，一般解答有关混合物计算时采用。可分别假设原混合物是某一纯净物，进行计算，确定最大值、最小值，再进行分析、讨论、得出结论。
1. 常温下，向20L真空容器中通a mol H2S和b mol SO2（a、b都是正整数，且a≤5，b≤5），反应完全后，容器内可能达到的最大密度约是（ ）
（A）25.5 g•L-1 （B）14.4 g•L-1 （C）8 g•L-1 （D）5.1 g•L-1
2. 在标准状况下，将盛满NO、NO2、O2混合气的集气瓶，倒置于水槽中，完全溶解，无气体剩余，其产物不扩散，则所得溶液的物质的量浓度（C）数值大小范围为（ ）
（A） （B）
（C） （D）
3. 当用m mol Cu与一定量的浓HNO3反应，在标准状况下可生成nL的气体，则m与n的数值最可能的关系是（ ）
（A） （B） （C） （D）无法判断
4. 将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应，生成H2 2.8 L（标准状况），原混合物的质量可能是( )
A. 2g B. 4g C. 8g D. 10g
计算方法》详细答案：
一、1. 解析 混合物质量减轻是由于碳酸氢钠分解所致，固体质量差21.0g-14.8g=6.2g，也就是生成的CO2和H2O的质量，混合物中m(NaHCO3)=168×6.2g÷62=16.8g，m(Na2CO3)=21.0g-16.8g=4.2g,所以混合物中碳酸钠的质量分数为20%。
2.分析 本例是涉及溶解度的一道计算题。解答本题应具备理解透彻的概念、找准实际的差量、完成简单的计算等三方面的能力。题中告知，在100℃和30℃时，100g水中分别最多溶解KNO3246g和46g，由于冷却时溶剂的质量未变，所以温度从100℃下降到30℃时，应析出晶体246g-46g=200g（溶解度之差）。由题意又知，在温度下降过程中溶质的析出量，据此可得到比例式，求解出溶剂水的质量。再根据水的质量从而求出配制成100℃饱和溶液时溶质KNO3的质量。
解 设所用水的质量为x，根据题意，可列下式：
解得：x=250g
又设100℃时饱和溶液用KNO3的质量为y，根据溶质与溶剂的对应关系，列式如下：
解得：y=615g
答 将615KNO3溶解于250g水中。
3. 解 若金属元素R的化合价为偶数x，则其相同价态的氧化物、氯化物的化学式分别为、RClx。根据关系式 ～RClx，相对分子质量差值为 ，所以n-m=27.5x，。若金属元素R的化合价为奇数x，则其相同价态的氧化物、氯化物的化学式分别为R2Ox、RClx。由关系式R2Ox～2RClx可知，相对分子质量的差值为2×35.5x-16x=55x，所以2n-m=55x，x= 。
答 金属元素R的化合价为 或 。
二、1.分析 本例是将稀溶液浓缩的一道填空题。若按通常方法，根据溶质守恒，列方程进行求解，则解题繁。若运用十字交叉法，运算简洁，思路流畅。但应处理好蒸发掉水，或加入CuSO4粉末时CuSO4的质量分数，前者可视为0，后者视为100%。
解 （1） （负号代表蒸发） 说明水蒸发掉的质量为原溶液质量的，即25g。
（2） 说明加入12.5% CuSO4溶液的质量为原溶液质量的2倍，即100g。
（3）胆矾中CuSO4的质量分数为
说明加入胆矾的质量为原溶液质量的 ，即 。
（4） 说明加入CuSO4的质量为原溶液质量的，即 。
答 25 100 4.63 2.78
2. 解 方法1：NH4NO3中N%= =35%，CO(NH2)2中N%= =46.7%
说明NH4NO3与CO(NH2)2的物质的量之比为。
方法2：设混合物中NH4NO3的物质的量为1 mol，CO(NH2)2的物质的量为x。
根据题意，列式如下：
解得：x=1 mol
方法3：由于NH4NO3和CO(NH2)2分子中均含有2个N原子，根据混合物中N%=40%，可知该混合物的平均相对分子质量为。
说明NH4NO3与CO(NH2)2的物质的量之比为1∶1。
答 本题正确选项为（B）。
三、1. 解 NH4NO3中氮的质量分数是，而CO(NH2)2、NH4Cl、NH4HCO3和(NH4)2SO4中氮的质量分数分别是46.7%、26.2%、17.7%和21.1%，其中只有(NH4)2SO4和NH4HCO3一组氮的质量分数都小于25%。
