Machine learning in computational chemistry: interplay between (non)linearity, basis sets, and dimensionality

文献情報

出版日 2022-12-07
DOI 10.1039/D2CP04155C
インパクトファクター 3.676
著者

Sergei Manzhos, Shunsaku Tsuda, Manabu Ihara


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要旨

Machine learning (ML) based methods and tools have now firmly established themselves in physical chemistry and in particular in theoretical and computational chemistry and in materials chemistry. The generality of popular ML techniques such as neural networks or kernel methods (Gaussian process and kernel ridge regression and their flavors) permitted their application to diverse problems from prediction of properties of functional materials (catalysts, solid state ionic conductors, etc.) from descriptors to the building of interatomic potentials (where ML is currently routinely used in applications) and electron density functionals. These ML techniques are assumed to have superior expressive power of nonlinear methods, and are often used “as is”, with concepts such as “non-parametric” or “deep learning“ used without a clear justification for their need or advantage over simpler and more robust alternatives. In this Perspective, we highlight some interrelations between popular ML techniques and traditional linear regressions and basis expansions and demonstrate that in certain regimes (such as a very high dimensionality) these approximations might collapse. We also discuss ways to recover the expressive power of a nonlinear approach and to help select hyperparameters with the help of high-dimensional model representation and to obtain elements of insight while preserving the generality of the method.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
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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