[發(fā)明專利]一種基于深層圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分子表示方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211560221.5
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN116504333A
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏驍勇;田奇;楊震群;曹溢;黃文禹;嚴(yán)麗巧
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G16C20/70
• 分類號: G16C20/70;G16C20/50;G06N3/0464;G06N3/08
• 代理公司: 成都正煜知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51312
• 代理人: 袁宇霞

1.一種基于深層圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分子表示方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1.調(diào)用第三方庫將分子的計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為分子圖，分子圖包括鄰接矩陣、結(jié)點(diǎn)和邊，其中，調(diào)用第三方庫包括RDKit；

S2.分析分子圖得到分子圖的結(jié)點(diǎn)和邊的初始特征向量；

S3.基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和鄰接矩陣對結(jié)點(diǎn)和邊的初始特征向量進(jìn)行密集殘差圖卷積運(yùn)算，得到新的結(jié)點(diǎn)和邊的特征向量；

S4.對新的結(jié)點(diǎn)和邊的特征向量進(jìn)行池化操作，得到分子表示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于深層圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分子表示方法，其特征在于：所述步驟S1的具體步驟為：

S1.1.獲取分子的計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)，其中，計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)是以“.MOL”、“.SDF”、“.KCF”為后綴存儲起來的分子的文本文件，或一串基于SMILES表示法的分子字符串；

S1.2.若計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)為以“.MOL”、“.SDF”、“.KCF”后綴存儲起來的分子的文本文件，轉(zhuǎn)到步驟S1.3，若計(jì)算機(jī)存儲數(shù)據(jù)為以SMILES表示法存儲起來的分子的文本文件，轉(zhuǎn)到步驟S1.4，否則，跳過；

S1.3.初始化一個(gè)空的分子類，并采用開源工具包rdkit中的函數(shù)從上到下逐行掃描分子的文本文件，在分子類中依次讀入原子信息和化學(xué)鍵信息，將原子信息和化學(xué)鍵信息分別存儲進(jìn)分子類中的結(jié)點(diǎn)和邊，得到一個(gè)存儲了結(jié)點(diǎn)和邊的分子類，其中，原子信息包括原子位置、原子描述符、化學(xué)鍵類型和作為結(jié)點(diǎn)唯一標(biāo)識的原子ID，化學(xué)鍵信息以原子IDi-原子IDj關(guān)系對記錄，i表示第i個(gè)原子，j表示第j個(gè)原子，且i≠j，化學(xué)鍵類型包括以“-”表示的單鍵，“＝”表示的雙鍵，“#”表示的三鍵，“：”表示的芳香鍵，“*”代表的其他鍵，原子描述符包括“C”、“H”、“0”；

S1.4.初始化一個(gè)空的分子類，采用開源工具包rdkit中的函數(shù)分析存儲的一維序列分子字符串的字符中的原子、原子的邊類型、支鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)結(jié)構(gòu)，并基于原子、原子的邊類型、支鏈結(jié)構(gòu)和環(huán)結(jié)構(gòu)得到原子信息和化學(xué)鍵信息，將原子信息和化學(xué)鍵信息分別存儲進(jìn)分子類中的結(jié)點(diǎn)和邊，得到一個(gè)存儲了結(jié)點(diǎn)和邊的分子類，其中，一個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲一個(gè)原子信息，一個(gè)邊存儲一個(gè)化學(xué)鍵信息，一維序列分子字符串包含以英文字母元素符號表示的原子，“-”表示的單鍵，“＝”表示的雙鍵，“#”表示的三鍵，“：”表示的芳香鍵，“()”內(nèi)表示碳鏈分支和環(huán)的斷開處用數(shù)字標(biāo)記，分子類中原子信息包括原子位置、原子描述符、化學(xué)鍵類型和作為結(jié)點(diǎn)唯一標(biāo)識的原子ID，化學(xué)鍵信息以原子IDi-原子IDj關(guān)系對記錄，i表示第i個(gè)原子，j表示第j個(gè)原子，且i≠j，化學(xué)鍵類型包括以“-”表示的單鍵，“＝”表示的雙鍵，“#”表示的三鍵，“：”表示的芳香鍵，“*”代表的其他鍵，原子描述符包括“C”、“H”、“0”、“N”、“S”、“P”、“Cl”、“Si”，氫原子“H”、單鍵和芳香鍵在SMILES和分子類中省略或保留；

S1.5.初始化一個(gè)分子圖類以及一個(gè)行和列都為結(jié)點(diǎn)數(shù)大小的零矩陣，行列索引步驟S1.3或步驟S1.4得到的分子類中對應(yīng)的原子ID，根據(jù)原子IDi-原子IDj關(guān)系對，在零矩陣中對應(yīng)的位置填入1，得到基于無向圖的鄰接矩陣A，鄰接矩陣蘊(yùn)含了分子圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將分子類中存儲了原子信息的結(jié)點(diǎn)和存儲了化學(xué)鍵信息的邊，與鄰接矩陣一同存儲進(jìn)分子圖類作為屬性，得到一個(gè)存儲了結(jié)點(diǎn)、邊、鄰接矩陣的分子圖類，即分子圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于深層圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分子表示方法，其特征在于：所述步驟S2的具體步驟為：

步驟S2.1：根據(jù)分子圖中原子在元素周期表中的原子序號，為每個(gè)存儲了原子信息的結(jié)點(diǎn)構(gòu)造一個(gè)118維為長度的one-hot向量，得到的向量作為結(jié)點(diǎn)的初始向量，存儲在分子圖中，其中，118維基于最大原子序數(shù)確定的；

步驟S2.2：傳入步驟S2.1得到的分子圖，初始化一個(gè)長度為5的列表：[0：單鍵，1：雙鍵，2：三鍵，3：芳香鍵，4：其他]，初始化一個(gè)5維的零向量，根據(jù)化學(xué)鍵類型的對應(yīng)數(shù)字，在對應(yīng)位置賦值為1，得到一個(gè)5維的one-hot向量，并將得到的向量作為邊的初始特征向量，存入分子圖中。