因此，该样品中混有的一组杂质一定不是(NH4)2SO4和NH4HCO3。
答 本题正确选项为（D）。
2. 解 若95mg全是MgCl2，则其反应后产生AgCl的质量为 g•mol-1
=287mg<300mg。
根据平均含义可推知：95mg杂质与足量AgNO3溶液反应生成AgCl的质量应大于300mg。这就要求杂质中Cl元素的质量分数比MgCl2中高才有可能。因此本题转换成比较Cl元素含量的高低。现将每种的化学式作如下变形：MgCl2、Na2Cl2、Al Cl2、K2Cl2、CaCl2。显然，金属式量低的，Cl元素含量高，因此，只有AlCl3才有可能成为杂质。
答 本题正确选项为（B）。
3.略
4. 解 （1）NH4HCO3 NH3↑+H2O↑+CO2↑
根据质量守恒可知：n(NH4HCO3)•M(NH4HCO3)=n(混)• (混)，故 (混)= 79
g•mol-1，即混和气体的平均相对分子质量为26.3。
（2）设爆鸣气100g，则H2的物质的量为100g×75%÷2g•mol-1=37.5mol，O2物质的量为100g×25%÷32g•mol-1=0.78mol。
故爆鸣气的平均摩尔质量为100g÷(37.5+0.78)mol=2.619g•mol-1，即对氢气的相对密度为2.619 g•mol-1÷2 g•mol-1=1.31。
（3）干燥容器中气体的平均相对分子质量为1.082×32=34.62，由34.62<36.5，故该气体应为HCl和空气的混和气体。
说明HCl与空气的体积比为5.62∶1.88=3∶1，即混和气体中HCl的体积为1L =0.75L。由于HCl气体极易溶于水，所以当喷泉结束后，进入容器中液体的体积即为HCl气体的体积0.75L。
答 （1）26.3 （2）1.31 （3）0.75L
四、1. 解析 由题意得知，铁的氧化物中的氧原子最后转移到沉淀物CaCO3中。且n(O)=n(CaCO3)=0.0075mol， m(O)=0.0075mol×16g/mol=0.12g。m(Fe)=0.4g-0.12g=0.28g，n(Fe)=0.005mol。n(Fe)∶n(O)=2:3，选B
2. 解析 铁的氧化物中含Fe和O两种元素，由题意，反应后，HCl中的H全在水中，O元素全部转化为水中的O，由关系式：2HCl~H2O~O，得：n（O）= ，m（O）=0.35mol×16g•mol―1=5.6 g；
而铁最终全部转化为FeCl3，n（Cl）=0.56L ÷22.4L/mol×2+0.7mol=0.75mol，n（Fe）= ，m(Fe)=0.25mol×56g•mol―1=14 g，则 ，选B。
3. 解析 粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有Na2SO4存在于溶液中，且反应过程中SO42―并无损耗，根据电中性原则：n（SO42―）= n（Na+），则原硫酸的浓度为：2mol/L，故选C。
4. 分析 本例是镁及其化合物有关性质应用的一道计算题。本题涉及的反应较多，有2Mg+O2 2MgO，3Mg+N2 Mg3N2，MgO+2HCl = MgCl2+H2O，Mg3N2+8HCl = 3MgCl2+2NH4Cl，NaOH+HCl = NH4Cl等反应。若用常规方法审题和解题，则分析要求高，计算难度大，思维易混乱，很难正确解答本题。现运用图示法审题如下：
发现：MgCl2、NH4Cl、NaCl溶液中，阴阳离子电荷浓度（或物质的量）相等即电荷守恒，再根据相关微粒的物质的量守恒，列出等式，从而一举突破，从容解答本题。
解 根据图示，对MgCl2、NH4Cl、NaCl溶液分析，由电荷守恒得知：
式中：
解得： ，即
5. 解析 设Fe2+为xmol，Fe3+为ymol，则：
x+y= =0.1（Fe元素守恒）
2x+3y= （得失电子守恒）
得：x=0.06mol，y=0.04mol。则x∶y=3∶2。故选D。
