计算机科学 > 机器学习
[提交于 2025年7月3日
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标题: 潜在热力学流:从有限数据中统一表示学习和生成建模温度依赖行为
标题: Latent Thermodynamic Flows: Unified Representation Learning and Generative Modeling of Temperature-Dependent Behaviors from Limited Data
摘要: 准确表征复杂分子系统的平衡分布及其对环境因素(如温度)的依赖关系,对于理解热力学性质和转变机制至关重要。将这些分布投影到有意义的低维表示上,可以实现可解释性和后续分析。生成式AI的最新进展,特别是流模型(如归一化流NFs),在建模此类分布方面显示出前景,但如果没有定制的表示学习,其应用范围是有限的。在本工作中,我们引入了潜在热力学流(LaTF),这是一个端到端框架,将表示学习和生成建模紧密结合。LaTF将状态预测信息瓶颈(SPIB)与NFs结合,同时学习称为集体变量(CVs)的低维潜在表示,分类亚稳态,并在训练数据之外的温度下生成平衡分布。表示学习和生成建模的两个组件被联合优化,确保学习到的潜在特征捕捉系统的慢速、重要自由度,同时生成模型能准确再现系统的平衡行为。我们在多种系统中展示了LaTF的有效性,包括一个模型势能、Chignolin蛋白和Lennard Jones粒子簇,通过多种指标和大量模拟进行彻底评估和基准测试。最后,我们将LaTF应用于RNA四环系统,在仅使用两种温度的模拟数据的情况下,LaTF重建了温度依赖的结构集合和熔化行为,与实验和先前广泛计算结果一致。
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