来源头条作者:终身学习者新锐也
DeepMind AI tackles one of chemistry’s most valuable techniques
DeepMind AI解决了化学界最有价值的技术之一
Machine-learning algorithm predicts material properties using electron density.
机器学习算法利用电子密度预测材料特性。
The AI predicts the distribution of electrons within a molecule (illustration) and uses it to calculate physical properties. Credit: DeepMind
人工智能预测单个分子中电子的分布（示意图），并利用它来计算物理性质。来源：DeepMind
A team led by scientists at the London-based artificial-intelligence company DeepMind has developed a machine-learning model that suggests a molecule’s characteristics by predicting the distribution of electrons within it. The approach, described in the 10 December issue of Science1, can calculate the properties of some molecules more accurately than existing techniques.
总部位于伦敦的人工智能公司DeepMind的科学家领导的一个团队开发了一个机器学习模型，通过预测分子中电子的分布来暗示分子的特征。这种方法在12月10日的《科学》杂志上有所描述，它可以比现有技术更精确地计算一些分子的性质。
“To make it as accurate as they have done is a feat,” says Anatole von Lilienfeld, a materials scientist at the University of Vienna.
维也纳大学的材料科学家Anatole von Lilienfeld说: “像他们所做的那样精确是一项壮举。”
The paper is “a solid piece of work”, says Katarzyna Pernal, a computational chemist at Lodz University of Technology in Poland. But she adds that the machine-learning model has a long way to go before it can be useful for computational chemists.
波兰罗兹理工大学的计算化学家Katarzyna Pernal说，这篇论文是“一项扎实的工作”。但她补充说，在能为计算化学家所用之前，机器学习模型还有很长的路要走。
重点词汇
tackles处理（问题，难题）；与…交涉；与…磋商；阻截（对方球员）得球；阻截时擒抱并摔倒；（tackle的第三人称单数）；用具；滑车；装备；阻截队员；索具；（tackle的复数）
predicts预言；预报；预测；预知；（predict的第三人称单数）
molecule分子；摩尔
predicting预言；预报；预测；预知；（predict的现在分词）
electrons电子；（electron的复数）
feat壮举；武艺；技艺；业绩；功绩
scientist科学家；科研人员
a solid一个固体；一个坚实的；实心的
piece of work…样的人；…样的货色
chemist药房；药店；化学家；化学研究员；化学实验师；药剂师
Predicting properties
预测属性
In principle, the structure of materials and molecules is entirely determined by quantum mechanics, and specifically by the Schrödinger equation, which governs the behaviour of electron wavefunctions.
原则上，材料和分子的结构完全由量子力学决定，特别是由支配电子波函数行为的薛定谔方程决定。
These are the mathematical gadgets that describe the probability of finding a particular electron at a particular position in space.
这些数学工具能描述特定电子在特定空间位置出现的概率。
But because all the electrons interact with one another, calculating the structure or molecular orbitals from such first principles is a computational nightmare, and can be done only for the simplest molecules, such as benzene, says James Kirkpatrick, a physicist at DeepMind.
但是DeepMind的物理学家詹姆斯·柯克帕特里克(James Kirkpatrick)说，因为所有的电子都相互作用，根据这样的第一性原理计算结构或分子轨道是一场计算噩梦，只能对最简单的分子进行计算，比如苯。
重点词汇
quantum mechanics量子力学
dinger极好的东西；本垒打
governs管理；控制；支配；统治
gadgets小玩意儿；小配件；（gadget的复数）
electrons电子；（electron的复数）
interact with与…互动；互动；交流
first principles基本原理；基本原则；首要原则
nightmare噩梦；可怕的事情；恐怖的经历；很难对付的人
simplest简单的；单纯的；天真的；轻便的；（simple的最高级）
physicist物理学家；物理学学生
To get around this problem, researchers — from pharmacologists to battery engineers — whose work relies on discovering or developing new molecules have for decades relied on a set of techniques called density functional theory (DFT) to predict molecules’ physical properties.
为了避开这个问题，那些依赖新分子的发现或开发的研究人员——从药理学家到电池工程师，几十年来一直使用一套被称为密度泛函理论（DFT）的技术来预测分子的物理性质。
The theory does not attempt to model individual electrons, but instead aims to calculate the overall distribution of the electrons’ negative electric charge across the molecule.
该理论并不试图模拟单个电子，而是旨在计算电子负电荷在分子中的总体分布。
“DFT looks at the average charge density, so it doesn’t know what individual electrons are,” says Kirkpatrick. Most properties of matter can then be easily calculated from that density.
