ADMET 预测从图神经网络到 DeepSeek RAG 解释:CPU 全流程实测跑通

**摘要:**本文完整实测开源仓库 pritampanda15/ADMET-Prediction-System-Graph-Neural-Networks-with-RAG,在 Windows CPU 与 Linux GPU 双平台跑通基于图神经网络与 RAG 的 ADMET 预测全链路。系统覆盖 Caco-2、hERG、PPBR 等 8 项核心性质,实测 Caco2_Wang 回归测试集 MAE 0.39-0.46,并验证了 GCN/GAT/MPNN 三架构切换、DeepSeek 直连 RAG 解释、hERG 分类与 Streamlit UI。文章给出双平台安装命令、13 条踩坑修复,并剖析了该 RAG 方案相对"预测值直接丢给 LLM"的 4 个设计优势,以及按 P0/P1/P2 排序的 9 条待改进方向,适合作为教学原型或二次开发起点。

关键字:ADMET 预测;图神经网络;RAG 解释;TDC 数据集;PyTorch Geometric;DeepSeek;适用域;不确定性量化

目录

§0. 相关教程与核心文献

资源 链接 与本文关系
项目仓库(本文主角) github.com/pritampanda15/ADMET-Prediction-System-Graph-Neural-Networks-with-RAG 本文逐文件实读 + 实跑
TDC 数据集平台 tdcommons.ai 全部训练数据的官方源
PyTorch Geometric 官方文档 pytorch-geometric.readthedocs.io GNN 层 API 参考
TDC 论文(数据基座) Huang K et al. Therapeutics Data Commons . NeurIPS 2021. arXiv:2102.09548 22 个 ADMET 基准的官方出处
ChromaDB(向量库) docs.trychroma.com RAG 知识库持久化
RDKit SMILES 处理 rdkit.org/docs 分子→图的核心依赖

§1. 为什么这个仓库值得一看:8 项性质一站搞定,但有 3 个隐藏门槛

ADMET 早期筛选需要至少 8 个性质同时给出判断:Caco-2、HIA、BBB、PPBR、CYP 抑制(2D6/3A4/2C9)、半衰期、hERG、AMES。这套系统把这 8 项 + 几个延伸(VDss、CYP 全部 3 种、清除率、DILI、LD50)一起打包,并自带 PyG 图神经网络 + ChromaDB RAG + Streamlit UI,是"个人开发者一站式"模板。

实测仓库代码(commit main,2025-12-07 创建)+ Windows CPU 全流程跑通后,3 个隐藏门槛你必须知道:

  1. 必须自备 LLM Key 。src/rag/llm_explainer.py 默认接 OpenAI,没有 Key 则 raise ValueError,RAG 解释直接挂。本文实测把它改成 DeepSeek 直连 (https://api.deepseek.com/v1,OpenAI 兼容接口),改 3 处即可,见 §4。
  2. 预训练模型 checkpoint 的真实情况(双平台实测修正) 。仓库里 models/best_model.pt(1.19 MB)是作者 2025-12-08 提交的真实 checkpoint,git clone 后即可直接推理,无需先训练------Linux 复测直接加载它对阿司匹林给出 -4.4342 的预测。想复现自己的模型再跑训练(CPU 约 25 分钟 / GPU 1 分钟内)。
  3. Windows 上 PyG 和 PyTDC 各有一个安装坑 。conda 的 pyg channel 没有 win-64 包(必须 pip 装);PyTDC 的 tiledbsoma 依赖要 C++ 编译(必须 --no-deps 绕开)。详见 §5 踩坑表。Linux 上 PyG 可直接 pip 装(无需 conda channel),但有自己的坑(~/.local 用户级包污染),同样见 §5。

绕开门槛的折中:只看分子描述符(MW/LogP/TPSA/氢键供受体等)和 GNN 架构本身------这两块不依赖 LLM Key 也不依赖 checkpoint。

§2. 环境准备:conda + GPU 双轨

这套系统依赖 PyTorch Geometric(PyG),它的二进制 wheel 在国内下载源常常不全。强烈建议 conda 装 PyTorch(自带 CUDA)再 pip 装 PyG ------全部走 pip 会触发 PyG 源码编译(要 gcc + nvcc + pybind11 一整套)。

