本說明書一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例涉及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，尤其涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的方法。

背景技術(shù)：

1、一般地，開發(fā)新材料往往需要大量實(shí)驗(yàn)來研究它們的結(jié)構(gòu)和性能，這個(gè)過程需要花費(fèi)大量材料、時(shí)間和精力，速度慢，效率低，成本高。在新材料的研究過程中，新材料的吸附能可以通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法測試計(jì)算或查詢文獻(xiàn)的方式獲取，整個(gè)過程較為繁瑣與麻煩。而且，在得到吸附能后，如果對新材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，則需要重新通過實(shí)驗(yàn)方法測試計(jì)算驗(yàn)證才能再次得到吸附能，拉長了新材料的研發(fā)周期，逐漸無法滿足對新材料的研發(fā)速度要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本說明書一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描述了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的方法。

2、根據(jù)第一方面，提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的方法，所述方法包括：

3、在建模環(huán)境中構(gòu)建待預(yù)測材料的本征結(jié)構(gòu)和待吸附物的吸附物結(jié)構(gòu)，并基于第一性原理方法計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)；

4、分別將所述本征結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)原子替換為其他元素原子，得到各調(diào)整結(jié)構(gòu)，并基于所述第一性原理方法分別計(jì)算各所述調(diào)整結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的各第二吸附能數(shù)據(jù)；

5、基于所述第一吸附能數(shù)據(jù)和各第二吸附能數(shù)據(jù)構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集，基于所述樣品數(shù)據(jù)集訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

6、接收預(yù)測指令，確定所述預(yù)測指令對應(yīng)的吸附性能指標(biāo)，將所述吸附性能指標(biāo)輸入至訓(xùn)練好的所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到所述待預(yù)測材料對應(yīng)的吸附能。

7、優(yōu)選的，所述在建模環(huán)境中構(gòu)建待預(yù)測材料的本征結(jié)構(gòu)之后，還包括：

8、基于第一性原理方法計(jì)算對所述本征結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到測試結(jié)構(gòu)，所述測試結(jié)構(gòu)為體系能量最低、結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；

9、所述基于第一性原理方法計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，包括：

10、基于第一性原理方法計(jì)算所述測試結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量。

11、優(yōu)選的，所述基于第一性原理方法計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)，包括：

12、基于第一性原理方法調(diào)整所述吸附物結(jié)構(gòu)的吸附參數(shù)，計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，所述吸附參數(shù)包括吸附間距、原子構(gòu)型和吸附位點(diǎn)；

13、確定不同吸附參數(shù)對應(yīng)吸附結(jié)構(gòu)下的第三吸附能數(shù)據(jù)，根據(jù)各所述第三吸附能數(shù)據(jù)確定最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)。

14、優(yōu)選的，所述基于所述第一吸附能數(shù)據(jù)和各第二吸附能數(shù)據(jù)構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集之前，還包括：

15、獲取不同原子的特征數(shù)據(jù)，所述特征數(shù)據(jù)包括原子系數(shù)、原子半徑、共價(jià)半徑、第一電離能、電負(fù)性、最外層電子數(shù)、電子構(gòu)型、周期序數(shù)和族序數(shù)；

16、分別計(jì)算各所述特征數(shù)據(jù)與吸附能數(shù)據(jù)的皮爾遜相關(guān)性系數(shù)，確定所述相關(guān)性系數(shù)高于預(yù)設(shè)系數(shù)的目標(biāo)特征數(shù)據(jù)；

17、構(gòu)建吸附能數(shù)據(jù)與目標(biāo)特征數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，并標(biāo)注每個(gè)所述第二吸附能數(shù)據(jù)的目標(biāo)特征數(shù)據(jù)。

18、優(yōu)選的，所述基于所述樣品數(shù)據(jù)集訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，包括：

19、基于所述樣品數(shù)據(jù)集分別訓(xùn)練不同算法類型的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，對訓(xùn)練好的各所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行k折交叉驗(yàn)證，確定預(yù)測準(zhǔn)確性最高的目標(biāo)機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

20、優(yōu)選的，所述方法還包括：

21、針對不同所述算法類型的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，訓(xùn)練至少預(yù)設(shè)次數(shù)，將各訓(xùn)練結(jié)果的平均值作為所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練后的最終模型的評價(jià)指標(biāo)。

