Hybrid data-driven and physics-based modeling for viscosity prediction of ionic liquids

近似误差 相对标准差 粘度 离子液体 标准差 绝对偏差 溶剂化 力矩(物理) 平均绝对误差 集合(抽象数据类型) COSMO-RS公司 计算机科学 生物系统 材料科学 热力学 数学 化学 算法 均方误差 统计 物理 分子 有机化学 催化作用 生物化学 经典力学 生物 检出限 程序设计语言
作者
Jing Fan,Zhengxing Dai,Jian Cao,Liwen Mu,Xiaoyan Ji,Xiaohua Lü
出处
期刊:Green Energy & Environment [KeAi]
卷期号:9 (12): 1878-1890 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.gee.2024.01.007
摘要

Viscosity is one of the most important fundamental properties of fluids. However, accurate acquisition of viscosity for ionic liquids (ILs) remains a critical challenge. In this study, an approach integrating prior physical knowledge into the machine learning (ML) model was proposed to predict the viscosity reliably. The method was based on 16 quantum chemical descriptors determined from the first principles calculations and used as the input of the ML models to represent the size, structure, and interactions of the ILs. Three strategies based on the residuals of the COSMO-RS model were created as the output of ML, where the strategy directly using experimental data was also studied for comparison. The performance of six ML algorithms was compared in all strategies, and the CatBoost model was identified as the optimal one. The strategies employing the relative deviations were superior to that using the absolute deviation, and the relative ratio revealed the systematic prediction error of the COSMO-RS model. The CatBoost model based on the relative ratio achieved the highest prediction accuracy on the test set (R2 = 0.9999, MAE = 0.0325), reducing the average absolute relative deviation (AARD) in modeling from 52.45% to 1.54%. Features importance analysis indicated the average energy correction, solvation-free energy, and polarity moment were the key influencing the systematic deviation.
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