(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111680679.X (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 温州大学 地址 325000 浙江省温州市瓯海经济开发 区东方南路38号 温州市国家大学科技 园孵化器 (72)发明人 黄杰　李士本　何林李　 (74)专利代理 机构 北京中北知识产权代理有限 公司 11253 代理人 陈孝政 (51)Int.Cl. G16C 20/70(2019.01) G16C 10/00(2019.01) G16C 20/10(2019.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种对液态水中的动态过程分类的机器学 习方法 (57)摘要 本发明公开了一种对液态水中的动态过程 分类的机器学习方法， 包括以下步骤： (1)构建动 态图模型； (2)定义水中的氢键； (3)检测氢键构 型的改变； (4)对氢键构型改变过程分类； 步骤 (1)， 第i个水分子和其他N ‑1个水分子都有可能 形成氢键， 任意两个水分子对i， j叫做一个准氢 键， 表示为QBi,j； 定义一个量 表示t时刻的 准氢键QBi,j的有向氢键布居； 上述技术方案中， 采用基于密度泛函的分子动力学模拟方法， 对液 态体相水进行模拟， 模拟 的精确度高； 采用机器 学习， 该方案能够对液态水中的氢键状态改变过 程分类。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114300069 A 2022.04.08 CN 114300069 A 1.一种对液态水中的动态过程分类的机器学习方法， 其特征在于： 包括以下步骤： (1) 构建动态图模型； (2)定义水中的氢键； (3)检测氢键构型的改变； (4)对氢键构型改变过程分类； 步骤(1)， 第i个水分子和其他N ‑1个水分子都有可能形成氢键， 任意两个水分子对i， j 叫做一个准氢键， 表示 为QBi,j； 定义一个量 表示t时刻准氢键的有向氢键布居； 步骤(2)中， 定义水分子间的氢键公式为： 其中， ROO′是指供体氧原子和受体氧原子之间的距离,O ‑H…O是由供体氧原子， 被贡献 氢原子和受体氧原子组成的角度， Rcutoff距离阈值, θcutoff是角度阈值。 2.根据权利要求1所述的一种对液态水中的动态过程分类的机器学习方法， 其特征在 于： 步骤(2)， 观测准氢键QBi,j的两个水分子间的距离ROO′,和四个角度， 四个角度分别为θa, θb, θc和 θd。 3.根据权利要求2所述的一种对液态水中的动态过程分类的机器学习方法， 其特征在 于： 步骤(3)， 包括以下子步骤： (3.1)DA交换:在区间前半部分有θb>θcutoff,在后半部分有θd>θcutoff； 从1变到‑1,氢 键的供体和受体发生了互换， 相 邻水分子之间的DA交换， 水分子的偶极矩方向会改变， 水分 子的微观构型也会改变。 (3.2)扩散过程:在区间的前半部分有 在区间后半部分的大部分时间 没有氢键存在， 距离ROO′明显增大。 (3.3)HH交换:由于一开始有θc>θcutoff,被捐献的形成氢键的氢原子是H ′1.接着角度θc 减小,而角度 θd则增大， 直到θd>θcutoff， 在这一过程中供体的另一个氢原子H ′2被捐献形成氢 键， 供体的氢原子发生了交换。 4.根据权利要求3所述的一种对液态水中的动态过程分类的机器学习方法， 其特征在 于： DA交换 过程反映在 的变化是从 ±1变到 扩散过程反映在 上是从±1变到0； 对氢键构型改变过程分类包括以下子步骤； (4.1)预处理:首先使用一个低通 滤波器对归一化后的有向氢键布居序列 进行滤 波， 从而过滤掉由于水分子的振动形成的高频涨落 ,得到滤波后的序列 若 αT是一个较小的值,表示序列一开始不存在氢键(T1)； 若 的标 准差σ 足够小即σ <σT， 氢键的状态没有发生改变； 关注氢键状态的变化， 在预处理阶段排除 最开始不存在氢键的序列(T1)和氢键状态不发生改变的序列(T2)和(T3)。 (4.2)DA交换和扩散这两类序列叫做阳性序列,所有除这两类序列之外的序列叫做阴 性序列， 用仅包含DA交换和扩散的阳性序列去训练一个双向长短时记忆自编码器； 训练完权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114300069 A 2成后用自编 码没有见过的异常序列输入到双向长短时记忆自编 码器当中， 导致双向长 短时 记忆自编码器的重建误差相比正常序列的大； 通过这个重建误差判断输入序列是阳性， 重 建误差小； 是 阴性， 重建误差大； 这样就得到 了阳性序列和阴性序列的分类 器。 (4.3)DA交换序列、 扩散序列和阴性序列经过双向长短时记忆自编码后的重建误差的 密度分布。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114300069 A 3