A transferable recommender approach for selecting the best density functional approximations in chemical discovery

计算机科学 密度泛函理论 推荐系统 可转让性 集合(抽象数据类型) 化学空间 机器学习 质量(理念) 范围(计算机科学) 维数(图论) 人工智能 数据挖掘 化学 生物信息学 数学 计算化学 药物发现 程序设计语言 罗伊特 哲学 认识论 纯数学 生物
作者
Chenru Duan,Aditya Nandy,Ralf Meyer,N. Arunachalam,Heather J. Kulik
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:3 (1): 38-47 被引量:24
标识
DOI:10.1038/s43588-022-00384-0
摘要

Approximate density functional theory has become indispensable owing to its balanced cost–accuracy trade-off, including in large-scale screening. To date, however, no density functional approximation (DFA) with universal accuracy has been identified, leading to uncertainty in the quality of data generated from density functional theory. With electron density fitting and Δ-learning, we build a DFA recommender that selects the DFA with the lowest expected error with respect to the gold standard (but cost-prohibitive) coupled cluster theory in a system-specific manner. We demonstrate this recommender approach on the evaluation of vertical spin splitting energies of transition metal complexes. Our recommender predicts top-performing DFAs and yields excellent accuracy (about 2 kcal mol−1) for chemical discovery, outperforming both individual Δ-learning models and the best conventional single-functional approach from a set of 48 DFAs. By demonstrating transferability to diverse synthesized compounds, our recommender potentially addresses the accuracy versus scope dilemma broadly encountered in computational chemistry. A density functional recommender enables chemical space exploration by selecting the best exchange–correlation functional for each system, outperforming the use of a single functional for all systems or transfer learning models.
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