【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工智能及原子坐标优化，具体涉及一种氢原子坐标优化方法和装置。
技术介绍
1、在分子对接中只考虑重原子，且输出的原子坐标只含重原子，而对对接构象的分析、进一步的分子动力学模拟过程中，则需要提供完整且合理的结构文件，包含重原子、氢原子的坐标等参数。因此，对对接后小分子中氢原子的坐标优化，能够为后续动力学模拟过程提供准确的数据支持，具有重要意义。
2、在已有技术中，一方面，可以根据重原子坐标添加氢原子；另一方面，可以对重原子施加位置约束后优化氢原子位置。根据重原子坐标添加氢原子的策略，依赖重原子坐标的准确性，且因为依赖杂化轨道理论对键角的计算，对于具有较大张力的结构给出的氢原子坐标不准确，且对于带正电小分子难以给出氢原子坐标。对重原子施加位置约束后优化氢原子位置的方法为普适方法，例如，基于openbabel软件包的obminimize软件，通过调用openbabel中的分子力学计算模块，使用最速下降算法优化给定结构，但对于原子存在重叠的情形无法正确给出优化结构。再例如，基于rdkit软件包的分子力学优化方法，在给定分子力场的条件下使用bfgs算法优化给定结构；但是，由于bfgs算法的空间复杂度为o(n ²)，对于较大的分子结构会出现相当大的内存占用，且同样无法对原子存在重叠的情形正确给出优化结构。
3、因此，提供一种氢原子坐标优化方法和装置，以解决现有技术中无法在原子存在重叠的情况下进行原子坐标优化的技术问题。
技术实
1、为此，本专利技术实施例提供一种氢原子坐标优化方法和装置，以解决现有技术中无法在原子存在重叠的情况下进行原子坐标优化的技术问题，以期提高分子对接后原子坐标的优化效果，为后续分子动力学模拟过程提供准确的数据支持。
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种氢原子坐标优化方法，所述方法包括：
4、在预先构建的分子力场中，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度；
5、根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合；
6、在存在原子重合的情况下，则计算所述分子力场的总键能和所述总键能对应的数值梯度；
7、根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度；
8、基于所述微扰梯度和所述总键能更新所述初始原子坐标，以得到优化后的原子坐标，并以所述优化后的原子坐标作为下一循环步的初始原子坐标进行迭代，直到达到预设条件时结束迭代。
9、在一些实施例中，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度，具体包括：
10、s1：根据分子的键连关系对照uff给定的原子类型表格，为初始结构中每个原子分配uff所定义的原子类型及电荷；
11、s2：根据分子的键连关系和原子类型，分别计算uff所定义的键能、键角能、二面角扭转能、二面角反转能、范德华能和静电能；
12、s3：根据分子的键连关系和原子类型，分别计算uff所定义的键能、键角能、二面角扭转能、二面角反转能、范德华能和静电能对原子三维坐标的一阶偏导数；
13、s4：加和步骤s2中所得各项得到分子总能量，加和步骤s3中所得各项得到解析梯度。
14、在一些实施例中，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，具体包括：
15、若所述分子总能量和/或所述解析梯度无意义或不存在，则判定所述分子力场存在原子重合；
16、若所述分子总能量和所述解析梯度均存在，则判定所述分子力场不存在原子重合。
17、在一些实施例中，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，之后还包括：
18、在不存在原子重合的情况下，则所述分子总能量和所述解析梯度更新所述分子力场中的原子坐标。
19、在一些实施例中，根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度，具体包括：
20、在所述总键能对应的数值梯度上添加均值为0的随机数，以生成所述微扰梯度。
21、在一些实施例中，所述预设条件为，当前循环步对应的所述分子力场中不存在原子重合。
22、在一些实施例中，基于所述微扰梯度和所述总键能更新所述初始原子坐标，以得到优化后的原子坐标，具体包括：
23、使用l-bfgs算法得到优化后的原子坐标。
24、本专利技术还提供了一种氢原子坐标优化装置，所述装置包括：
25、第一计算单元，用于在预先构建的分子力场中，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度；
26、原子重合判断单元，用于根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合；
27、第二计算单元，用于在存在原子重合的情况下，则计算所述分子力场的总键能和所述总键能对应的数值梯度；
28、微扰梯度生成单元，用于根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度；
29、迭代优化单元，用于基于所述微扰梯度和所述总键能更新所述初始原子坐标，以得到优化后的原子坐标，并以所述优化后的原子坐标作为下一循环步的初始原子坐标进行迭代，直到达到预设条件时结束迭代。
30、本专利技术还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。
31、本专利技术还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
32、本专利技术所提供的氢原子坐标优化方法和装置，通过在预先构建的分子力场中，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度；根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合；在存在原子重合的情况下，则计算所述分子力场的总键能和所述总键能对应的数值梯度；根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度；基于所述微扰梯度和所述总键能更新所述初始原子坐标，以得到优化后的原子坐标，并以所述优化后的原子坐标作为下一循环步的初始原子坐标进行迭代，直到达到预设条件时结束迭代。
33、本专利技术所提供的方法和装置，在初始结构存在重叠原子的情况下，通过数值梯度进行结构优化，并不断通过微扰解除重叠，进而使用解析梯度对结构进行优化，最终完成氢原子的坐标优化；从而解决了现有技术中无法在原子存在重叠的情况下进行原子坐标优化的技术问题，提高了分子对接后原子坐标的优化效果，为后续分子动力学模拟过程提供了准确的数据支持。
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1.一种氢原子坐标优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度，具体包括：
3.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，具体包括：
4.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，之后还包括：
5.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度，具体包括：
6.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，所述预设条件为，当前循环步对应的所述分子力场中不存在原子重合。
7.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，基于所述微扰梯度和所述总键能更新所述初始原子坐标，以得到优化后的原子坐标，具体包括：
8.一种氢原子坐标优化装置，其特征在于，所述装置包括：
9.一种计算机设备，
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种氢原子坐标优化方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据初始原子坐标计算得到分子总能量和解析梯度，具体包括：
3.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，具体包括：
4.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述分子总能量和所述解析梯度，判断所述分子力场中是否存在原子重合，之后还包括：
5.根据权利要求1所述的氢原子坐标优化方法，其特征在于，根据所述总键能对应的数值梯度，生成微扰梯度，具体包括：
6.根据权利要求1所述的氢原子...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡哲阳，
申请(专利权)人：苏州创腾软件有限公司，
类型：发明
国别省市：
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