When Do Quantum Mechanical Descriptors Help Graph Neural Networks to Predict Chemical Properties?

化学 可解释性 量子化学 化学空间 概化理论 分子描述符 人工神经网络 分子图 图形 机器学习 QM/毫米 集合(抽象数据类型) 数量结构-活动关系 计算化学 人工智能 理论计算机科学 分子动力学 有机化学 分子 数学 药物发现 计算机科学 统计 程序设计语言 生物化学
作者
Shih‐Cheng Li,Haoyang Wu,Angiras Menon,Kevin Spiekermann,Yi‐Pei Li,William H. Green
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (33): 23103-23120 被引量:43
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04670
摘要

Deep graph neural networks are extensively utilized to predict chemical reactivity and molecular properties. However, because of the complexity of chemical space, such models often have difficulty extrapolating beyond the chemistry contained in the training set. Augmenting the model with quantum mechanical (QM) descriptors is anticipated to improve its generalizability. However, obtaining QM descriptors often requires CPU-intensive computational chemistry calculations. To identify when QM descriptors help graph neural networks predict chemical properties, we conduct a systematic investigation of the impact of atom, bond, and molecular QM descriptors on the performance of directed message passing neural networks (D-MPNNs) for predicting 16 molecular properties. The analysis surveys computational and experimental targets, as well as classification and regression tasks, and varied data set sizes from several hundred to hundreds of thousands of data points. Our results indicate that QM descriptors are mostly beneficial for D-MPNN performance on small data sets, provided that the descriptors correlate well with the targets and can be readily computed with high accuracy. Otherwise, using QM descriptors can add cost without benefit or even introduce unwanted noise that can degrade model performance. Strategic integration of QM descriptors with D-MPNN unlocks potential for physics-informed, data-efficient modeling with some interpretability that can streamline de novo drug and material designs. To facilitate the use of QM descriptors in machine learning workflows for chemistry, we provide a set of guidelines regarding when and how to best leverage QM descriptors, a high-throughput workflow to compute them, and an enhancement to Chemprop, a widely adopted open-source D-MPNN implementation for chemical property prediction.
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
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
安风完成签到 ,获得积分10
刚刚
刚刚
czj完成签到 ,获得积分10
1秒前
Qian完成签到,获得积分10
4秒前
Moonchild完成签到 ,获得积分10
7秒前
量子星尘发布了新的文献求助30
8秒前
Zzx完成签到 ,获得积分10
11秒前
激动的xx完成签到 ,获得积分10
12秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
15秒前
淡然的青旋完成签到 ,获得积分10
15秒前
CJY完成签到 ,获得积分10
17秒前
woaikeyan完成签到 ,获得积分10
17秒前
qianci2009完成签到,获得积分0
18秒前
22秒前
乔杰完成签到 ,获得积分10
22秒前
23秒前
柔弱翎完成签到 ,获得积分10
25秒前
husthenry发布了新的文献求助30
25秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
27秒前
耍酷的指甲油完成签到 ,获得积分10
28秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
33秒前
33秒前
39秒前
桐桐应助依然灬聆听采纳,获得10
41秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
42秒前
白昼の月完成签到 ,获得积分0
43秒前
郭德久完成签到 ,获得积分10
43秒前
49秒前
50秒前
MoodMeed完成签到,获得积分10
50秒前
rigelfalcon完成签到,获得积分10
52秒前
沉静的清涟完成签到,获得积分10
54秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
56秒前
56秒前
胖胖完成签到 ,获得积分0
58秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
58秒前
lyw发布了新的文献求助10
59秒前
1分钟前
整齐豆芽完成签到 ,获得积分10
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
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
Encyclopedia of Forensic and Legal Medicine Third Edition 5000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
„Semitische Wissenschaften“? 1510
从k到英国情人 1500
Cummings Otolaryngology Head and Neck Surgery 8th Edition 800
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 5764947
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5556663
关于积分的说明 15406774
捐赠科研通 4899842
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2636046
邀请新用户注册赠送积分活动 1584226
关于科研通互助平台的介绍 1539538