Graphormer-IR: Graph Transformers Predict Experimental IR Spectra Using Highly Specialized Attention

计算机科学 平滑的 谱线 人工神经网络 缩放比例 红外光谱学 模式识别(心理学) 人工智能 算法 化学 物理 数学 几何学 计算机视觉 有机化学 天文
作者
Cailum M. K. Stienstra,Liam Hebert,P. Thomas,Alexander Haack,Jason Guo,W. Scott Hopkins
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2023-f38b5-v2
摘要

Given that Infrared (IR) spectroscopy is a crucial tool in various chemical and forensic domains, improved in silico methods for predicting experimental spectra are needed due to the time and accuracy limitations of ab initio methods. We employ Graphormer, a graph neural network (GNN) transformer, to predict IR spectra using only Simplified Molecular-Input Line-Entry System (SMILES) strings. Our dataset includes 53,528 high-quality spectra with elements H, C, N, O, F, Si, S, P, Cl, Br, and I in five phases. When using only atomic numbers for node encodings, Graphormer-IR achieved mean test Spectral Information Similarity (SIS_μ) of 0.8449±0.0012 (n=5), surpassing the state-of-the-art Chemprop-IR (SIS_μ = 0.8409 ± 0.0014, n=5), with only 36% of the encoded information. Augmenting node embeddings with additional node-level descriptors in learned embeddings generated through a multi-layer perceptron improves scores to SIS_μ = 0.8523±0.0006, a total improvement of 19.7σ. These improved scores show how Graphormer-IR excels in capturing long-range interactions like hydrogen bonding, anharmonic peak positions in experimental spectra, and stretching frequencies of uncommon functional groups. Scaling our architecture to 210 attention heads demonstrates specialist-like behavior for distinct IR frequencies that improves model performance. Our model utilizes novel architectures, including a global node for phase encoding, learned node feature embeddings, and a 1D smoothing CNN. Graphormer-IR’s innovations underscore its value over traditional message-passing neural networks (MPNNs) due to its expressive embeddings and ability to capture long-range intra-molecular relationships.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
jim完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
疯狂的晓博完成签到 ,获得积分10
1秒前
Potter发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
烟花应助叫我小鲁就好采纳,获得10
4秒前
oneinlove完成签到,获得积分10
6秒前
7秒前
天天快乐应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
田様应助科研通管家采纳,获得30
9秒前
小蘑菇应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
所所应助科研通管家采纳,获得10
9秒前
星辰大海应助科研通管家采纳,获得10
10秒前
JamesPei应助科研通管家采纳,获得10
10秒前
CipherSage应助科研通管家采纳,获得10
10秒前
ww关闭了ww文献求助
10秒前
10秒前
10秒前
10秒前
11秒前
12秒前
13秒前
14秒前
酒九发布了新的文献求助10
15秒前
李宁完成签到,获得积分20
15秒前
冷静的莞发布了新的文献求助10
16秒前
小花花发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
17秒前
葡萄成熟时关注了科研通微信公众号
18秒前
19秒前
莫言发布了新的文献求助10
19秒前
深情安青应助呵呵哒采纳,获得10
19秒前
20秒前
科研通AI2S应助悠然采纳,获得10
22秒前
22秒前
不落完成签到,获得积分10
22秒前
Bismarck关注了科研通微信公众号
28秒前
28秒前
高分求助中
Sustainability in Tides Chemistry 2800
The Young builders of New china : the visit of the delegation of the WFDY to the Chinese People's Republic 1000
Rechtsphilosophie 1000
Bayesian Models of Cognition:Reverse Engineering the Mind 888
Le dégorgement réflexe des Acridiens 800
Defense against predation 800
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 568
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3136101
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2787001
关于积分的说明 7780169
捐赠科研通 2443122
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1298899
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 625294
版权声明 600870