2.1 GPU 版(消费级 GPU,CUDA 11.8/12.x 都行)

复制代码
conda create -n admet-gnn python=3.10 -y && conda activate admet-gnn
conda install pytorch torchvision torchaudio pytorch-cuda=11.8 -c pytorch -c nvidia -y
pip install torch-geometric          # 注意:pyg conda channel 无 win-64 包,必须 pip
conda install rdkit -c conda-forge -y
pip install PyTDC --no-deps && pip install setuptools\<81 scikit-learn huggingface_hub fuzzywuzzy python-Levenshtein
pip install chromadb sentence-transformers openai langchain langchain-openai \
    mlflow streamlit pypdf python-dotenv pyyaml tqdm
git clone https://github.com/pritampanda15/ADMET-Prediction-System-Graph-Neural-Networks-with-RAG.git
cd ADMET-Prediction-System-Graph-Neural-Networks-with-RAG

Windows 实测注意(本文全程 Windows 11 + CPU 实跑):

  • PyG 用 pip 不用 conda :pyg channel 的 pytorch-geometric 无 win-64 包(PackagesNotFoundInChannelsError)。pip 装的 2.8.0 纯 Python 核心够跑 GCN/GAT/MPNN,torch-scatter 等加速扩展可不装。
  • PyTDC 必须 --no-deps :它的 gget 依赖链里 tiledbsoma 要 C++ 编译,在 Windows 必失败。--no-deps 后手动补 scikit-learn huggingface_hub fuzzywuzzy python-Levenshtein 即可------TDC 的 ADME/Tox 数据加载不碰 gget。
  • setuptools<81 :新版 setuptools 84 移除了 pkg_resources,PyTDC 的 metadata.py 直接 ModuleNotFoundError。
  • CPU 版把第 2 步换成 conda install pytorch torchvision torchaudio cpuonly -c pytorch -y。实测 Caco2_Wang(910 样本)× GCN × 100 epoch 在 CPU 上约 25 分钟。

§3. 跑通:从下载到推理(双平台实测)

第 1 步 下载数据 :python scripts/train_model.py --download-only 拉 TDC 的 Caco2_Wang。实测 910 条分子 (TDC 当前版本;早期文档写 906,2026-09 复核为 910),log Papp 单位 cm/s。数据划分是随机 split (data_loader.py 用 sklearn.train_test_split,分类任务才 stratify)------注意 Linux 复测读源码后确认:不是 scaffold split,测试集与训练集可能共享骨架,指标天然偏乐观,与 TDC leaderboard(scaffold split)不可直接对比。

第 2 步 看分子特征(不跑训练,5 秒验证):

复制代码
from src.data import MolecularFeaturizer
featurizer = MolecularFeaturizer()
# 原子 167 维 one-hot:原子序数 1-118 + 手性 + 度 + 形式电荷 + H 数 + 杂化 + 芳香 + 环内(实测 atom_dim=167)
# 键   14 维 one-hot:键型 + 立体 + 共轭 + 环内
graph = featurizer.smiles_to_graph("CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)O")
print(graph)   # Data(x=[13, 167], edge_index=[2, 26], edge_attr=[26, 14])
print(featurizer.get_molecular_descriptors("CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)O"))
# {'molecular_weight': 180.16, 'logp': 1.31, 'tpsa': 63.60,
#  'num_h_donors': 1, 'num_h_acceptors': 3, 'num_rotatable_bonds': 2, ...}   ← 双平台实测一致

特征设计参考了 DeepChem 的 ConvMolFeaturizer------RDKit + PyG 标准的"原子 one-hot + 键 one-hot + 全局池化"组合。

第 3 步 训练(本文实测数字):

复制代码
python scripts/train_model.py --config config/config.yaml

默认 GCN × 3 层 × 128 隐藏维 × dropout 0.2 × lr 0.001 × epoch 100 + early stopping 15。双平台实测结果(Caco2_Wang,GCN):

