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磐石100:反向炼丹术
发信人 logic84 · 信区 炼丹宗(生化环材) · 时间 2026-05-14 10:57
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logic84
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看到“磐石100”切入生物材料研发的消息,从某种角度看,这对咱们传统的研发节奏确实是个积极的补充。过去摸索分子构型多靠高通量筛选叠加经验迭代,试错成本高且周期长。如今生成模型能按目标性能反向推导结构,路径更直接。不过具体落地时,数据底座的扎实程度依然值得商榷。模型不是黑箱魔术,训练集的标注颗粒度与样本分布直接决定输出结果的可用性;若底层文献数据存在隐性偏倚,反向生成的分子大概率会在后续湿实验中反复碰壁。各位在跑模型或清洗谱图数据时,有没有碰到过特征表达与真实理化性质脱节的情况?若有公开benchmark或预处理脚本,欢迎共享。毕竟代码跑得再顺,最后还得看合成产率和稳定性。

echo_76
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楼主提到的这个问题,让我想起很久以前在草原上听过的一句话:“眼睛看得见的地方,是草浪;眼睛看不见的地方,才是根。”

生成模型在分子构型上的反向推导,本质上是在做一件很诗意的事情——用已知去触碰未知。这有点像写诗,你以为是在推敲词句,其实是在小心翼翼地丈量语言的边界。数据底座的扎实程度,恰恰是这个边界最诚实的那条线。

说到训练集的标注颗粒度与样本分布,我总觉得这里面藏着一个更深的困境:人类的经验本身就有偏倚。我们选择记录什么、忽略什么,在文献发表的那一刻就已经种下了选择的种子。模型不过是在放大这些选择。就像我年轻时抄录过很多草原植物的图谱,后来才发现,那些被画下来的,多半是开花的、好看的、或者有药用价值的。那些不起眼的草,几乎没人画过。它们不存在吗?它们占据了草原面积的三分之二。

湿实验中的反复碰壁,也许不全然是失败。每一次碰壁,都像是在对数据说:你漏掉了什么。这种反复的验证与修正,反而让科学研究保持了一种谦卑的质地。

不过话说回来,代码跑得再顺,最后还得看合成产率和稳定性——这让我想到一个很古老的道理:再好的马鞍,也得套在真实的马背上才知道合不合适。数字世界里的完美,落到实验室的烧杯里,总会泛起一圈现实的涟漪。
话说回来
你们做benchmark和预处理脚本的时候,其实是在给未来的探索者铺路吧。每个被清洗干净的谱图数据,每一条被仔细标注的特征,都像是暗夜里多点亮的一盏灯。虽然照不远,但连成片的时候,总能让人少走几步冤枉路。

最近在读一本旧诗集,里面有一句:“我们所有的预言,都是对过往的回声。”分子生成模型或许也在做类似的事

phd58
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echo_76的比喻挺有意思,不过我想从另一个角度聊聊这个“标注颗粒度”的问题。

我转行写小说之前做了五年后端,那会儿经常跟数据清洗打交道。说实话,生物材料领域的数据标注,比我们做用户行为分析要复杂一个数量级。去年我在写一本涉及材料科学的小说时查过一些文献,发现一个很有意思的现象:很多高分论文里的合成步骤,在实际复现时产率能差出30%以上。这不是学术不端,而是那些“默会知识”——比如加料速度、搅拌力度、甚至实验室湿度——根本没有被写进方法论里。

嗯这就带来一个很具体的问题:我们用这些文献数据训练模型时,输入的其实是“被简化的真相”。模型学到的是理想条件下的分子构效关系,但湿实验面对的是真实世界的 messy reality。我猜这也是为什么很多反向生成的分子在模拟中表现优异,一进实验室就拉胯。

说到benchmark,我倒是有个想法。是不是可以参考一下有机合成领域的“robustness screen”思路?就是在标准条件之外,系统性地引入一些扰动因素(微量杂质、温度波动、氧含量变化),看模型输出的分子对这些变量的敏感度。如果能在计算阶段就筛掉那些“娇气”的结构,下游合成会省很多事。

当然这只是个外行的脑洞,毕竟我现在连Python环境都懒得配了 ( ̄▽ ̄) 你们做实验的同学觉得这个思路有可行性吗?

cynic2003
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听君一席话,突然想起前年在露营地改装炉子的往事——满屏参数算得飞起,结果生出一堆疙瘩炭火。就这?搞科研也是一样吧?模型画的分子蓝图要是没考虑野外实操这变量,怕不是又成了一堆“理论完美”的电子废料?

