サイエンスアゴラ2021 機械学習〜データを予測に変える技術〜で化学に挑む！

データを予測に変える技術機械学習で化学に挑む! 機械学習で化学に挑む! 瀧川⼀学瀧川⼀学

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堣唒㷕统כչر٦ة׾✮庠ח㢌ִ׷պ 鋅劤ر٦ةַ׵⡲׏גְֶ׋✮庠فؚٗٓي Ӫ׶׿׀ Ӫ׫ַ׿ ✮庠فؚٗٓي׾⡲׏׋הֹח鋅ׇ׋鋅劤⢽דכזְ⢽ח㼎׃ג չ׫ַ׿պPSչ׶׿׀պ׾✮庠ׅ׷ֿהָדֹ׷ 5 6.25 7.5 8.75
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堣唒㷕统כչ倜׃ְ؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ ♧菙暟⡤钠陎 ؜٦يفٖ؎ ˑ֮׶ָהֲ˒ J’aime la musique I love music
갈㡮钠陎堣唒缺鏬馄鍑⫷ فؚٗٓيךⰅ⸂ה⳿⸂ךꟼ⤘ָ״ֻⴓַ׵זְ㜥さד׮ծ ׋ֻׁ׿ךⰅ⳿⸂ך鋅劤ر٦ةח״׏ג꟦䱸涸ח׉׸׾ⱄ植דֹ׷فؚٗٓي׾⡲׶⳿ׅ䪮遭

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⢽堣唒㷕统ꆀ㶨⻉㷕 input output gdb_21014 1000 猱 Density Functional Theory
(DFT) B3LYP/6-31G(2df, p) <latexit sha1_base64="JI//afsBt1AdIhSgVUbVSGVXtww=">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</latexit> ˆ H = E ⢽ ♧ꨵ㶨晛ך4DISµEJOHFS倯玎䒭 ,PIOˊ4IBN倯玎䒭 ך実鍑 ꆀ㶨⻉㷕鎘皾 ˖ ⰻ鿇ؒطؘٕ٦ ˖ 荈歋ؒطؘٕ٦ ˖ ئٗ挿䮶⹛ؒطؘٕ٦ ˖ 剑넝鄃⽑鮨麣 )0.0 ˖ 剑⡚瑞鮨麣 -6.0 ˖ ⴓ噰桦 ˖ ⿽噰㶨ٌ٦ًٝز ˖ 攦㺁ꆀ ˖ ؒٝةٕؾ٦

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⢽堣唒㷕统ꆀ㶨⻉㷕 ਅ஋(x࣠) vs ༧ଌ஋(y࣠) by SchNet (Schütt et al, 2017)
ਅ஋(x࣠) vs ༧ଌ஋(y࣠) by DimeNet (Klicpera et al, 2020) Dipole Moment Energy U HOMO LUMO Heat Capacity Enthalpy H Dipole Moment Energy U HOMO LUMO Heat Capacity Enthalpy H 堣唒㷕统ח״׷✮庠כ׭׏׍ׯ䔲׋׷ر٦ةך䲧ִ倯如痥דכ㣐ֹז〳腉䚍ָ֮׷

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ਅ஋(x࣠) vs ༧ଌ஋(y࣠) by DimeNet (Klicpera et al, 2020) Dipole Moment Energy U HOMO LUMO Heat Capacity Enthalpy H Dipole Moment Energy U HOMO LUMO Heat Capacity Enthalpy H ⦓鸞ְז׵ ⼧ⴓ鏩㺁דֹ׷✮庠铎䊴 ֿ׸כذأزر٦ة 鎮箺儗ח 鋅ׇגזְر٦ة ך穠卓堣唒㷕统ח״׷✮庠כ׭׏׍ׯ䔲׋׷ر٦ةך䲧ִ倯如痥דכ㣐ֹז〳腉䚍ָ֮׷

堣唒㷕统כչ倜׃ְ؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ 堣唒㷕统ך،ٕ؞ٔؤيך麩ְכ㞮歲简ך䒷ֹ倯ך倯ꆙך׍ְָ׌ֽ ر٦ة Decision Tree Random Forest GBDT Nearest Neighbor
Logistic Regression SVM Gaussian Process Neural Network

