Global interpretability and geometry of graph convolu- tional neural networks for chemistry in terms of chemical moieties
Notice bibliographique
Résumé
Graph convolutional neural nets, such as SchNet, [Schütt et al, Journal of Chemical Physics, 2018, 148, 241722], provide accurate predictions of chemical quantities without invoking any direct physical or chemical principles. These methods learn a hidden statistical representation of molecular systems in an end-to-end fashion; from xyz coordinates to molecular properties with many hidden layers in between. This naturally leads to the interpretability question: what underlying chemical model determines the algorithm’s accurate decision-making? To answer this question, we analyze the hidden layer activations of QM9-trained SchNet, also known as “embedding vectors” with dimension- reduction, linear discriminant analysis and Euclidean-distance measures. The result is a quantifiable geometry of the model’s decision making that identifies chemical moieties and has a low parametric space of ∼ 5 important parameters from the fully-trained 128-parameter embedding. The geometry of the embedding space organizes these moieties with sharp linear boundaries that can classify each chemical environment within <5 × 10−4 error. Euclidean distance between embedding vectors can be used to demonstrate a versatile molecular similarity measure, outperforming other popular hand- crafted representations such as Smooth Overlap of Atomic Positions (SOAP). We also reveal that the embedding vectors can be used to extract observables that are related to chemical environments such as pKa and NMR. The work is in line with the recent push for explainable AI and gives insights into the depth of modern statistical representations of chemistry, such as graph convolutional neural nets, in this rapidly evolving technology.
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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 | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
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 ».