6. 解 （1）Cu与浓HNO3反应的化学方程式为：Cu+4HNO3(浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，因是足量的浓硝酸，故还原产物只是NO2。理论上讲，0.5mol Cu可得1mol NO2气体。由于气体的密度在标准状况下为2.5g•L-1，即摩尔质量M= g•L-1 22.4 L•mol-1=56g•mol-1。显然，56g•mol-1大于M(NO2)（46 g•mol-1），因此，不能认为收集到的气体全是NO2，应考虑平衡2NO2 N2O4的存在。所以收集到的气体是NO2和N2O4的混合气体。根据质量守恒，混合气体的质量应等于1 mol NO2气体的质量即为46g，所以混和气体的体积为46g 2.5g•L-1=18.4L。
（2）Cu与浓HNO3反应的化学方程式为：Cu+4HNO3(浓) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O，因是一定量的浓HNO3，随着反应的进行，浓HNO3逐渐变成了稀HNO3，此时反应的化学方程式为：3Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O，故收集到的气体应是NO和NO2的混合气体。无法得知NO和NO2各自的物质的量，但它们物质的量之和为17.92L 22.4 L•mol-1=0 .8mol。根据N元素守恒，参加反应的硝酸的物质的量为2n[Cu(NO3)2]+n(NO)+
n(NO2)=2 0.5mol+0.8mol=1.8mol。
补充O2，NO和NO2被水吸收的化学方程式为：4NO+3O2+2H2O=4HNO3，4NO2+O2+2H2O = 4HNO3，从整个氧化还原过程来看，HNO3并没有参加反应，参加的只是Cu与O2。因此，根据电子守恒，可列下式：
解得：V=5.6L
答 （1）18.4L；（2）1.8mol，5.6L
7. 分析 本例是有关氧化还原反应的一道计算题，涉及氧化还原的选择性（即反应的先后顺序）、进程性（即氧化剂或还原剂的量控制着反应的进程）和整体性（即无论有几个氧化还原反应发生，始终存在氧化剂所得电子数等于还原剂所失电子数，或称电子守恒）。根据题意分析，可知Fe2+与Br-还原能力大小为Fe2+ >Br-。因此，在FeBr2溶液中通入Cl2时，首先发生：Cl2+2Fe2+ = 2Fe3++2Cl -，然后再发生：Cl2+2 Br- = Br2+2Cl -。根据Cl2用量控制反应进程，所以Fe2+和Br-失去电子数目应等于Cl2得到电子数目。据此守恒关系，列出等式，很易求解。
解 设FeBr2物质的量浓度为C，由电子守恒可知：
解得：C=1.2 mol•L-1
答 原FeBr2溶液的物质的量浓度为1.2mol•L-1。
五、1. 本题提供的思路是运用极限法来分析求解。因为M(SO2)>M(H2S)，要达到最大密度，必然剩余SO2气体，且物质的量为最多，因此极端考虑，起始时，SO2物质的量取最大（5mol），H2S物质的量取最小（1 mol），故反应后剩余SO2为 ，密度为 。所以（B）选项为本题正确答案。
答 本题正确选项为（B）。
2. （B） 3.略
4. 解析本题给出的数据不足，故不能求出每一种金属的质量，只能确定取值范围。三种金属中产生等量的氢气质量最大的为锌，质量最小的为铝。故假设金属全部为锌可求的金属质量为8.125g，假设金属全部为铝可求的金属质量为2.25g，金属实际质量应在2.25g ～8.125g之间。故答案为B、C。
六、1. 解析 根据化学方程式，可以找出下列关系：FeS2～2SO2～2SO3～2H2SO4，本题从FeS2制H2SO4，是同种元素转化的多步反应，即理论上FeS2中的S全部转变成H2SO4中的S。得关系式FeS2～2H2SO4。过程中的损耗认作第一步反应中的损耗，得可制得98％硫酸的质量是 =3.36 。
七、1. 解析 CO和H2都有两步反应方程式，量也没有确定，因此逐步计算比较繁。Na2O2足量，两种气体完全反应，所以将每一种气体的两步反应合并可得H2+Na2O2=2NaOH，CO+ Na2O2=Na2CO3，可以看出最初的气体完全转移到最后的固体中，固体质量当然增加2.1g。选A。此题由于CO和H2的量没有确定，两个合并反应不能再合并!