堣唒㷕统כչ倜׃ְ؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ 㞮歲简ך䒷ֹ倯ך倯ꆙ ⰻ鿇⾱椚כչ刼꬗ٌرٕպ׾挿חؿ؍حذ؍ؚٝ׃גְ׷׌ֽ

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堣唒㷕统כչ倜׃ְ؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ Random Forest Gaussian Process Logistic Regression ։ך然桦⦼ 1 ⳿⸂SFE
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堣唒㷕统כչ倜׃ְ؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ չ刼꬗ٌرٕպךⰻ鿇ػًٓة⦼׾锃侭׃ג鋅劤挿חֲ֮״ֲؿ؍حذ؍ؚׅٝ׷ Random Forest Neural Network SVR Kernel Ridge p1
p2 p3 p4  刼꬗ٌرٕ

跐駈䋞劄涸ㄎן倯ח״׷䎐䟝ח׀岣䠐׾ 植㖈ך堣唒㷕统כ♧菙ח鸬䟝ׁ׸׷4'涸זչ➂䊨濼腉 "* պהכַז׶ַֽꨄ׸גְ׷ָծ չر٦ة׾✮庠ח㢌ִ׷պ⩎꬗ָ֮ת׶ח䓼⸂ז׋׭ծ猘׋׍ך傈䌢欰崞ַ׵➙䖓ך爡⠓ך ؕةثחתד䕦갟׾⿹ר׉ֲה׃גְ׷˘ չ➂䊨濼腉պչ堣唒㷕统պזוך䋞劄涸ㄎן倯כ劤颵׾ىأٔ٦س׃װְׅךד׀岣䠐׾ wishful mnemonics https://arxiv.org/abs/2104.12871

帾㾴㷕统ה邌植㷕统 Deep Learning q1 q2 q3 q4  刼꬗ٌرٕ Ⰵ⸂㢌侧
垥彊涸ז 堣唒㷕统 Random Forest GBDT Nearest Neighbor SVM Gaussian Process Neural Network

帾㾴㷕统ה邌植㷕统 Deep Learning q1 q2 q3 q4  刼꬗ٌرٕ p1
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https://colah.github.io/posts/2014-03-NN-Manifolds-Topology/ 帾㾴㷕统ה邌植㷕统 Deep Learning דֹ׷׌ֽ简ד ⴓֽ׵׸׷״ֲח 㢌䳔׾㷕统 ְא׮ֲתְֻֻ הכꣲ׵זְ˘կ ꟦麩ִ׷ה⯋״׶
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(15⭙ػًٓة 植➿ך堣唒㷕统ך䪮遭灇瑔ָぢֹさֲ鏣㹀 ⭙⦐ךػًٓة⦼׾䭯אٌرٕ׾侧⼧♰ך㢌侧׾䭯א侧⼪♰⦐ךر٦ةחؿ؍حذ؍ؚٝ 넝如⯋ךⰅ⳿⸂ꟼ⤘ָוך״ֲז׮ךד֮׏ג׮邌植ׅ׷׋׭ػًٓة侧׮娤טקו㢳ְ q1 q2 q3 q4  刼꬗ٌرٕ <latexit sha1_base64="mpuRLmJhhTRKlPt+QsNIZJRw5HU=">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</latexit> x1 <latexit sha1_base64="C1ohMOVeKO2tnLKPo8dfEeHHC5o=">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</latexit> x2 <latexit sha1_base64="80tKy5O2X9pRix5cNVQWm3Mk5KI=">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</latexit> xd p1 p2 p3 p4  㢌侧㢌䳔邌植㷕统  ׋ֻׁ׿ך Ⰵ⸂㢌侧

