有機小分子吸收能的精確計算：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與支持向量機方法.pdf

1、分子吸收能可以表征分子的內(nèi)在結(jié)構(gòu)信息和電子性質(zhì)，是分子的一個重要物理屬性。因此，精確地預(yù)測吸收能是計算化學(xué)領(lǐng)域的一個重要問題。量子化學(xué)是研究分子微觀結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和分子間相互作用的基礎(chǔ)學(xué)科，在近20年中，量子化學(xué)的基礎(chǔ)理論和計算方法取得了顯著進(jìn)展。量子化學(xué)計算的一大優(yōu)勢在于它可以先于實驗來預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)或?qū)嶒炆现两駸o法測得的一些物理量及無法觀測到的反應(yīng)過程。量子化學(xué)計算在解釋和預(yù)測中小分子的實驗結(jié)果上顯示出巨大優(yōu)勢，但由于計算方法固有的近似

2、使得誤差不可避免，尤其是對于結(jié)構(gòu)不規(guī)整的復(fù)雜大分子，計算誤差更大。在近10年里，許多統(tǒng)計校正方法被用于提高量子化學(xué)的計算精度。其步驟是先用量子化學(xué)方法計算分子的相關(guān)物理參數(shù)，然后用統(tǒng)計方法來確定理論計算和實驗值的數(shù)量關(guān)系，這些方法主要包括：多元線性回歸和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。 本論文針對160個有機小分子體系，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機等方法來校正量子化學(xué)方法計算的結(jié)果，提高了量子化學(xué)計算吸收能的精度。在簡單的物理參數(shù)下，組合型計算方

3、法能夠減小理論計算因忽略電子相關(guān)效應(yīng)和使用小基組所帶來的系統(tǒng)誤差，為準(zhǔn)確、快捷地預(yù)測分子性質(zhì)提供了一種新的研究手段。 研究工作主要包括如下幾個部分： 1、量子化學(xué)方法計算有機小分子的紫外可見吸收光譜，用遺傳算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GABP）來提高有機小分子吸收能的計算精度。GABP1分別校正了三種量子化學(xué)計算方法：B3LYP/6-31G（d），B3LYP/STO-3G和ZINDO，校正前三種方法得到的均方根誤差分別是0．3

4、2，0．95和0．46 eV，校正后均方根誤差降低到了0．14，0．19和0．18 eV。其中，B3LYP/6-31G（d）—GABP1計算結(jié)果誤差較小，基本與實驗值吻合。 2、GABP2用于確定B3LYP/6-31G（d）—GABP1計算值和低水平理論計算方法之間的數(shù)量關(guān)系，例如B3LYP/STO-3G和ZINDO。GABP2校正B3LYP/STO-3G和ZINDO后誤差的均方根降低到了0．20和0．19 eV。比較兩次校正結(jié)

5、果，我們可以驗證GABP方法的有效性和可行性。顯然，B3LYP/6-31G（d）—GABP1可以有效的提高有機小分子吸收能的精度，并且在實驗結(jié)果不可獲得或者不可得到的情況下，B3LYP/6-31G（d）—GABP1的校正值可以看做是實驗的近似值。 3、B3LYP/6-31G（d）—GABP方法可以分析較大分子的吸收能，當(dāng)大分子缺少實驗值或者無法獲得較高精度理論值的時候，它可能成為一個預(yù)測實驗值的有效的理論計算工具。 4、

6、根據(jù)所選數(shù)據(jù)集來增加物理參數(shù)，然后用多元線性回歸來篩選物理參數(shù)。 5、引入最小二乘支持向量機來提高密度泛函理論計算值。最小二乘支持向量機校正后的誤差由0．32 eV降低到了0．11 eV。相比多元線性回歸來說，最小二乘支持向量機有更好的適應(yīng)能力和校正效果。在無法獲得實驗值或無法得到精度較高的量子化學(xué)計算結(jié)果的時候，最小二乘支持向量機校正B3LYP/6-31G（d）的方法可以有效的預(yù)測分子的吸收能。最小二乘支持向量機擴展了B3LY