Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Автор: Ворожцов Артем, НС 234

Курс «Нейронные сети и их применение в научных исследованиях»

ЯМР спектроскопия

Применяется для:

• Установления молекулярной структуры соединений (включая трехмерную структуру белков).
• Изучения состава и структуры минералов.
• Исследования динамических процессов.
• Неразрушающего и безвредного изучения морфологии и свойств живых объектов (МРТ).

​

​

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Цель работы

Создание алгоритма машинного обучения для идентификации химических веществ в смесях.

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Исходные данные для обучения

Schuetzke, J.; Szymanski, N.J.; Reischl, M. Validating neural networks for spectroscopic classification on a universal synthetic dataset. npj Comput Mater 2023, 9, 100.

train: 500x20, val: 500x5, test: 500x5

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Реалистичность данных

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Проблема смесей

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Формирование триплетов

anchor positive negative

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Архитектура сверточной сети

• Conv1d
• MaxPool1d
• LeakyReLU
• BatchNorm1d

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Распределение эмбеддингов

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Определение состава смеси

Модель

Усреднение

внутри класса

Индивидуальные вещества

Все возможные бинарные смеси

+

+

+

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Определение состава смеси

Модель

+

+

+

+

+

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Качество

Определение состава смесей по данным одномерной ЯМР спектроскопии с использованием сверточной нейронной сети

Качество