穠卓ה׃ג植㖈ך堣唒㷕统ٌرٕכ،م׫׋ְחر٦ة׾굸ֲ˘ ˖ ⡦ד׮ַ׿ד׮Ⰵ⸂㢌侧חⰅ׸תֻ׷Ⰻ鿇Ⰵ׶ٌرٕכչؗحثٝءؙٝ㔐䌓պה䴅䲪ׁ׸ ⠗窟涸ז䘔欽窟鎘㷕דכةـ٦׌׏׋˘ 麓黝さךٔأָؙ㣐ֹֺׅג葺ְֿהזְַ׵ ˖ 葺䚍ך麓黝さչؽحؚر٦ةպדכ麓黝さ荈⡤ָ׉׮׉׮ꨇ׃ְךד孡ח׃זְ甧㜥׮ ءّنְ钠濼腉⸂ךֶתִ׵➂꟦חה׏׋׵չؽحؚպر٦ةַ׮׃׵׿ֽוծ مٝوח䗳銲ז䞔㜠ꆀַ׵׃׋׵عشؙا׫׋ְז׮׿װזխ
CZر؍٦فٓ٦صؚٝ圫堣唒㷕统⻉㷕椚锷٥悵㖈涸〳腉䚍ה植㹋ך㣐ֹזٍؘحف 植➿ך堣唒㷕统כ䓼⸂ד葺ְر٦ةָ⼧ⴓח֮׸ל醱꧟זⰅ⳿⸂ꟼ⤘ד׮㷕统דֹ׷ 植㹋חכծ鍑瑞꟦ך䎢ַׁ׵罋ִ׸לչؽحؚر٦ةպדׅ׵չ⼧ⴓպך宏彊חכקו黅ְ˘

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p2 p3 p4  刼꬗ٌرٕ 刼꬗ٌرָٕו׿זⰅ⳿⸂ꟼ⤘ד׮邌植דֹ׷ֿהָ鷞ח 亻⡂湱ꟼװ6OEFSTQFDJDBUJPOך㉏겗׾䝤⻉ׇׁגְ׷ 䌓秛غ؎،أך鏣鎘 ✲⵸ח䱱׃גְֶ׋葺ְ䠬ׄךػًٓةⴱ劍⦼׾⢪ֲ

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堣唒㷕统⻉㷕ך溪ך㉏겗 ♴鎸כו׸׮堣唒㷕统דַז׶넝礵䏝ז✮庠ָדֹתָׅծ׉׸כ猘׋׍ָ׉ך➬穈׫׾ 椚鍑דֹ׋ֿה׾㼰׃ד׮䠐㄂ׅ׷׌׹ֲַ וֲװ׏ג鋅ִגְ׷׮ך׾钠陎 וֲװ׏׋׵㔲烝⹧ג׷ ˑ֮׶ָהֲ˒ J’aime la musique I
love music וֲװ׏ג갈岚ַ׵鎉衝׾椚鍑 וֲװ׏ג㢳鎉铂׾椚鍑 չ✮庠ָדֹ׷պֿהכչ椚鍑պװչ涪鋅պָדֹ׷ֿה׾湫䱸כ䠐㄂׃זְ ءٝ

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Nature Reviews Drug Discovery 17 (2018) 㹋꿀荈⹛⻉ך䪮遭涸涪㾜⻉㷕ד׮ꬊ⸬桦ז⸤⫴ְָ׆׸荈⹛⻉ׁ׸׷ךכ娖〷涸䗳搫

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363 (2019) Nature 583 (2020) Nature Reviews Drug Discovery 17 (2018) 㹋꿀荈⹛⻉ך䪮遭涸涪㾜⻉㷕ד׮ꬊ⸬桦ז⸤⫴ְָ׆׸荈⹛⻉ׁ׸׷ךכ娖〷涸䗳搫

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➙傈ך鑧չ堣唒㷕统պչ⻉㷕պ 堣唒㷕统כչر٦ة׾✮庠ח㢌ִ׷պ 堣唒㷕统כչ倜׃ְ׉׃ג׭׏׍ׯ꧟ז؝ٝؾُ٦ةفؚٗٓيך⡲׶倯պ 植㖈ך堣唒㷕统ٌرٕכ،م׫׋ְחر٦ة׾굸ֲ˘ ءّنְ钠濼腉⸂ךֶתִ׵➂꟦חה׏׋׵չؽحؚպر٦ةַ׮׃׵׿ֽוծ مٝوח䗳銲ז䞔㜠ꆀַ׵׃׋׵عشؙا׫׋ְז׮׿װזCZر؍٦فٓ٦صؚٝ圫
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サイエンスアゴラ2021 機械学習〜データを予測に変える技術〜で化学に挑む！

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