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Machine learning of accurate energy-conserving molecular force fields

机译:精确的节能分子力场的机器学习

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摘要

Using conservation of energy—a fundamental property of closed classical and quantum mechanical systems—we develop an efficient gradient-domain machine learning (GDML) approach to construct accurate molecular force fields using a restricted number of samples from ab initio molecular dynamics (AIMD) trajectories. The GDML implementation is able to reproduce global potential energy surfaces of intermediate-sized molecules with an accuracy of 0.3 kcal mol−1 for energies and 1 kcal mol−1 Å̊−1 for atomic forces using only 1000 conformational geometries for training. We demonstrate this accuracy for AIMD trajectories of molecules, including benzene, toluene, naphthalene, ethanol, uracil, and aspirin. The challenge of constructing conservative force fields is accomplished in our work by learning in a Hilbert space of vector-valued functions that obey the law of energy conservation. The GDML approach enables quantitative molecular dynamics simulations for molecules at a fraction of cost of explicit AIMD calculations, thereby allowing the construction of efficient force fields with the accuracy and transferability of high-level ab initio methods.
机译:利用能量守恒(封闭经典和量子力学系统的基本特性),我们开发了一种有效的梯度域机器学习(GDML)方法,使用从头算分子动力学(AIMD)轨迹中获取的有限数量的样本来构建精确的分子力场。 GDML实现能够以0.3 kcal mol -1 的能量精度和1 kcal mol -1 Å̊ -1 表示仅使用1000种构形几何进行训练的原子力。我们证明了AIMD分子轨迹的准确性,该分子包括苯,甲苯,萘,乙醇,尿嘧啶和阿司匹林。在我们的工作中,通过在遵循能量守恒定律的向量值函数的希尔伯特空间中学习,可以完成构造保守力场的挑战。 GDML方法使分子的定量分子动力学模拟成为可能,而费用仅为显式AIMD计算的一小部分,从而允许构建高效的力场,并具有高水平的从头算方法的准确性和可传递性。

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