Deep molecular dreaming: inverse machine learning for de-novo molecular design and interpretability with surjective representations
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Computer-based de-novo design of functional molecules is one of the most prominent challenges in cheminformatics today. As a result, generative and evolutionary inverse designs from the field of artificial intelligence have emerged at a rapid pace, with aims to optimize molecules for a particular chemical property. These models ‘indirectly’ explore the chemical space; by learning latent spaces, policies, and distributions, or by applying mutations on populations of molecules. However, the recent development of the SELFIES (Krenn 2020 Mach. Learn.: Sci. Technol. 1 045024) string representation of molecules, a surjective alternative to SMILES, have made possible other potential techniques. Based on SELFIES, we therefore propose PASITHEA, a direct gradient-based molecule optimization that applies inceptionism (Mordvintsev 2015) techniques from computer vision. PASITHEA exploits the use of gradients by directly reversing the learning process of a neural network, which is trained to predict real-valued chemical properties. Effectively, this forms an inverse regression model, which is capable of generating molecular variants optimized for a certain property. Although our results are preliminary, we observe a shift in distribution of a chosen property during inverse-training, a clear indication of PASITHEA’s viability. A striking property of inceptionism is that we can directly probe the model’s understanding of the chemical space on which it is trained. We expect that extending PASITHEA to larger datasets, molecules and more complex properties will lead to advances in the design of new functional molecules as well as the interpretation and explanation of machine learning models.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,002 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,002 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,003 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».