22、優(yōu)選的，所述方法還包括：

23、基于吸附能數(shù)據(jù)由高到低的順序?qū)Ω魉隹蛇x結(jié)構(gòu)進(jìn)行排序，并展示各所述可選結(jié)構(gòu)。

24、根據(jù)第二方面，提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的裝置，所述裝置包括：

25、構(gòu)建模塊，用于在建模環(huán)境中構(gòu)建待預(yù)測材料的本征結(jié)構(gòu)和待吸附物的吸附物結(jié)構(gòu)，并基于第一性原理方法計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)；

26、替換模塊，用于分別將所述本征結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)原子替換為其他元素原子，得到各調(diào)整結(jié)構(gòu)，并基于所述第一性原理方法分別計(jì)算各所述調(diào)整結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的各第二吸附能數(shù)據(jù)；

27、訓(xùn)練模塊，用于基于所述第一吸附能數(shù)據(jù)和各第二吸附能數(shù)據(jù)構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集，基于所述樣品數(shù)據(jù)集訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；

28、預(yù)測模塊，用于接收預(yù)測指令，確定所述預(yù)測指令對應(yīng)的吸附性能指標(biāo)，將所述吸附性能指標(biāo)輸入至訓(xùn)練好的所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到所述待預(yù)測材料對應(yīng)的吸附能。

29、根據(jù)第三方面，提供了一種電子設(shè)備，包括處理器以及存儲器；

30、所述處理器與所述存儲器相連；

31、所述存儲器，用于存儲可執(zhí)行程序代碼；

32、所述處理器通過讀取所述存儲器中存儲的可執(zhí)行程序代碼來運(yùn)行與所述可執(zhí)行程序代碼對應(yīng)的程序，以用于執(zhí)行如第一方面或第一方面的任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式提供的方法的步驟。

33、根據(jù)第四方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)或處理器上運(yùn)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行如第一方面或第一方面的任意一種可能的實(shí)現(xiàn)方式提供的方法。

34、本說明書實(shí)施例提供的方法及裝置，能夠通過第一性原理方法和機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合的方式，在建模環(huán)境中通過第一性原理計(jì)算確定最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)的吸附能數(shù)據(jù)，以此構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，并根據(jù)模型快速計(jì)算出相應(yīng)的吸附能。同時(shí)，即使待預(yù)測材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，也能夠通過訓(xùn)練好的模型快速計(jì)算出變化后的吸附能，不僅加速了對待預(yù)測材料具有優(yōu)異吸附性能的結(jié)構(gòu)篩選的過程，還減少了篩選花費(fèi)的時(shí)間，提高了篩選效率，滿足了新材料的研發(fā)速度要求。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在建模環(huán)境中構(gòu)建待預(yù)測材料的本征結(jié)構(gòu)之后，還包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于第一性原理方法計(jì)算所述本征結(jié)構(gòu)吸附所述吸附物結(jié)構(gòu)的能量，得到最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一吸附能數(shù)據(jù)和各第二吸附能數(shù)據(jù)構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集之前，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述樣品數(shù)據(jù)集訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

8.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中存儲有指令，當(dāng)所述指令在計(jì)算機(jī)或處理器上運(yùn)行時(shí)，使得所述計(jì)算機(jī)或處理器執(zhí)行如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本說明書實(shí)施例公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測材料結(jié)構(gòu)對吸附物吸附性能的方法。該方法包括構(gòu)建待預(yù)測材料的本征結(jié)構(gòu)和待吸附物的吸附物結(jié)構(gòu)，確定最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的第一吸附能數(shù)據(jù)；將至少一個(gè)原子替換為其他元素原子，確定最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)下的各第二吸附能數(shù)據(jù)；基于第一吸附能數(shù)據(jù)和各第二吸附能數(shù)據(jù)構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型；接收預(yù)測指令，將吸附性能指標(biāo)輸入至訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，得到各可選結(jié)構(gòu)。本說明書實(shí)施例能夠在建模環(huán)境中通過第一性原理計(jì)算確定最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)的吸附能數(shù)據(jù)，并以此構(gòu)建樣品數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，加速了對待預(yù)測材料具有優(yōu)異吸附性能的結(jié)構(gòu)篩選的過程，減少了篩選花費(fèi)的時(shí)間，提高了篩選效率。

技術(shù)研發(fā)人員：吳旻,陳濤,陳錦楓,阮王陽,鄧平飛,魏蘇皖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江天堃生態(tài)環(huán)境科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/17