[發(fā)明專利]一種基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110318381.8
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113140267A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王坤峰;賴欣;楊培松;陽慶元;俞度立
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C20/50;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京翔石知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11816
• 代理人: 李勇

1.一種基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，包括：

步驟a，將有機分子結(jié)構(gòu)通過圖結(jié)構(gòu)拓撲映射轉(zhuǎn)換成分子圖，將該有機分子結(jié)構(gòu)中的原子和化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換為分子圖中的節(jié)點和邊，并將分子圖的嵌入表示作為圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入；

步驟b，通過圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用消息傳播過程學(xué)習(xí)所述分子圖的輸入表示、學(xué)習(xí)該分子圖的節(jié)點和邊的表示并生成新節(jié)點和新邊的表示；

步驟c，在所述學(xué)習(xí)過程中通過圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對所述分子圖進行決策并將所述新節(jié)點或新邊添加到所述分子圖中以生成新型分子結(jié)構(gòu)；

步驟d，對所述具有新型分子結(jié)構(gòu)的新型分子進行化學(xué)價效約束確認以生成與原子化學(xué)性質(zhì)相似的新型分子結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，在所述步驟a中，將所述有機分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成所述分子圖的過程包括：

步驟a-1，讀取輸入分子的數(shù)據(jù)文件，根據(jù)該分子的數(shù)據(jù)文件類型獲取相應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)；

步驟a-2，將所述分子結(jié)構(gòu)中的原子和化學(xué)鍵映射為對應(yīng)的節(jié)點和邊；

步驟a-3，將所述分子結(jié)構(gòu)映射生成包含所述節(jié)點和邊的分子圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，在所述步驟b中，所述分子圖表示包括對于任意一個分子圖G(V,E)，其中V為分子圖節(jié)點集合，E為分子圖邊集合，將所述分子圖中節(jié)點進行向量表示，該向量表示為節(jié)點嵌入向量h_v，其中v∈V，對所有所述分子圖中所有節(jié)點嵌入向量經(jīng)高緯度求和以得到所述分子圖嵌入向量h_G，計算公式如下：

其中，是節(jié)點嵌入向量h_v由較低維度到較高維度的映射。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，所述消息傳播過程包括所述節(jié)點在所述分子圖上迭代地傳播和聚集來自本地鄰居的信息，在每一輪傳播中，在所述分子圖的各條所述邊上計算一個消息向量，計算完成時各所述節(jié)點收集所有傳入其本身的消息以生成消息集合并更新其本身的表示形式和所述節(jié)點嵌入向量，所述消息集合計算式為：

所述節(jié)點嵌入向量的更新計算式為：

其中，a_v為所述節(jié)點v的消息聚合，f_e(h_m,h_v,e_m,v)為從m到v的消息向量，為節(jié)點更新，e_m,v為從端點m，v的邊特征向量。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，所述消息傳播過程中，對于一組所述節(jié)點嵌入h_V，表示為prop(h_V,G)的一輪傳播返回一組轉(zhuǎn)換后的節(jié)點嵌入表示，該節(jié)點嵌入表示為當(dāng)所述消息傳播更新迭代T輪后，計算所述經(jīng)T輪更新的嵌入表示計算公式為：

其中，h_V為圖中節(jié)點集的嵌入表示，G為分子圖本身，prop^T()為執(zhí)行T輪的消息函數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的定向分子生成方法，其特征在于，所述節(jié)點嵌入聚集來自每個節(jié)點鄰居的信息，并進行多輪傳播，用于在較大鄰域聚集信息，所述未進行prop傳播的聚合操作計算公式如下：

其中，A()為一般的聚合函數(shù)，h_G為圖嵌入表示。