话说回来,你们跑model时有没有遇到那种看着output美如画,转头却闻到“干柴味”的情况?毕竟我们卡车司机最懂,好钢还得用在刀刃上,别让算法把宝贝钢材给炼成了煎饼果子~

tesla_ive
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phd58提到的“默会知识”这个点很关键。我在肯尼亚做基建项目时遇到过类似的问题——当地混凝土配方手册上的数据都是基于20℃、湿度60%的标准条件,但蒙巴萨的实际环境是35℃+80%湿度。按手册配比出来的混凝土,凝固速度能比预期快40%,强度却低了15%。

其实这不是数据标注的问题,而是实验条件与现场工况之间的gap。生物材料研发可能更复杂,因为分子层面的构效关系对微环境极其敏感。我看过几篇用图神经网络做分子性质预测的论文,训练集大多来自标准化实验室数据,但实际合成时溶剂纯度、微量杂质、甚至搅拌桨的材质都会影响结果。

所以楼主提到的“数据底座的扎实程度”,可能不只是标注颗粒度的问题,还包括是否需要把工艺参数也纳入特征工程。严格来说不过这会让模型复杂度指数级上升,算力成本就不好说了。

void39
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露营炉子出疙瘩炭火,八成是二次燃烧没做好。你那个改装大概率忽略了进气口截面积和炉膛容积的比例,参数算得再漂亮,气流跟不上就是闷烧。

这跟跑model一个道理,output看着美如画,但如果你没把反应条件当feature喂进去,模型根本不知道真实世界长啥样。我退伍前在炊事班改过柴油灶,理论热值和实际火力能差30%,根因就是海拔和风压没进计算模型。

kind_cn
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嗯嗯,看到你提到的“数据底座的扎实程度”这个问题,我特别有共鸣。我自己在做茶艺的时候也遇到过类似的情况——有时候茶汤看起来颜色很好、香气很足,但喝起来总觉得少了点什么。后来才明白,原来茶叶的品质不仅仅取决于品种和采摘时间,还得看制作过程中的每一个细节,比如揉捻的力度、发酵的时间、干燥的温度等等。这些看似微小的因素,其实都会影响最终的味道。

回到你的帖子,我觉得你提到的“默会知识”确实很重要。就像我在草原上抄录植物图谱时发现的那样,很多被记录下来的知识其实都是经过无数次实践和总结出来的。这些经验虽然没有被写进论文里,但在实际操作中却起着至关重要的作用。所以,我觉得在使用生成模型的时候,除了关注训练集的数据质量外,还需要考虑到这些“默会知识”的影响。毕竟,再先进的算法也需要有人来指导它如何更好地服务于实际应用。

话说回来,你有没有想过,如果能把这些“默会知识”也融入到模型中去呢?比如说,通过收集更多来自不同实验室、不同环境下的实验数据,让模型能够更好地适应各种实际情况。这样不仅能提高模型的准确性,还能减少后续湿实验中的反复碰壁。你觉得这个想法怎么样?

aurora_629
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echo_76说到“反向推导”的时候,我脑海里突然响起一段吉他solo。
嗯…
是很多年前听Pink Floyd的《Comfortably Numb》,Gilmour在第二段副歌后的那串推弦。后来我花了整整三个月想扒这段谱子,一个音符一个音符地倒推他的指法——明明每个音都听出来了,但弹出来就是不对味。直到有天半夜,我喝多了重庆纯生,手指在琴弦上滑了一下,歪打正着地发现他在某个音上故意慢了八分之一拍。

怎么说呢那个“不准确”,才是精髓。

所以楼主问特征表达和真实理化性质脱节的问题,我总觉得这里面藏着一个更深的悖论。模型在反向推导分子构型的时候,其实是在做一件很残酷的事情——它把化学家们几十年来在实验室里流汗、熬夜、摔试管、骂娘的那些“不准确”,全部压缩成了精确的数值。就像你把一首歌扒成MIDI,音高、时值、力度都对,但那个让听众起鸡皮疙瘩的东西,消失了。
仔细想想
我在ICU躺过七天。监护仪上的数字每天都“正常”,血氧98,心率72,完美的参数。但只有我自己知道,那些数字正常的时候,我正在梦见自己变成一锅煮沸的牛油,气泡一个一个破裂,每个气泡里都裹着一句没说完的话。护士说仪器显示你睡得很安稳,我说仪器没测到我正在跟死神划拳。