八、1. 解析 变化主要过程为：
由题意得：Fe2O3与合金的质量相等，而铁全部转化为Fe2O3，故合金中Al的质量即为Fe2O3中氧元素的质量，则可得合金中铝的质量分数即为Fe2O3中氧的质量分数，O%= ×100%=30%，选B。
九、1. 解析 。由题意，生成0.5mol H2，金属失去的电子即为1mol，即合金的平均摩尔电子质量为10g/mol，镁、铝、铁、锌的摩尔电子质量分别为：12、9、28、32.5（单位：g/mol），由平均值可知，混合物中一种金属的摩尔电子质量小于10g/mol，另一种大于10g/mol。故选A、C
十、1. 分析 本例是一道结合讨论分析的天平平衡题，考查了在化学解题过程中的有序思维和问题解决的完整性。反应后天平仍然平衡，说明天平左右两端加入金属的质量与放出氢气的质量数差值应相等。但不知镁粉、铝粉与盐酸的量相对大小，所以必须通过讨论判断谁过量，从而以另一方计算产生H2的质量。因此如何判断谁过量是解决本题的关键，另外，还需时刻注意调整a的取值范围（由b的取值范围及a和b的关系确定），才能得到本题完整解答，这一点在解题过程中是被常疏忽的。
解 根据题意，题中发生的两个反应为：
Mg+2HCl = MgCl2+H2↑ 2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑
若盐酸完全反应，所需Mg粉质量为 ，所需铝粉质量为 。
（1）当a≥12g，b≥9g，即盐酸适量或不足，产生H2的质量应以HCl的量计算，因HCl的量是一定的，故产生H2的质量相等，要使天平平衡，即要求金属的质量相等，所以a=b，此时b的范围必须调整为b≥12g。
（2）当a<12g，b<9g，即Mg、Al不足，应以其计算产生H2的量。要使天平平衡，即要有：，解得： ，此时a的范围必须调整为a<8.7g。
（3）当a<12g，b≥9g，即Mg不足，应以Mg算；Al过量或适量，以HCl算。要使天平平衡，必须满足：
，解得： ，据（1）、（2）调整a的范围为8.7g≤a<12g。
答 （1）当a≥12g时，a=b；（2）当8.7g<a<12g时，；（3）当0<a<8.7g时， 。
《常见化学计算方法》答案
一、1. 20% 2. 将615KNO3溶解于250g水中 3. R的化合价为 或。
4. 解：设Mg、Al、Fe的质量分别为x、y、z，故三者反应结束后，溶液质量增加为 x、 y、 z且相等，故有：，所以y＞x＞z。
5. 解 （1）水参加反应的质量为0.9g，则Na2CO3的质量为，NaHCO3的质量为9.5-5.3g=4.2g。（2）碱石灰中CaO的质量为，NaOH的质量为9.6g-5.6g=4.0g。 6. 原混和物中CuSO4和Fe的质量分别为8.0g，4.8g。
二、1. 答 25 100 4.63 2.78 2. B
3.（1）等体积混和后，所得溶液质量分数应大于10x%。
（2） %的氨水物质的量浓度应大于 mol•L-1。
4. 该产物中Na2O的物质的量分数为20%。
5. n(Na2CO3)= 0.8 mol=0.2 mol，n(NaHCO3)= 0.8 mol=0.6 mol。
三、1. D 2.B 3.略
4. （1）26.3 （2）1.31 （3）0.75L
四、1. B 2. B 3. C
4. ，即 5. D
6. （1）18.4L；（2）1.8mol，5.6L
7. 原FeBr2溶液的物质的量浓度为1.2mol•L-1。
五、1. B 2. B 3.略 4. B C