指标 Windows CPU(2026-09-29) Linux GPU 复测(2026-09-30,消费级 GPU / torch 2.14+cu130)
数据划分 637 / 91 / 182 637 / 91 / 182(一致,seed 42)
模型参数 96,641 96,641(一致)
最优 checkpoint epoch 92 epoch 22(early stop @ 38)
验证集 RMSE / MAE / R² 0.5265 / 0.4033 / 0.656 0.6054 / 0.4683 / 0.5454
测试集 RMSE / MAE / R² 0.5176 / 0.3911 / 0.5782 0.5896 / 0.4554 / 0.4528
训练耗时 ~25 分钟 ~1 分钟

两平台指标同量级但不可逐位复现(随机 split + torch/PyG 版本不同 + GPU/CPU 浮点序不同属正常)。再提醒一次:因为代码是随机 split 而非 scaffold split,这里的 MAE 与 TDC leaderboard 上 D-MPNN 的 0.234(scaffold split)没有直接可比性------方向性结论(GCN baseline 弱于 SOTA)成立,倍数关系仅供粗略参考。

跑完 models/best_model.pt 就有了,再跑推理:

复制代码
python scripts/predict.py --smiles "CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(=O)O" --property Caco2_Wang --explain

实测推理输出(阿司匹林):

复制代码
Property: Caco2_Wang
Prediction: -4.0946
Molecular Descriptors:
  MW: 180.2 Da / LogP: 1.31 / TPSA: 63.6 A^2
  H-Donors: 1 / H-Acceptors: 3 / Rotatable Bonds: 2

Explanation:                                    ← DeepSeek RAG 生成
# Caco-2 Permeability Prediction: -4.0946 log Papp (cm/s)
## Interpretation
The predicted Caco-2 permeability of -4.0946 log Papp (cm/s) is **above the
good-permeability threshold of -5.15**, indicating good intestinal epithelial
permeability...
## Molecular Feature Analysis
| Feature | Value | Relevance |
| Molecular Weight | 180.2 Da | Well below the 500 Da threshold... |
## Caveats and Limitations
1. Passive vs. active transport (P-gp efflux not captured)...
2. Ionization state at intestinal pH...

RAG 解释引用了知识库阈值(-5.15)并给出分子特征对照表 + 4 条 Caveats------不是空话,是有证据链的解读。

批量 CSV 推理实测(2 分子):

复制代码
python scripts/predict.py --input mols.csv --output preds.csv --property Caco2_Wang
分子 Windows 预测 Linux GPU 复测(自训模型) Linux(仓库自带 checkpoint) 判读
阿司匹林 -4.0946 -4.5987 -4.4342 均 > -5.15,渗透好(与单分子推理一致)
普萘洛尔 -4.6166 -5.0249 --- 均 > -5.15,渗透好(与临床口服吸收良好一致)

三个模型对同一分子的预测在 0.5 log 单位内浮动,判读方向完全一致------这正是 §4.4 第 5 条"无不确定性量化"要解决的问题。

分类任务实测 (hERG 数据集,Tox 类,双平台一致):655 样本(阳性 451 / 阴性 204),划分 458/66/131,featurize 20/20 全部成功------ADMETDataLoader 的 Tox() 分类链路与 ADME 回归共用同一套图特征流程,无需改代码。

Streamlit UI 启动实测 :streamlit run app/main.py --server.headless true --server.port 8611 → HTTP 200 + /_stcore/health 返回 ok (双平台一致),UI 正常服务(--server.headless true 适合无桌面环境/远程机器)。

Streamlit UI :streamlit run app/main.py,浏览器 localhost:8501。没训练 + 没知识库文档时,UI 会报 "checkpoint not found" 和 "knowledge base empty"------这是预期行为,不算 bug。

§4. 代码层最值得关注的两件事

4.1 GNN 三架构切换

src/models/gnn_model.py 的 GNNPredictor 用工厂函数 create_model(config) 切换 GCN/GAT/MPNN:

架构 消息传递 何时用
GCN 加权邻接平均(Kipf & Welling 2017) 基准线,速度最快
GAT 多头注意力加权(Veličković et al. 2018) 想看注意力权重做可解释性
MPNN 边特征通过 MLP 映射到消息函数 键信息重要时,如立体化学

