机器学习用于弥合密度函数理论和合集群能量之间的差距
Marcel Ruth1, Dennis Gerbig1, Peter R Schreiner1
1Institute of Organic Chemistry, Justus Liebig University, Heinrich-Buff-Ring 17, 35392 Giessen, Germany.
机器学习模型可以预测大型分子系统的精确电子能量. 在定制数据库上训练的图形神经网络实现了高精度,使反应设计的计算化学速度更快.
科学领域:
- 计算化学计算化学
- 机器学习 机器学习
- 量子化学 是一个量子化学.
背景情况:
- 精确的电子能量对于化学反应设计和机械学研究至关重要.
- 像合集群理论这样的高级计算方法提供了准确性,但对于大型系统而言,它们受到计算成本的限制.
- 需要快速准确的方法来计算更大的分子系统的电子能量.
研究的目的:
- 开发机器学习模型,用于准确预测分子系统的电子能量.
- 为训练机器学习模型创建电子能量的综合数据库.
- 为了实现更快,更容易获得的高水平的能量计算,用于计算化学.
主要方法:
- 创建了一个~8000有机单体和~2000双体的数据库,能量计算为B3LYP-D3(BJ) /cc-pVTZ.
- 使用各种密度函数理论和合集群方法计算了单点能量.
- 在生成的数据集上使用两个不同的图形表示来训练图形神经网络模型.
主要成果:
- 机器学习模型实现了0.78 kcal mol-1的平均绝对误差,用于从B3LYP-D3(BJ) /cc-pVTZ输入中预测CCSD(T) /cc-pVTZ能量.
- 模型预测了DLPNO-CCSD(T) /cc-pVTZ能量,单体的平均绝对误差为0.50 kcal mol-1和二体的0.18 kcal mol-1.
- 二聚体模型在S22数据库上得到验证,单聚体模型在复杂分子系统上进行了测试.
结论:
- 机器学习模型,特别是图形神经网络,可以准确地预测分子系统的高水平电子能量.
- 开发的模型为大型系统提供了一个计算效率高的替代方案,而不是传统的高级方法.
- 这种方法对加速反应设计和计算化学中的机理学研究具有重大意义.
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