Predicting the glass transition temperature of polymer based on generative adversarial networks and automated machine learning

生成语法 玻璃化转变 人工智能 过渡(遗传学) 对抗制 机器学习 计算机科学 聚合物 材料科学 化学 复合材料 生物化学 基因
作者
Zhanjie Liu,Yuchi Huo,Qionghai Chen,Siqi Zhan,Quan Li,Qingsong Zhao,Lihong Cui,Jun Liu
标识
DOI:10.1002/mgea.78
摘要

Abstract Solution styrene‐butadiene rubber (SSBR) finds wide applications in high performance tire design and various other fields. This study aims to create a quantitative structure–property relationship (QSPR) model linking SSBR's glass transition temperature ( T g ) to its structural properties. A dataset of 68 sets of data from published literature was compiled to develop a predictive machine learning model for SSBR's structural design and synthesis using small sample sizes. To tackle small sample sizes, a framework combining generative adversarial networks (GAN) and the Tree‐based Pipeline Optimization Tool (TPOT) is proposed. GAN is first used to generate additional samples that mirror the original dataset's distribution, expanding the dataset. The TPOT is then applied to automatically find the best model and parameter combinations, creating an optimal predictive model for the mixed dataset. Experimental results show that using GAN to enlarge the dataset and TPOT regression models significantly enhances model performance, increasing the R 2 value from 0.745 to 0.985 and decreasing the RMSE from 7.676 to 1.569. The proposed GAN–TPOT framework demonstrates the potential of combining generative models with automated machine learning to improve materials science research. This combination accelerates research and development processes, enhances prediction and design accuracy, and introduces new perspectives and possibilities for the field.
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