切换改 config.yaml 一行:architecture: "GAT"。GCN/GAT 已实测能跑通;MPNN 在 < 1000 样本的小数据集易过拟合,Caco2_Wang 建议先用 GCN 跑 baseline。

4.2 RAG 链路 + LLM 换 DeepSeek 直连(实测改法)

RAG 不是开箱即用------scripts/build_knowledge_base.py 建 ChromaDB 有两种方式:--seed-defaults 一键导入 7 篇内置 ADMET 种子文档(Caco2/HIA/BBB/PPBR/CYP/hERG/AMES,含阈值和参考文献),或 --docs-path data/knowledge_base/ 导入真实文档(支持 .pdf/.txt/.md)。两种本文双平台都跑 :seed 7 篇 + 5 篇真实文档(DailyMed FDA 标签 2 篇------aspirin / metoprolol,PubChem 化合物摘要 3 篇------aspirin / propranolol / terfenadine)。入库 chunk 数两平台不同:Windows 轮 42 chunks;Linux 复测轮 82 chunks (seed 7 + 真实文档 75)------差异来自 DailyMed 的 metoprolol SPL 标签随版本更新变厚(15KB → 43KB,chunk 从 ~15 涨到 62),FDA 标签是活文档,复测拿到更全的版本属正常现象。RAG 解释实测引用了知识库原句("High lipophilicity (LogP) and low polar surface area (TPSA < 140 Ų) favor absorption")并给出分子特征对照表。

真实文档抓取源(官方 API 直连,无需 Key):dailymed.nlm.nih.gov/dailymed/services/v2/spls.json?drug_name=<name> 拿 FDA 标签 SPL XML,pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/rest/pug/compound/name/<name>/description/JSON 拿化合物摘要。

把 OpenAI 换成 DeepSeek 直连,只需改 3 处(OpenAI 兼容接口,代码结构不变):

复制代码
# src/rag/llm_explainer.py ------ 改 __init__ 里的 client 构造
api_key = os.getenv("DEEPSEEK_API_KEY")
self.client = OpenAI(
    api_key=api_key,
    base_url=os.getenv("DEEPSEEK_BASE_URL", "https://api.deepseek.com/v1"),
    http_client=http_client
)
# 同文件默认参数: llm_model: str = "deepseek-chat"
# config/config.yaml: llm_model: "deepseek-chat"

embedding 默认 all-MiniLM-L6-v2(HF 直连下载正常)。LLM 也可以换成 deepseek-v4-pro(reasoning 模型,解释更深入但更慢)或本地 qwen3.5 走 Ollama(全离线)。

4.3 这套 RAG 做法真在哪:对比"预测值直接丢给 LLM"

很多所谓"AI 解释"就是把预测数字丢给 LLM 说"为什么"------那是无证据链的编造。这套的做法有 4 个实打实的设计优势:

设计 这套的做法 naive 做法的毛病
预测与解释解耦 GNN 只出数字,RAG 只讲证据;换模型不动解释层,换 LLM 不重训 解释和模型纠缠,换一个全重来
解释可溯源 阈值判断(-5.15 / TPSA<140 / MW<500)来自检索的文档 chunk LLM 凭参数记忆编数字,看着像模像样实则幻觉
描述符注入 prompt 预测值 + MW/LogP/TPSA 等 10 个分子描述符一起给,LLM 能做特征归因 只给预测值,解释只能复述数字
硬阈值 + 软检索双层 PROPERTY_DESCRIPTIONS 硬编码兜底基础判读,检索补充机制细节 全靠检索------检索空了就瞎说

外加 system prompt 明确"context 不支持就明说不知道"------防幻觉约束写在源头。实测效果见 §3 推理输出:解释引用了知识库原句"High lipophilicity (LogP) and low polar surface area (TPSA < 140 Ų) favor absorption"并对照分子特征表,不是空话。

4.4 待改进:6 个方向(按影响排序)

站在药化/CADD 实战视角,这套系统离"能进决策"还有明确差距:

P0 --- 影响解释可信度(低成本可修)

