Deep learning for variational multiscale molecular modeling

计算机科学 人工智能 深度学习 强化学习 人工神经网络 分子动力学 生成语法 机器学习 深层神经网络 参数统计 化学 数学 计算化学 统计
作者
Jun Zhang,Yao-Kun Lei,Yi Yang,Yi Qin Gao
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:153 (17) 被引量:12
标识
DOI:10.1063/5.0026836
摘要

Molecular simulations are widely applied in the study of chemical and bio-physical problems. However, the accessible timescales of atomistic simulations are limited, and extracting equilibrium properties of systems containing rare events remains challenging. Two distinct strategies are usually adopted in this regard: either sticking to the atomistic level and performing enhanced sampling or trading details for speed by leveraging coarse-grained models. Although both strategies are promising, either of them, if adopted individually, exhibits severe limitations. In this paper, we propose a machine-learning approach to ally both strategies so that simulations on different scales can benefit mutually from their crosstalks: Accurate coarse-grained (CG) models can be inferred from the fine-grained (FG) simulations through deep generative learning; in turn, FG simulations can be boosted by the guidance of CG models via deep reinforcement learning. Our method defines a variational and adaptive training objective, which allows end-to-end training of parametric molecular models using deep neural networks. Through multiple experiments, we show that our method is efficient and flexible and performs well on challenging chemical and bio-molecular systems.
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