Scalable Equilibrium Sampling with Sequential Boltzmann Generators

要約

熱力学的平衡における分子状態のスケーラブルなサンプリングは、統計物理学における長年の課題です。
Boltzmannジェネレーターは、強力な正規化フローと重要なサンプリングを組み合わせて、ターゲット分布の下で統計的に独立したサンプルを取得することにより、この問題に取り組みます。
このホワイトペーパーでは、Boltzmannジェネレーターフレームワークを拡張し、2つの重要な改善を伴うシーケンシャルボルツマンジェネレーター（SBG）を導入します。
1つ目は、全原子デカルト座標で直接動作する非常に効率的でない非識別変圧器ベースの正規化フローです。
以前の方法の同等の連続流とは対照的に、サンプル生成と尤度計算の両方で非常に効率的な、正確に反転可能な非等変量アーキテクチャを活用します。
その結果、これは標準的な重要性サンプリングを超えて、より洗練された推論戦略のロックを解除します。
より正確には、2番目の重要な改善として、アニールされたLangevinダイナミクスを使用してフローサンプルの推論時間スケーリングを実行し、ターゲット分布に向けてサンプルを輸送し、より低い忠実度のモンテカルロでのより高い忠実度の再サンプリングを可能にします。
SBGは最先端のパフォーマンスW.R.T.
分子系のすべてのメトリックは、以前のボルツマン発電機にとってこれまでに扱いにくいTRI、TETRA、およびヘキサペプチドのデカルト座標における最初の平衡サンプリングを実証しています。

要約(オリジナル)

Scalable sampling of molecular states in thermodynamic equilibrium is a long-standing challenge in statistical physics. Boltzmann generators tackle this problem by pairing powerful normalizing flows with importance sampling to obtain statistically independent samples under the target distribution. In this paper, we extend the Boltzmann generator framework and introduce Sequential Boltzmann generators (SBG) with two key improvements. The first is a highly efficient non-equivariant Transformer-based normalizing flow operating directly on all-atom Cartesian coordinates. In contrast to equivariant continuous flows of prior methods, we leverage exactly invertible non-equivariant architectures which are highly efficient both during sample generation and likelihood computation. As a result, this unlocks more sophisticated inference strategies beyond standard importance sampling. More precisely, as a second key improvement we perform inference-time scaling of flow samples using annealed Langevin dynamics which transports samples toward the target distribution leading to lower variance (annealed) importance weights which enable higher fidelity resampling with sequential Monte Carlo. SBG achieves state-of-the-art performance w.r.t. all metrics on molecular systems, demonstrating the first equilibrium sampling in Cartesian coordinates of tri, tetra, and hexapeptides that were so far intractable for prior Boltzmann generators.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google