“DFT着眼于平均电荷密度，所以它不知道单个电子的状态。”Kirkpatrick说。物质的大多数性质可以根据该密度轻易地计算出来。
重点词汇
get around回避, 四处走动
relies相信；信赖；依赖；依靠；依仗（rely的第三人称单数）
discovering发现；碰见；使被知晓；（discover的现在分词）
relied依靠；（rely的过去式和过去分词）
density functional theory密度泛函理论
physical properties物理性质；物理性能；物理特性
electrons电子；（electron的复数）
electric charge电荷；电荷量；电费
molecule分子；摩尔
charge density电荷密度
Since its beginnings in the 1960s, DFT has become one of the most widely used techniques in the physical sciences: an investigation by Nature’s news team in 2014 found that, of the top 100 most-cited papers, 12 were about DFT.
自20世纪60年代DFT建立以来，它已经成为物理科学中应用最广泛的技术之一：2014年，《自然》新闻团队的一项调查发现，在被引次数最多的100篇论文中，有12篇是关于密度泛函理论的。
Modern databases of materials’ properties, such as the Materials Project, consist to a large extent of DFT calculations.
材料特性的现代数据库，如材料项目，在很大程度上由密度泛函计算组成。
But the approach has limitations, and is known to give the wrong results for certain types of molecule, even some as simple as sodium chloride.
但是这种方法有局限性，而且现在已经知道它会对某些类型的分子给出错误的结果，甚至包括氯化钠这样简单的分子。
And although DFT calculations are vastly more efficient than those that start from basic quantum theory, they are still cumbersome and often require supercomputers.
尽管密度泛函理论的计算比那些从基本量子理论开始的计算要高效得多，但它们仍然很麻烦，并且通常需要超级计算机。
So, in the past decade, theoretical chemists have increasingly started to experiment with machine learning, in particular to study properties such as materials’ chemical reactivity or their ability to conduct heat.
因此，在过去的十年里，理论化学家越来越多地开始用机器学习进行实验，特别是研究材料的化学反应性或导热能力等特性。
重点词汇
beginnings开始；早期；开端；（beginning的复数）
physical sciences自然科学
by nature就其本质而言；天生地；按性质
news team新闻团队；新闻队伍；新闻小组
sodium chloride氯化钠；食盐
vastly广大地；极大地；深远地
quantum theory量子论
cumbersome笨重的；携带不方便的；难操作的；麻烦的；累赘的
chemists药剂师；化学家；药房；（chemist的复数）
machine learning机器学习, 机器的学习
Ideal problem
理想问题
The DeepMind team has made probably the most ambitious attempt yet to deploy AI to calculate electron density, the end result of DFT calculations.
DeepMind团队可能做出了迄今为止最具野心的尝试，他们利用人工智能来计算电子密度，这是DFT计算的最终结果。
“It’s sort of the ideal problem for machine learning: you know the answer, but not the formula you want to apply,” says Aron Cohen, a theoretical chemist who has long worked on DFT and who is now at DeepMind.
“这在某种程度上是机器学习的理想问题: 你知道答案，但不知道你想应用的公式。”理论化学家阿伦·科恩(Aron Cohen)说，他长期从事DFT研究，现在在DeepMind工作。
重点词汇
ambitious有强烈成功欲望的；有雄心的；有野心的；要求高的；雄心勃勃的
attempt试图做；试图登上；企图夺取；尝试；努力；企图杀害；尝试结果；试图打破纪录；试图征服高山
deploy部署；利用；展开；部署行动；有效使用
calculate计算；核算；打算；计划；猜想；相信；认为；判断；预期；指望
electron电子
calculations计算；深思熟虑；预测；自私的打算；推算；（calculation的复数）
sort of有一点儿
machine learning机器学习, 机器的学习
cohen僧侣；（Cohen）人名：科恩
chemist药房；药店；化学家；化学研究员；化学实验师；药剂师
The team trained an artificial neural network on data from 1,161 accurate solutions derived from the Schrödinger equations.
该团队对来自薛定谔方程的1161个精确解的数据训练了一个人工神经网络。
To improve accuracy, they also hard-wired some of the known laws of physics into the network.
为了提高其准确性，他们还将一些已知的物理定律硬连接进了神经网络中。
They then tested the trained system on a set of molecules that are often used as a benchmark for DFT, and the results were impressive, says von Lilienfeld.
von Lilienfeld说，他们随后用一组DFT计算常用的标准分子测试了训练好的系统，结果很出色。
“This is the best the community has managed to come up with, and they beat it by a margin,” he says.
