分子机器学习导论

Molecular Machine Learning with RDKit · DeepChem · TorchDrug

本教程以分子表示、性质预测和分子生成为主线:通过 RDKit 介绍化学信息学基础,通过 DeepChem 分析预测模型,通过 TorchDrug 讨论生成方法。全书五章二十八节,重点解释方法的机制、假设、评估条件与实现之间的联系。

建议读者具备基础的概率统计、线性代数与有机化学知识;运行实例还需熟悉 Python。各节配有编号公式、图示、习题与参考文献,可按目录顺序学习,也可结合前置知识选择专题。

RDKit —— 化学信息学基础(第二章) 分子图 · SMILES · SMARTS · 描述符 · 指纹 · 清洗 · 反应 DeepChem(第三章) 分子性质预测 数据 · 特征化 · 图卷积 · 评估 TorchDrug(第四章) 分子生成 GCPN · GraphAF · 流模型 前沿与迁移(第一章 · 第五章) 问题与评估的底层逻辑 · PyG / Graphium 生态 · 工程实践
图 0-1 全书结构。两个上层框架都建立在 RDKit 之上:DeepChem 的特征化与 TorchDrug 的分子对象,底层都由 RDKit 完成“分子变数据”的翻译;第一章提供问题框架,第五章负责走向前沿。

0.1 全书目录

0.2 体例与版本口径

各节正文按“概念—机理—推导—假设与局限”展开:公式按节编号并给出符号说明;图示为内联矢量图;每节配有二至四个习题(含解答)、关键术语表与参考文献,文献只列真实可查者。代码出现的目的只有一个——印证刚讲过的原理,因此都是片段而非工程模板。

本教程使用的接口基准为 RDKit 2026.03 系列、DeepChem 2.8.0 与 TorchDrug 0.2.1;这表示教材选用的版本,并非对所有最新版本的兼容承诺。2026 年 9 月核对的 TorchDrug 官方安装文档声明 Python 3.7–3.10、PyTorch ≥ 1.8.0,没有列出 PyTorch 2.0 上限。运行时还需匹配扩展算子、CUDA 与平台,具体见第五章。Graphium 是另一款分子图学习工具,本书按功能比较这些项目,不将其视为 TorchDrug 的官方后继。