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
飞翔完成签到,获得积分20
2秒前
占那个完成签到 ,获得积分10
8秒前
辰辰完成签到 ,获得积分10
8秒前
9秒前
10秒前
yanweihome完成签到 ,获得积分10
11秒前
kyt_vip完成签到,获得积分10
14秒前
追梦发布了新的文献求助10
15秒前
王波完成签到 ,获得积分10
18秒前
飞翔关注了科研通微信公众号
19秒前
licheng完成签到,获得积分10
20秒前
Chow完成签到,获得积分10
21秒前
Criminology34应助科研通管家采纳,获得30
21秒前
21秒前
Owen应助科研通管家采纳,获得10
22秒前
猪哥完成签到 ,获得积分10
24秒前
nan完成签到,获得积分10
24秒前
直率若烟完成签到 ,获得积分10
35秒前
买樱桃的大丸子完成签到,获得积分10
37秒前
40秒前
43秒前
晨晨完成签到 ,获得积分10
48秒前
小宝真的要开心完成签到,获得积分10
54秒前
池雨完成签到 ,获得积分10
55秒前
Chow给Chow的求助进行了留言
57秒前
灵巧的以亦完成签到 ,获得积分10
58秒前
偷得浮生半日闲完成签到,获得积分10
1分钟前
存慎完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
科研人完成签到 ,获得积分10
1分钟前
shanpengliu发布了新的文献求助10
1分钟前
汤柏钧完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
端庄亦巧完成签到 ,获得积分10
1分钟前
欧阳小枫完成签到 ,获得积分10
1分钟前
leo发布了新的文献求助10
1分钟前
1分钟前
shanpengliu完成签到,获得积分20
1分钟前
Myownway完成签到 ,获得积分10
1分钟前
jackhlj完成签到,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(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
Development of a Bridge Weigh-In-Motion System: A technology to convert the bridge response to the passage of traffic into data on vehicle configurations, speeds, times of travel and weights 1000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7264318
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8885284
关于积分的说明 18777567
捐赠科研通 6942255
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3202657
关于科研通互助平台的介绍 2375830
邀请新用户注册赠送积分活动 2178547