Transformer-based autoregressive models have emerged as a unifying paradigm across modalities such as text and images, but their extension to 3D molecule generation remains underexplored. The gap stems from two fundamental challenges: (1) tokenizing molecules into a canonical 1D sequence of tokens that is invariant to both SE(3) transformations and atom index permutations, and (2) designing an architecture capable of modeling hybrid atom-based tokens that couple discrete atom types with continuous 3D coordinates. To address these challenges, we introduce InertialAR. InertialAR devises a canonical tokenization that aligns molecules to their inertial frames and reorders atoms to ensure SE(3) and permutation invariance. Moreover, InertialAR equips the attention mechanism with geometric awareness via geometric rotary positional encoding (GeoRoPE). In addition, it utilizes a hierarchical autoregressive paradigm to predict the next atom-based token, predicting the atom type first and then its 3D coordinates via Diffusion loss. Experimentally, InertialAR achieves state-of-the-art performance on 7 of the 10 evaluation metrics for unconditional molecule generation across QM9, GEOM-Drugs, and B3LYP. Moreover, it significantly outperforms strong baselines in controllable generation for targeted chemical functionality, attaining state-of-the-art results across all 5 metrics.


翻译:基于Transformer的自回归模型已成为文本和图像等模态的统一范式,但其在三维分子生成领域的扩展仍待深入探索。这一差距源于两个根本性挑战:(1)将分子标记化为规范的一维标记序列,使其对SE(3)变换和原子索引置换具有不变性;(2)设计一种能够建模混合原子标记的架构,该标记需耦合离散原子类型与连续三维坐标。为应对这些挑战,我们提出了InertialAR。InertialAR设计了一种规范标记化方法,通过将分子对齐至其惯性框架并重新排序原子,确保SE(3)和置换不变性。此外,InertialAR通过几何旋转位置编码(GeoRoPE)为注意力机制赋予几何感知能力。同时,它采用分层自回归范式预测下一个原子标记:先预测原子类型,再通过扩散损失预测其三维坐标。实验表明,在QM9、GEOM-Drugs和B3LYP数据集的无条件分子生成任务中,InertialAR在10项评估指标中的7项上达到了最先进性能。此外,在面向目标化学功能的可控生成任务中,它显著优于强基线模型,在所有5项指标上均取得了最优结果。

0
下载
关闭预览

相关内容

3D是英文“Three Dimensions”的简称,中文是指三维、三个维度、三个坐标,即有长、有宽、有高,换句话说,就是立体的,是相对于只有长和宽的平面(2D)而言。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
13+阅读 · 2022年4月30日
VIP会员
相关资讯
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员