Significance of the Chemical Environment of an Element in Nonadiabatic Molecular Dynamics: Feature Selection and Dimensionality Reduction with Machine Learning

哈密顿量(控制论) 分子动力学 激发态 维数之咒 计算机科学 降维 原子间势 特征选择 能量最小化 统计物理学 化学 算法 物理 人工智能 计算化学 量子力学 数学 数学优化
作者
Wei Bin How,Bipeng Wang,Weibin Chu,Alexandre Tkatchenko,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (50): 12026-12032 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.1c03469
摘要

Using supervised and unsupervised machine learning (ML) on features generated from nonadiabatic (NA) molecular dynamics (MD) trajectories under the classical path approximation, we demonstrate that mutual information with the NA Hamiltonian can be used for feature selection and model simplification. Focusing on CsPbI3, a popular metal halide perovskite, we observe that the chemical environment of a single element is sufficient for predicting the NA Hamiltonian. The conclusion applies even to Cs, although Cs does not contribute to the relevant wave functions. Interatomic distances between Cs and I or Pb and the octahedral tilt angle are the most important features. We reduce a typical 360-parameter ML force-field model to just a 12-parameter NA Hamiltonian model, while maintaining a high NA-MD simulation quality. Because NA-MD is a valuable tool for studying excited state processes, overcoming its high computational cost through simple ML models will streamline NA-MD simulations and expand the ranges of accessible system size and simulation time.
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