The development of accurate and transferable machine learning (ML) potentials for predicting molecular energetics is a challenging task. The process of data generation to train such ML potentials is a task neither well understood nor researched in detail. In this work, we present a fully automated approach for the generation of datasets with the intent of training universal ML potentials. It is based on the concept of active learning (AL) via Query by Committee (QBC), which uses the disagreement between an ensemble of ML potentials to infer the reliability of the ensemble's prediction. QBC allows our AL algorithm to automatically sample regions of chemical space where the machine learned potential fails to accurately predict the potential energy. AL improves the overall fitness of ANAKIN-ME (ANI) deep learning potentials in rigorous test cases by mitigating human biases in deciding what new training data to use. AL also reduces the training set size to a fraction of the data required when using naive random sampling techniques. To provide validation of our AL approach we develop the COMP6 benchmark (publicly available on GitHub), which contains a diverse set of organic molecules. We show the use of our proposed AL technique develops a universal ANI potential (ANI-1x), which provides very accurate energy and force predictions on the entire COMP6 benchmark. This universal potential achieves a level of accuracy on par with the best ML potentials for single molecule or materials while remaining applicable to the general class of organic molecules comprised of the elements CHNO.


翻译:开发准确和可转让的机器学习潜力以预测分子能能(ML)是具有挑战性的任务。为培训这种ML潜力而生成数据的过程既未很好理解,也未进行详细研究。在这项工作中,我们展示了一种完全自动化的生成数据集的方法,目的是培训通用ML潜力。它以委员会(QBC)查询(AL)中主动学习(AL)的概念为基础,即利用ML潜力组合之间的分歧来推断共同分子预测的可靠性。QBC使我们的AL算法能够自动地将化学空间区域样本纳入机器学习潜力无法准确预测潜在能量的区域。ALL在严格测试案例中提高了ANAKIN-ME(ANI)的深度学习潜力,通过减少人类在决定使用哪些新培训数据时的偏差。AL还利用天真随机抽样技术来将培训设定的规模减少到所需数据的一小部分。为了验证我们的AL方法,我们开发了COM6基准(在GitHub上可公开获得的准确度),它能自动地将化学空间的元素纳入化学空间的样本区域。AL(A)在严格测试中提高了一个可能的有机分子潜力,而我们提出了一套有机化学分子的精度的精度的精度。

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