Нейронную сеть научили распознавать химические формулы из научных статей
Исследователи из основанного в Сколтехе стартапа «Синтелли», МГУ имени Ломоносова и Университета «Сириус» разработали решение на базе нейронной сети для автоматического распознавания химических формул на сканах научных статей.
Статья с описанием исследования опубликована в научном журнале Chemistry-Methods, выпускаемом издательством Европейского химического общества. Человечество вступает в эпоху искусственного интеллекта, и химия здесь не исключение. Современные методы глубокого обучения всецело базируются на больших объемах качественных данных, которые необходимы для обучения нейросетей.
Хорошая новость: химические данные «не стареют». Даже если какое-то соединение было синтезировано, скажем, в начале XX века, информация о его структуре, свойствах и методах синтеза остается актуальной по сей день. Даже в наши дни всеобщей цифровизации нельзя назвать редкостью случай, когда химику-органику приходится искать по библиотекам оригинальный научный журнал или диссертацию, изданную в начале XX века, скажем, на немецком языке, чтобы получить информацию о малоизученной молекуле.
Но есть и плохая новость: не существует единого стандарта представления химических формул. Химики привыкли использовать множество приемов сокращения записи известных химических групп. Например, вместо рисунка трет-бутильной группы могут использоваться несколько вариантов обозначений: tBu, t-Bu или tert-Bu. Что еще хуже, часто целую группу похожих соединений записывают в виде шаблона с символами-заместителями (R1,R2), но сами расшифровки заместителей могут быть приведены где угодно: в таблицах, схемах, в тексте статьи, в приложениях к статье.
Добавьте сюда различные стили отрисовки в различных журналах, традиции и привычки химиков, изменения стилей рисования с течением времени. Все это приводит к тому, что иногда даже химики-эксперты теряются в попытках расшифровать «химический кроссворд» из очередной статьи. Для алгоритма эта задача и вовсе кажется неразрешимой.
Однако в руках у исследователей уже был опыт применения мощного инструмента для решения схожих задач — нейросети «Трансформер», предложенной компанией Google для машинного перевода с одного языка на другой. Вместо этого коллектив решил «переводить» изображение молекулы или молекулярного шаблона в специально разработанное текстовое представление этого шаблона. Это представление исследователи назвали Functional-Group-SMILES.
К большому удивлению авторов работы, нейросеть оказалась способна выучить практически все, если выбранный стиль отображения был представлен в обучающем наборе данных. Однако «Трансформер» сам по себе требует десятки миллионов примеров для обучения. Вручную вырезать из журналов столько химических формул просто невозможно. Тогда исследователи решили посмотреть на проблему под другим углом: сделать генератор данных, который будет создавать случайные молекулярные шаблоны комбинируя различные фрагменты молекул и стили отрисовки.
«Наше исследование наглядно демонстрирует сдвиг парадигмы в области оптического распознавания химических структур. Если раньше исследователи работали над тем, как распознать молекулярные структуры, то, благодаря уникальной производительности нейросетей типа „Трансформер“, возможно полностью сфокусироваться именно на создании генератора искусственных примеров, имитирующих большинство возможных стилей отрисовки молекулярных шаблонов.
Наш алгоритм комбинирует молекулы, функциональные группы, шрифты, стили и даже погрешности печати, фрагменты других молекул, фрагменты аннотаций и так далее. Даже химику будет тяжело сказать, была ли молекула взята из существующей статьи или ее рисунок создан нашим генератором», — говорит Сергей Соснин, руководитель исследования и основанного в Сколтехе стартапа «Синтелли».
Исследователи надеются, что метод станет важнейшим шагом на пути к химической системе искусственного интеллекта, которая будет способна «читать» и «понимать» статьи не хуже высококвалифицированного химика.
Telegram 
Дзен 
VK Физтехи разработали стохастический вариант метода Франк—Вульфа для моделирования равновесного распределения транспортных потоков. Особенность нового подхода — использование случайных фрагментов из большого массива данных — ускоряет вычисления, при этом в экспериментах метод показывает качество решения, сопоставимое с классическими алгоритмами.
Наша планета имеет шансы уцелеть во время превращения Солнца в красного гиганта и избежать полного уничтожения в термоядерном пекле. Финальная судьба Земли определится хрупким балансом между гравитационным притяжением раздувающегося светила и потерей им своей массы, из-за которой хватка звезды ослабнет и позволит планете отодвинуться на более безопасную орбиту.
Во время эксперимента с новорожденными исследователи заметили, что мозг детей способен сопоставлять количество объектов в разных «каналах» восприятия. Он реагировал по-разному на информацию о количестве, которая подавалась через слух и изображения. Это говорит о том, что человек уже рождается с базовой системой «обработки численности», то есть мозг может оценивать количество элементов еще до того, как ребенок начинает говорить или осваивать счет.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно