Normalizing flows (NF) are a class of powerful generative models that have gained popularity in recent years due to their ability to model complex distributions with high flexibility and expressiveness. In this work, we introduce a new type of normalizing flow that is tailored for modeling positions and orientations of multiple objects in three-dimensional space, such as molecules in a crystal. Our approach is based on two key ideas: first, we define smooth and expressive flows on the group of unit quaternions, which allows us to capture the continuous rotational motion of rigid bodies; second, we use the double cover property of unit quaternions to define a proper density on the rotation group. This ensures that our model can be trained using standard likelihood-based methods or variational inference with respect to a thermodynamic target density. We evaluate the method by training Boltzmann generators for two molecular examples, namely the multi-modal density of a tetrahedral system in an external field and the ice XI phase in the TIP4P-Ew water model. Our flows can be combined with flows operating on the internal degrees of freedom of molecules, and constitute an important step towards the modeling of distributions of many interacting molecules.


翻译:正常化流(NF)是一组强大的基因模型,近年来由于能够以高度灵活和直观的方式模拟复杂分布,近年来越来越受欢迎。在这项工作中,我们引入了一种新的正常化流,为三维空间中多个物体(如晶体中的分子)的模型位置和方向而专门设计。我们的方法基于两个关键概念:第一,我们定义单元四元组的顺畅和表达流,使我们能够捕捉僵硬体连续旋转运动;第二,我们使用单位四元的双重覆盖属性来定义旋转组的适当密度。这确保我们的模型能够利用标准的概率法或对热动力目标密度的变异推论来接受培训。我们通过培训波尔茨曼生成器来培训两个分子实例的方法,即外部领域四面系统多式密度和TIP4P-Ew水模型中的冰十一级。我们的流动可以与分子内部自由度的流动结合起来,并构成向分子分子模型许多互动的模型分布的重要步骤。

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