人工智能应用- 预测化学反应：08. 基于 BERT 的化学反应分类

将化学反应方程式序列化为SMILES 格式后，我们可以像处理文本字符串一样处理化学反应数据。图 展示了 BERT 模型在化学反应分类中的系统结构。整个流程如下：

图 **:**基于 BERT 的化学反应分类。图片来源：Schwaller et al., 2021.

1. 输入序列生成：将化学反应方程转换为 SMILES 格式，并在序列开头添加 CLS 符号，用于表示整个反应方程的特征。序列中间的">>"符号用于分隔反应物和生成物，类似于 BERT 处理自然语言文本时的 SEP符号。
2. 序列编码：将 SMILES 序列输入 BERT 模型。通过多层 Transformer 编码，模型能够捕捉序列的上下文信息，并生成一个 CLS 向量作为整个反应方程的特征表示。
3. 分类器训练：CLS 向量与已知化学反应类型的特征向量进行比较。参考与其最接近的反应类型，判断该化学反应属于哪一类。

研究人员在 13.2 万个化学反应上测试了该方法。结果显示：基于 BERT 的分类器达到了 98.2% 的分类准确率。传统方法的准确率仅 41.0%，远落后于BERT。这表明BERT 模型在捕捉复杂化学反应规律方面具有显著优势。

不仅如此，BERT 还能够识别影响化学反应分类的关键成分。在图 41.7中，阴影部分标出了 BERT 认为对分类结果起关键作用的化学成分，为化学家分析反应机理和特性提供了重要线索。

图 : 基于BERT 的分类预测可以定位化学反应中的关键成分。图中蓝色和绿色阴影部分对化学反应类型的判断起到了关键作用。图片来源：Schwaller et al., 2023.