Multi-constraint molecular generation based on conditional transformer, knowledge distillation and reinforcement learning

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作者
Jike Wang,Chang‐Yu Hsieh,Mingyang Wang,Xiaorui Wang,Zhenhua Wu,Dejun Jiang,Benben Liao,Xujun Zhang,Bo Yang,Qiaojun He,Dongsheng Cao,Xi Chen,Tingjun Hou
出处
期刊:Nature Machine Intelligence [Nature Portfolio]
卷期号:3 (10): 914-922 被引量:127
标识
DOI:10.1038/s42256-021-00403-1
摘要

Machine learning-based generative models can generate novel molecules with desirable physiochemical and pharmacological properties from scratch. Many excellent generative models have been proposed, but multi-objective optimizations in molecular generative tasks are still quite challenging for most existing models. Here we proposed the multi-constraint molecular generation (MCMG) approach that can satisfy multiple constraints by combining conditional transformer and reinforcement learning algorithms through knowledge distillation. A conditional transformer was used to train a molecular generative model by efficiently learning and incorporating the structure–property relations into a biased generative process. A knowledge distillation model was then employed to reduce the model’s complexity so that it can be efficiently fine-tuned by reinforcement learning and enhance the structural diversity of the generated molecules. As demonstrated by a set of comprehensive benchmarks, MCMG is a highly effective approach to traverse large and complex chemical space in search of novel compounds that satisfy multiple property constraints.
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