Three-Dimensional Convolutional Neural Networks Utilizing Molecular Topological Features for Accurate Atomization Energy Predictions

计算机科学 卷积神经网络 背景(考古学) 水准点(测量) 代表(政治) 人工神经网络 拓扑(电路) 过程(计算) 化学空间 集合(抽象数据类型) 功能(生物学) 人工智能 化学 数学 药物发现 古生物学 生物化学 大地测量学 组合数学 进化生物学 政治 政治学 法学 生物 程序设计语言 地理 操作系统
作者
Ankur K. Gupta,Krishnan Raghavachari
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:18 (4): 2132-2143 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.1c00504
摘要

Deep learning methods provide a novel way to establish a correlation between two quantities. In this context, computer vision techniques such as three-dimensional (3D)-convolutional neural networks become a natural choice to associate a molecular property with its structure due to the inherent 3D nature of a molecule. However, traditional 3D input data structures are intrinsically sparse in nature, which tend to induce instabilities during the learning process, which in turn may lead to underfitted results. To address this deficiency, in this project, we propose to use quantum-chemically derived molecular topological features, namely, localized orbital locator and electron localization function, as molecular descriptors, which provide a relatively denser input representation in a 3D space. Such topological features provide a detailed picture of the atomic and electronic configuration and interatomic interactions in the molecule and hence are ideal for predicting properties that are highly dependent on the physical or electronic structure of the molecule. Herein, we demonstrate the efficacy of our proposed model by applying it to the task of predicting atomization energies for the QM9-G4MP2 data set, which contains ∼134k molecules. Furthermore, we incorporated the Δ-machine learning approach into our model, which enabled us to reach beyond benchmark accuracy levels (∼1.0 kJ mol-1). As a result, we consistently obtain impressive mean absolute errors of the order 0.1 kcal mol-1 (∼0.42 kJ mol-1) versus the G4(MP2) theory using relatively modest models, which could potentially be improved further in a systematic manner using additional compute resources.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
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
友好的匪完成签到,获得积分10
刚刚
LHH发布了新的文献求助10
1秒前
阔达宝莹发布了新的文献求助10
1秒前
halalalaa发布了新的文献求助10
2秒前
细腻的仙人掌给yar的求助进行了留言
4秒前
5秒前
5秒前
mmol发布了新的文献求助10
6秒前
善学以致用应助个性的荆采纳,获得10
6秒前
7秒前
浮浮世世发布了新的文献求助10
8秒前
yang1111完成签到 ,获得积分10
8秒前
平常树叶完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
9秒前
9秒前
飞飞完成签到,获得积分10
10秒前
dddddd发布了新的文献求助10
10秒前
……完成签到 ,获得积分10
10秒前
www完成签到,获得积分20
11秒前
明芬发布了新的文献求助10
11秒前
学习使我快乐完成签到 ,获得积分10
11秒前
12秒前
HM完成签到,获得积分10
12秒前
jing发布了新的文献求助10
12秒前
静默发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
自然开山完成签到 ,获得积分10
13秒前
青蛙的第二滴口水完成签到,获得积分10
13秒前
ding应助彩虹捕手采纳,获得10
14秒前
个性语堂发布了新的文献求助10
14秒前
Cytheria发布了新的文献求助10
14秒前
14秒前
14秒前
15秒前
友好的匪发布了新的文献求助50
15秒前
15秒前
16秒前
聪慧紫菱完成签到,获得积分10
16秒前
大模型应助Gloyxtg采纳,获得10
16秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 6000
Encyclopedia of Reproduction Third Edition 3000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
化妆品原料学 1000
The Political Psychology of Citizens in Rising China 800
1st Edition Sports Rehabilitation and Training Multidisciplinary Perspectives By Richard Moss, Adam Gledhill 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5637144
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4742794
关于积分的说明 14998033
捐赠科研通 4795378
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2561930
邀请新用户注册赠送积分活动 1521455
关于科研通互助平台的介绍 1481513