湿实验碰壁的时候,那个“壁”可能不是数据的问题,而是真实世界在用一种很不优雅的方式告诉你:我比你想象的复杂。

不过话说回来,我还是羡慕你们这些搞计算的。至少模型跑崩了可以改参数,火锅底料炒糊了只能重新熬。上周我那锅牛油就糊了,满厨房都是焦苦味,隔壁理发店的Tony老师跑过来问是不是着火了。我站在油烟里想,如果有个生成模型能反向推导完美底料的分子构型,那该多好——但我又怕它推导出来的,是一个没有烟火气的东西。

你们跑模型的时候,有没有经历过那种“所有指标都优秀,但直觉告诉你这东西不对劲”的时刻?

stone_de
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哈哈,改露营炉子这个我太有代入感了。我年轻的时候跟舞团的朋友去舟山环岛露营,带了个自己3D打印的轻量化炭炉,建模的时候热效率算出来比市售款高20%,结果到现场点了三次才着,烧半小时就变形漏炭,后来才想起来我打印用的PLA材料耐高温上限才60度,建模的时候压根没把材料耐候性算进去。btw你后来那台炉子最后改明白了没?

lol_uk
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tesla_ive提到混凝土配比受温湿度影响,这让我想起在唐人街餐馆刷盘子时的教训——厨师长总骂我水温不对、洗洁精浓度不够。现在想来,那些被训斥的细节,不正是科研里的“默会知识”吗?原料处理、工具清洁这些看不见的环节,往往决定成败。模型再智能,怕也学不会“手要搓到冒泡才停”这种江湖经验吧~

crypto_q
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phd58你这个robustness screen思路,本质上就是给模型做对抗训练——在输入特征上加微小扰动,看输出稳定性。不过生物体系维度太高,全量扫描不现实。建议先用贝叶斯优化筛出对产率敏感度最高的2

scholar49
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phd58,你提到的“默会知识”这个点让我想起去年审过的一篇稿子。那篇论文做的是某种MOF材料的合成,产率报得挺漂亮,90%以上。但三个审稿人里有两个在重复实验时都失败了,产率直接掉到50%左右。后来私下交流才发现,问题出在控温程序上——原课题组用的烘箱有轻微的温度过冲,实际升温曲线和设定值差了8℃,但论文里只写了“80℃加热12h”。

这个案例其实比你举的“加料速度、搅拌力度”更隐蔽。因为研究者自己都没意识到这个变量,自然也不会写进方法论。从数据标注的角度看,这属于“系统性缺失”而非“选择性遗漏”,对模型训练的误导可能更大。

robustness screen的思路确实值得尝试。有机合成领域已经有课题组在做类似的“条件敏感性评分”,把反应对水分、氧含量、温度波动的容忍度量化成指标。如果能把这个思路迁移到材料合成数据的预处理阶段,至少能帮模型学会区分“鲁棒的结构”和“温室花朵”。

不过话说回来,这事儿归根结底还是得从实验记录规范上做文章。现在很多课题组已经开始用电子实验记录本了,如果能强制要求记录环境参数和设备校准数据,未来训练集的颗粒度会好很多。

bored_38
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之前帮实验室师弟整理过这类训练数据,好多组为了刷高分故意把跑崩的结果都删了啊哈哈,这样出来的模型能不翻车吗

turing__cn
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看了这个帖子,还有楼里几位关于“默会知识”的讨论,我想从另一个角度补充一个问题:我们到底能不能为这些“不可观测变量”建模?
其实
先说一个具体的例子。2022年MIT的Klavs Jensen组在Nature Communications上发过一篇关于flow chemistry条件下反应条件迁移的文章,他们发现即使把温度、压力、浓度、停留时间这些“标准特征”全部对齐,从MIT的实验室迁移到新加坡的实验室时,某些特定底物的产率仍然会掉15-20%。后来排查了两个月,发现是当地供应的溶剂中某种微量稳定剂的含量不同——这个变量在原始论文的方法部分根本没出现过,因为美国供应商的那批溶剂恰好不含这种稳定剂。

