Optimal construction of a fast and accurate polarisable water potential based on multipole moments trained by machine learning

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出版日 2009-06-05
DOI 10.1039/B905748J
インパクトファクター 3.676
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要旨

To model liquid water correctly and to reproduce its structural, dynamic and thermodynamic properties warrants models that account accurately for electronic polarisation. We have previously demonstrated that polarisation can be represented by fluctuating multipole moments (derived by quantum chemical topology) predicted by multilayer perceptrons (MLPs) in response to the local structure of the cluster. Here we further develop this methodology of modeling polarisation enabling control of the balance between accuracy, in terms of errors in Coulomb energy and computing time. First, the predictive ability and speed of two additional machine learning methods, radial basis function neural networks (RBFNN) and Kriging, are assessed with respect to our previous MLP based polarisable water models, for water dimer, trimer, tetramer, pentamer and hexamer clusters. Compared to MLPs, we find that RBFNNs achieve a 14–26% decrease in median Coulomb energy error, with a factor 2.5–3 slowdown in speed, whilst Kriging achieves a 40–67% decrease in median energy error with a 6.5–8.5 factor slowdown in speed. Then, these compromises between accuracy and speed are improved upon through a simple multi-objective optimisation to identify Pareto-optimal combinations. Compared to the Kriging results, combinations are found that are no less accurate (at the 90th energy error percentile), yet are 58% faster for the dimer, and 26% faster for the pentamer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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