Redian新闻
>
Npj Comput. Mater.: 知识的力量—数据与知识的正面较量

Npj Comput. Mater.: 知识的力量—数据与知识的正面较量

科学

海归学者发起的公益学术平台

分享信息,整合资源

交流学术,偶尔风月

材料反向设计常用到计算模拟与机器学习的结合,计算模拟提供材料的预测性质数据,机器学习反向预测给定性质所对应的材料结构。如果将理论计算程序比作“知识”,计算模拟得到的材料性质比作“数据”,将“知识”与“数据”放到机器学习模型的视角下,二者谁在主导?


Fig. 1 Numerical simulation of water sorption in a porous matrix.


显然,机器学习模型是建立在“数据”训练的基础上,从传统逻辑看,即便“数据”构建中运用了一些“知识”,“数据”的主导地位毋庸质疑。所谓成也数据,败也数据,由数据驱动的机器学习模型通常不具备外延推理能力,原因很简单,魔法的使用是有界限条件的。

 

Fig. 2 End-to-end differentiable reformulation of the sorption simulation.


如果魔法不能打败魔法,机器学习模型的外推能力如何被拯救?如何要求模型预测一个从未见过的材料性质所对应的结构特征?

 

Fig. 3 Accuracy of the differentiable simulator.


来自四川大学高分子学院的固体信息学AI实验室(SOFT-AI-Lab)刘晗团队,联合美国加州大学洛杉矶分校与谷歌大脑团队合作者,从机器学习模型视角出发,提出了一个直接由“知识”训练的深度计算框架,让计算模拟与深度学习相互融合,摆脱了对预定义训练数据的依赖,并获得卓越的外延推理能力。

 

Fig. 4 Training an inverse design generator by the differentiable simulator. 


基于可微分程序与硬件加速,该团体设计一类可微分的材料模拟器,直接端对端接入深度学习生成器模型,通过模拟器的物理知识(而非预定义数据)直接训练生成器,突破了传统反向设计思路的外推精度局限,并采用矩阵处理器实现计算加速。


Fig. 5 Training acceleration by Tensor Processing Unit (TPU) computing.


该研究以多孔材料吸附曲线模拟为例,利用上述深度计算框架,实现了精准预测任意曲线所对应的多孔结构特征,证明以物理知识直接训练生成器将极大提升模型的外延推理能力,同时也突出了矩阵处理器在加速计算模拟应用上的潜力。该研究提出的材料反向设计新架构,将有望推动材料反向设计范式变革,实现高性能新材料的加速开发。


该文近期发表于npj Computational Materials 9,: 121(2023)英文标题与摘要如下,点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。


End-to-end differentiability and tensor processing unit computing to accelerate materials’ inverse design 


Han Liu, Yuhan Liu, Kevin Li, Zhangji Zhao, Samuel S. Schoenholz, Ekin D. Cubuk, Puneet Gupta & Mathieu Bauchy


Numerical simulations have revolutionized material design. However, although simulations excel at mapping an input material to its output property, their direct application to inverse design has traditionally been limited by their high computing cost and lack of differentiability. Here, taking the example of the inverse design of a porous matrix featuring targeted sorption isotherm, we introduce a computational inverse design framework that addresses these challenges, by programming differentiable simulation on TensorFlow platform that leverages automated end-to-end differentiation. Thanks to its differentiability, the simulation is used to directly train a deep generative model, which outputs an optimal porous matrix based on an arbitrary input sorption isotherm curve. Importantly, this inverse design pipeline leverages the power of tensor processing units (TPU)—an emerging family of dedicated chips, which, although they are specialized in deep learning, are flexible enough for intensive scientific simulations. This approach holds promise to accelerate inverse materials design.



扩展阅读

 
Npj Comput. Mater.: 狸猫换太子—实现高居里温度
Npj Comput. Mater.: 纵然藏她千百度,暮回首,AI把她全揭露
Npj Comput. Mater.: 基于二维范德华异质结能带调控的平面铁电隧道结
Npj Comput. Mater.: 搭乘“特快列车”的异相催化原子模拟
本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容
媒体转载联系授权请看下方

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。
相关阅读
28岁新手妈妈与产后抑郁“正面刚”,引TikTok网友欢呼:是姐妹的力量!maxsun GeForce GTX 1660 Super Terminator Computer Video Graphics凯撒:最伟大的古罗马战将和政治超级名星,古罗马共和国的终结者Npj Comput. Mater.: 阴离子基团旋转—对锂离子扩散的弱负效应痛苦和康复之路Npj Comput. Mater.: 相场模拟—从微观到宏观地理解和设计合金科研时代锐力量——中国科技期刊卓越行动计划成果展(第70期):《Journal of Materiomics》Npj Comput. Mater.: 金属3D打印质量参差不齐?为你揭开这些关键之谜!Npj Comput. Mater.: 多相态氧化镓—机器学习势函数的试金石【城事】巴黎市长将重修Châtelet 广场以方便行人最初的造梦人-马韬Npj Comput. Mater.: 超快激光的妙手真可“点石(墨)成金(刚石)”Npj Comput. Mater.: 机器学习预测晶格热导率:快!准!常识的力量:谎言重复一万遍,也成不了真理5088 血壮山河之武汉会战 黄广战役 20基于AI和NPU的Codec变革——VPU与NPU的协同创新Npj Comput. Mater.: 一叶知秋—材料科学中的小数据机器学习Npj Comput. Mater.: 高通量计算—助力Heusler功能材料设计Npj Comput. Mater.: 狸猫换太子—实现高居里温度Npj Comput. Mater.: 晶格点缺陷很小,但其可能搅动世界Npj Comput. Mater.: 自旋极化—非易失电调控Npj Comput. Mater.: 基于二维范德华异质结能带调控的平面铁电隧道结每天10句英语口语|Is this computer yours?巴黎市长将重修Châtelet 广场以方便行人Npj Comput. Mater.: 原子间固有的游戏规则—设计人工智能材料Npj Comput. Mater.: 材料信息学门槛高,AlphaMat带你找门道!Npj Comput. Mater.: 一维范德华异质结很迷人,但曲率如何改变电子性质太劳神!Npj Comput. Mater.: 杂化有机-无机钙钛矿,还能开挂多久?Npj Comput. Mater.: 新合金设计—样本数据迁移机器学习方Npj Comput. Mater.: 纵然藏她千百度,暮回首,AI把她全揭露!逢中必反,咋的?Npj Comput. Mater.: 通用材料多目标性能协同优化主动学习方法Npj Comput. Mater.: 高兴发团队很不高兴—与电子推推拉拉,成何体统?Npj Comput. Mater.: 高热电性能—全赫斯勒化合物Npj Comput. Mater.: “中心-环境”深度迁移学习—快速预测钙钛矿氧化物
logo
联系我们隐私协议©2024 redian.news
Redian新闻
Redian.news刊载任何文章,不代表同意其说法或描述,仅为提供更多信息,也不构成任何建议。文章信息的合法性及真实性由其作者负责,与Redian.news及其运营公司无关。欢迎投稿,如发现稿件侵权,或作者不愿在本网发表文章,请版权拥有者通知本网处理。