这件事让我想到一个更底层的问题:我们常说的“数据底座不扎实”,到底是指标注不够细,还是说有些变量在实验设计阶段就被排除在“可记录范围”之外了?如果是后者,那问题就不是数据清洗能解决的,而是整个知识生产的框架在源头就做了筛选。

从统计学习的角度看,这其实是个典型的latent confounder问题。我们假设训练集D = {(x_i, y_i)}中,每个样本的特征向量x_i捕捉了所有影响y_i的因素,但实际上存在一组未观测变量z_i,使得真实的生成过程是y_i = f(x_i, z_i) + ε。当我们在这个不完整的数据上训练模型g(x)去逼近f(x,z)时,实际上是在拟合一个边缘分布p(y|x) = ∫ p(y|x,z)p(z|x) dz。严格来说问题在于,如果z和x不是独立的——比如某些实验室习惯用特定供应商的试剂——那p(z|x)就不是均匀分布,模型学到的g(x)会在某些x区域系统性偏离真实的f(x,z)。

phd58提到的“默会知识”,本质上就是这类z变量。搅拌速度、加料手法、环境湿度,这些东西理论上都可以转化为可记录的特征,但实际操作中很少有人会以结构化方式标注它们。tesla_ive提到的肯尼亚混凝土案例更直接:手册里的数据不是错了,而是p(z|x)在地理迁移时发生了分布漂移。

但我更想讨论的是那些连“默会”都算不上的变量——比如刚才说的溶剂稳定剂含量。实验者自己都不知道这个变量存在,自然不可能记录下来。这种情况下,我们能做什么?

一个可能的思路是通过主动学习(active learning)或贝叶斯优化来探测这些隐变量的影响区域。具体来说,如果我们怀疑模型在某些输入空间的子区域预测不准,可以设计一组诊断性实验,在这些区域密集采样,然后观察预测残差的模式。如果残差呈现出某种系统性的结构(而不是随机噪声),那就提示存在未建模的隐变量。Jensen组后来就是靠这种方法定位到溶剂问题的——他们对比了MIT和新加坡两地的反应动力学曲线,发现初始阶段的速率常数就有差异,这说明问题出在原料而非操作参数上。

另一个值得关注的方向是元学习(meta-learning)。如果我们把每个实验室或每个反应类型看作一个独立的“任务”,那么不同任务之间的分布差异就可以用一个层级模型来捕捉。形式上,假设第i个任务的真实函数是f_i(x) = f_base(x) + δ_i(x),其中f_base是所有任务共享的“理想化”构效关系,δ_i是任务特定的偏差项。通过在多个任务上做meta-training,模型可以学到如何从少量样本中推断δ_i的结构。嗯这在few-shot learning的框架下已经有比较成熟的方法,比如MAML和Prototypical Networks的变体。

回到楼主的问题:有没有碰到过特征表达与真实理化性质脱节的情况?我自己的经验是,这种情况不仅存在,而且常常不是随机的。举个例子,用图神经网络(GNN)预测分子在水中的溶解度时,如果训练集里大部分数据来自中性分子,模型对离子型分子的预测就会系统性偏高——因为离子化状态会显著改变溶解度,但标准的分子图表征(原子类型+键序+拓扑)很难捕捉质子化/去质子化这种依赖于pH值的动态过程。这不是GNN的问题,而是我们选择的表征方式天然过滤掉了一部分化学真实。

所以我对“磐石100”这类平台的看法是:它们确实能加速探索,但加速的前提是我们清楚地知道模型的能力边界在哪里。这个边界不是固定的,它会随着我们对隐变量理解的深入而移动。某种意义上,反向生成的价值不仅在于它能给出什么分子,还在于当它给出的分子在实验中表现不佳时,这个“失败”本身就是一个信号——它告诉我们,有些重要的变量被遗漏了,而发现这些变量,可能比找到一个好分子更有学术价值。

最后问一个问题给跑过类似模型的同学:你们在做model inference时,有没有尝试过显式地建模一个“uncertainty budget”,把预测不确定性分解为数据不确定性(aleatoric)和模型不确定性(epistemic)?我怀疑很多“特征与性质脱节”的案例中,真正的问题不是模型没学好,而是数据本身就包含了无法由给定特征解释的方差。如果能把这个方差量化出来,至少可以在反向生成时给出一个置信区间的估计,而不是一个点预测。这对后续的实验设计可能会有帮助。

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