  1. 检索没有按 property 过滤 :问 Caco-2 时 top-5 可能把 hERG/AMES 的 chunk 召回来,解释串台。vector_store.search() 本来就有 filter_metadata 参数,调用时传 {"property": property_name} 即可,一行代码的修复。
  2. 引用无出处 :解释引用了知识库原句但不标来源文档。应该在检索结果里带 source metadata 注入 prompt,要求 LLM 输出 [source: dailymed_aspirin_label] 这类标注------没有出处的引用在内部评审里过不了。
  3. 无 applicability domain 警告:训练集化学空间外的分子预测不可信。应该在推理时算 Tanimoto 相似度 vs 训练集最大值,< 0.3 时解释里强制加"该分子超出模型适用域,预测仅供参考"------实测 T4 的 Caveats 里 LLM 自己提了一句,但这应该系统化,不能指望模型自觉。

P1 --- 影响预测质量

  1. GCN baseline 偏弱 + split 不可比 :本仓库测试 MAE 0.39-0.46(随机 split),TDC 榜 D-MPNN 的 0.234 是 scaffold split------不能直接比倍数,但方向明确:随机 split 已经偏乐观还落后 SOTA,真实 scaffold split 下差距只会更大。换 GAT(代码已支持)或上 D-MPNN 是最直接的提升,同时建议把 data_loader.split() 换成 TDC 自带的 get_split(method='scaffold')。
  2. 无不确定性量化 :预测值没有误差棒。5-seed ensemble 或 MC dropout 给出 -4.09 ± 0.35,解释里才有"多可信"的判读依据------PCC 决策里误差棒比点估计重要。
  3. 多性质无联合判读:8 个性质独立预测独立解释,矛盾信号(Caco-2 吸收好 + hERG 风险高)没人汇总。应该一次推理出全性质面板 + 一个综合判读 prompt。

P2 --- 工程与维护

  1. seed 文档硬编码在 build_knowledge_base.py 的 Python 字面量里,更新知识库要改代码------挪到 YAML/JSON 数据文件。
  2. chunk 固定 1000 字符 / 200 overlap,阈值表格容易被切断------按标题/表格边界切分。
  3. 解释不可复现(temperature 0.3)------正式报告输出要 temperature=0。

这些改完,它就从"教学模板"进化成"内部筛选工具"------但要进 PCC 决策,还是得配上 FEP+/实验验证。

§5. 13 条实测踩坑(双平台验证)

# 平台 现象 根因 修法
1 Win PackagesNotFoundInChannelsError: pytorch-geometric conda pyg channel 无 win-64 包 pip install torch-geometric(2.8.0 纯 Python 核心,GCN/GAT 够用)
2 Win Failed to build wheel for tiledbsoma(PyTDC 装失败) PyTDC→gget 依赖链要 C++ 编译 tiledbsoma pip install PyTDC --no-deps + 手动补 scikit-learn huggingface_hub fuzzywuzzy python-Levenshtein
3 双 ModuleNotFoundError: No module named 'pkg_resources' setuptools 84 移除了 pkg_resources pip install "setuptools<81"
4 双 RDKit: SMILES Parse Error 静默跳过 featurize_dataset() 失败 SMILES 只 failed += 1 不抛异常 训练完后 failed > 0 要查输入 SMILES 是否有非典型字符(带电离子、多聚体)
5 双 RAG 解释每次返回空字符串 ChromaDB 集合里没文档 python scripts/build_knowledge_base.py --seed-defaults(内置 7 篇种子文档)
6 Win 建库/推理卡住几分钟无输出(模型明明已缓存) HuggingFace hub 在线检查被 SSL 掐断,每文件重试 5×8s 拖死流程 export HF_HUB_OFFLINE=1(模型已缓存时直接离线模式);Linux 国内网络则用 HF_ENDPOINT=https://hf-mirror.com
7 Win FileNotFoundError: '/tmp/test_mols.csv'(bash 明明写了文件) MSYS 的 /tmp 与 Windows Python 的 /tmp 不是同一目录 给 Python 的路径一律用 D:/... 原生 Windows 路径
8 双 MLflow UI 找不到 run tracking_uri 默认相对路径 ./mlruns,cd 目录不对就找不到 mlflow ui --backend-store-uri <绝对路径>/mlruns --port 5000
9 双 Streamlit 启动报 Port 8599 is not available 端口被占/系统保留 换端口 --server.port 8611,无桌面环境加 --server.headless true
10 双 Streamlit DuplicateElementKey 同一 property 在 UI 里被多选 临时删 PROPERTY_INFO 里多余项
11 Linux CUDA error: invalid device ordinal(训练一启动就崩) train_model.py 的 --gpu 参数默认 1,单卡机器上 cuda:1 越界 python scripts/train_model.py --config config/config.yaml --gpu 0
12 Linux PyG / sentence-transformers 导入时 AttributeError: _ARRAY_API not found ~/.local/lib/python3.10/site-packages 里装过用户级 numpy-1.x 编译包(pyarrow/datasets),优先于 env 内的 numpy 2.x 被加载 运行时加 env PYTHONNOUSERSITE=1 屏蔽用户级 site-packages;根治是 pip install --ignore-installed 把缺的包补装进 env
13 Linux 明明装过 xxhash/sympy/tqdm/fsspec 却 ModuleNotFoundError pip 见 ~/.local 已有同名包就跳过,但 PYTHONNOUSERSITE=1 又屏蔽了它们 pip install --ignore-installed xxhash sympy networkx flask tqdm requests fsspec regex 强制装进 env

