論文の概要: From Prediction to Action: Critical Role of Performance Estimation for
Machine-Learning-Driven Materials Discovery
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.15549v2
- Date: Thu, 7 Dec 2023 02:08:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-08 18:01:40.908487
- Title: From Prediction to Action: Critical Role of Performance Estimation for
Machine-Learning-Driven Materials Discovery
- Title（参考訳）: 予測から行動へ:機械学習による材料発見における性能推定の重要役割
- Authors: Mario Boley and Felix Luong and Simon Teshuva and Daniel F Schmidt and
Lucas Foppa and Matthias Scheffler
- Abstract要約: 我々は,事前計算したデータ収集から得られる適切な性能推定手法が欠如していることが,データ駆動材料発見の改善の根本的課題であると主張している。
本研究では,「予測された改善」獲得関数を用いてガウス過程の予測を成功させる手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.3243389656894595
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Materials discovery driven by statistical property models is an iterative
decision process, during which an initial data collection is extended with new
data proposed by a model-informed acquisition function--with the goal to
maximize a certain "reward" over time, such as the maximum property value
discovered so far. While the materials science community achieved much progress
in developing property models that predict well on average with respect to the
training distribution, this form of in-distribution performance measurement is
not directly coupled with the discovery reward. This is because an iterative
discovery process has a shifting reward distribution that is
over-proportionally determined by the model performance for exceptional
materials. We demonstrate this problem using the example of bulk modulus
maximization among double perovskite oxides. We find that the in-distribution
predictive performance suggests random forests as superior to Gaussian process
regression, while the results are inverse in terms of the discovery rewards. We
argue that the lack of proper performance estimation methods from pre-computed
data collections is a fundamental problem for improving data-driven materials
discovery, and we propose a novel such estimator that, in contrast to na\"ive
reward estimation, successfully predicts Gaussian processes with the "expected
improvement" acquisition function as the best out of four options in our
demonstrational study for double perovskites. Importantly, it does so without
requiring the over thousand ab initio computations that were needed to confirm
this prediction.
- Abstract（参考訳）: 統計特性モデルによって駆動される物質発見は、モデルに変換された取得関数によって提案された新しいデータによって初期データ収集が拡張される反復的な決定プロセスである。
材料科学コミュニティは、トレーニング分布に対して平均的に良好に予測できる特性モデルの開発において大きな進歩を遂げたが、このような分布内性能測定は発見報酬と直接的に結び付いていない。
これは、反復的な発見過程が、例外的な材料に対するモデル性能によって過剰に決定される、シフトする報酬分布を有するためである。
二重ペロブスカイト酸化物のバルク弾性率最大化の例を用いてこの問題を実証する。
分布内予測の結果から,ランダム林はガウス過程の回帰よりも優れているが,発見報酬は逆であることが示唆された。
先行計算データ集合からの適切な性能推定手法の欠如は,データ駆動材料の発見を改善するための根本的な問題であり,na\"ive reward estimationとは対照的に,2重ペロブスカイトに対する実証研究において,ガウス過程の予測に成功し,"expected improvement"獲得関数を最善の4つの選択肢のうちの1つとした。
重要なのは、この予測を確認するのに必要な1000以上のab initio計算を必要としないことだ。
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