“这是研究群体目前能得到的最好结果了，而他们大获全胜。”他说。
重点词汇
dinger极好的东西；本垒打
improve accuracy提高准确性
hard-wired硬接线的；硬连线的；固有的；天生的
molecules分子；微粒；微小颗粒；（molecule的复数）
benchmark基准；基准尺度；水准点；基准点；基准（问题）标准检查程序；评估；衡量；检测；基准问题检测结果为
impressive令人赞叹的；雄伟的；壮丽的；令人敬畏的
managed to设法；努力；达成
come up with提出, 想出；产生
beat it滚开, 立即走开
margin边；边沿；边缘；数量；利润；盈余；定金；押金；页面的空白边；页边线；给…加上边；预付定金；交押金；页边做注释或总结
One advantage of machine learning, von Lilienfeld adds, is that although it takes a massive amount of computing power to train the models, that process needs to be done only once.
von Lilienfeld补充说，机器学习的一个优点是，尽管训练模型需要海量的计算能力，但这个过程只需要做一次。
Individual predictions can then be done on a regular laptop, vastly reducing their cost and carbon footprint, compared with having to perform the calculations from scratch every time.
然后，就能在普通笔记本电脑进行独立的预测运算，与每次都从头开始计算相比，机器学习模型大大降低了成本和碳足迹。
重点词汇
machine learning机器学习, 机器的学习
computing power计算能力；运算能力
only once仅有一次
predictions预言；预报；[气]预测；预言的事物；(prediction的复数)
laptop笔记本电脑；便携式电脑
vastly广大地；极大地；深远地
carbon footprint碳足迹
calculations计算；深思熟虑；预测；自私的打算；推算；（calculation的复数）
from scratch从头开始, 从零开始
every time每次, 每当, 每回
Kirkpatrick and Cohen say that DeepMind is releasing their trained system for anyone to use.
Kirkpatrick和Cohen说，DeepMind正在发布他们训练有素的系统，供任何人使用。
For now, the model applies mostly to molecules and not to the crystal structures of materials, but future versions could work for materials, too, the authors say.
作者说，目前，该模型主要适用于分子，而不适用于材料的晶体结构，但未来的版本也可能适用于材料。
重点词汇
releasing释放；发射；让予；（release的现在分词）；发行；排放；发布
trained训练；培养；培训；瞄准；（train的过去式和过去分词）；训练过的；训练有素的
for now目前；暂时
applies应用；涂；申请；(apply的第三人称单数)；请求；适用；专心致志
mostly几乎全部地；多半；通常；一般
molecules分子；微粒；微小颗粒；（molecule的复数）
versions版本；译文；译本；说法；倒转术；（version的复数）
work for为…而工作；效劳；受雇于
authors作者；作家；创造者；创始人；（author的复数）；创作；编写；创作出版；（author的第三人称单数）
基于多年的语言学习实践，发现，随着社会的飞速发展，英语、汉语等重要语言也在不断的与时俱进。这个时候，我们以不变应万变的方法之一，可以是阅读主流刊物。
针对英语而言，无论是为了提高英语水平还是备考任何英语考试，英美外刊都应该是列为首选的最重要的学习资料。当我们真正深入去精读过英美外刊，不仅可以了解英语国家的文化，增长我们的见识，对于英语学习来说，还能够积累以英语为母语者的常用词汇，短语和句型。
建议大家在阅读本文时：第一遍快速阅读，领悟文章重点，了解大意；第二遍开始精读，每看完一段，要仔细体会其中每一句在段落中的功能，各句之间的联系，这一段是如何衔接上下文的，它在整个语篇中的地位，以提高你猜测词义和推理上下文能力；第三遍可以查看中英翻译，继续从微观到宏观地理解原文，学会区分重点和次要信息（这对考试时的阅读非常重要），总结词汇，搭配和句型，并且最好独自翻译一遍原文，以进一步加强理解。
最后建议大家要学以致用，利用从文章中学到的词汇，搭配，句型以及长难句结构进行造句，提高英文写作能力。
学习路径建议：金句记忆——关键词学习——拓展词汇训练——触类旁通——举一反三。
温馨提示：阅读完看着中文译文自己动手翻译出英文，然后将您译的英文与原文进行对比，以此来提升英文表达和句子结构的准确性和地道性。
本文节选自《自然》
DeepMind AI tackles one of chemistry’s most valuable techniques-DeepMind AI解决了化学界最有价值的技术之一。