§6. 和成熟方案比,它处于什么位置

维度 本仓库 ADMETLab 3.0 TDC + Chemprop SwissADME
性质数 8 项 21 项 22 项(ADMET_Group) 7 项
模型架构 GCN/GAT/MPNN(自选) 多任务 DNN 任意(D-MPNN 等) 多元线性 / RF
解释能力 RAG + DeepSeek(实测通) SHAP 注意力热图 无 无
部署难度 单仓 git clone 在线 Web 需自配 在线 Web
上手成本 中(要装 20+ 依赖) 低 中 极低
离线运行 部分支持(换本地 LLM) 不支持 完全支持 不支持

定位差异:本仓库不是"工业级 ADMET 平台"------它是"教学+原型一体化"模板,适合:学 GNN 想拿真实数据练手 / 给客户演示"AI 辅助早期筛选"的可行性 / 想魔改 GNN 架构但不想从零写 dataloader。

不适合:生产环境的成药性评估决策------那种场景请用 ADMETLab 3.0 或 Schrodinger ADMET Predictor。

参考来源

  • 仓库:pritampanda15/ADMET-Prediction-System-Graph-Neural-Networks-with-RAG,commit main,2025-12-07 创建,17⭐ 3 fork,许可证 MIT(实测 gh api 查询)
  • 本文实测环境(双平台) :① Windows 11 + CPU(无独立 GPU)+ conda 26.7.2 + PyTorch 2.5.1 cpuonly + torch-geometric 2.8.0 + PyTDC 1.1.15 + DeepSeek deepseek-chat 直连(2026-09-29 全流程跑通,日志存档);② 复测 Ubuntu 22.04 + 消费级 GPU(RTX 3060)+ conda + PyTorch 2.14.0+cu130 + torch-geometric 2.8.0.post1 + PyTDC 1.1.15 + DeepSeek deepseek-chat 直连(2026-09-30 全链路复跑:训练 GPU ~1 分钟 / 单分子 RAG 解释 / 批量 CSV / hERG 分类 / Streamlit UI HTTP 200)
  • TDC 论文:Huang K, Fu T, Gao W, Zhao Y, Roohani Y, Leskovec J, Coley C W, Xiao C, Sun J, Zitnik M. Therapeutics Data Commons: Machine Learning Datasets and Tasks for Drug Discovery and Development . NeurIPS 2021. arXiv:2102.09548v2
  • TDC ADMET 基准:22 个数据集,Caco2_Wang 实测 910 条回归 / hERG 实测 655 条分类(阳性 451 / 阴性 204)/ PPBR_AZ 1797 条回归(tdcommons.ai/benchmark/admet_group 实测)
  • GCN / GAT / MPNN 三篇原始论文:Kipf & Welling 2017 (ICLR) / Veličković et al. 2018 (ICLR) / Gilmer et al. 2017 (ICML)

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