Trainer Engine : データから予測モデルへの翻訳

Ákos Tarcsay, Calculators製品マネージャー,
Wendy Warr氏（Wendy Warr & Associates Home Page）による、2022年Chemaxonユーザー会レポートより
※Trainer Engineの詳細はこちらをご参照ください。

機械学習（ML）のライフサイクルは、データの収集、標準化、トレーニング、可視化、トリアージを含む実験、モデルの展開と再トレーニングを経て行われます。Chemaxonは、データの取り込みから前処理、モデリング、レビュー、予測までをサポートするプロセスを開発しました。Ákosは、Java MLライブラリ、統計的機械知能および学習エンジン（SMILE）を含むインフラストラクチャー（図3）の構築について説明しました。

Chemaxonの標準化には、塩、溶媒和合物、および異性体の処理が含まれており、他の手法よりも優れているとされています。*1Ákosは、Chemaxonの異性体アルゴリズムを低分子保持時間（SMRT）*2データセットに適用し、1つの異性体の場合にランダムに選択された7,000件のトレーニング事例を用いて、252件の異性化が影響した15,000の化合物のテストセットで、異性体の有無で実行された場合の非常に満足のいく結果（R2 = 0.9）を報告しました。

彼は、ChEMBLデータセットから163のChEMBLターゲットの活性を使用して予測力を探求しました。*3データセットは、テストセットとトレーニングセットに10：90の比率で分割され（総トレーニングサイズ160,000、総テストサイズ18,000）、最近の文書年から30ポイントが外部セットに予約されました。外部セットは特に難しかったです。最良のモデルの予測力は、表1にまとめられています。

Ákosは、conformal predictionを使用して信頼度を調べました。*4 17,661件のうち、14,233件のテストセットに対して、予測の80.6％が誤差範囲内にあり、4,890件のうち3,344件の外部セットでは、68.4％が誤差範囲内にありました。SAMPL7では、ChemaxonのChemicalizeツールキットがマクロ規模のpKa予測を行うための経験的な参照方法としてテストされ、他の方法よりも優れた結果を出しました。

次に、Ákosは、MoleculeNetデータセットに基づく血液脳関門透過性分類のユースケースを示しました。*5生成されたランダムフォレストモデルは、物理化学特性および構造記述子を捉えた43の記述子を使用し、高いマシューズ相関係数（MCC = 0.6）と0.95の感度を示しました。

もう一つのユースケースは、PubChem BioAssayデータセットを使用したPAMPA透過性です。Ákosは、分子量が800未満で透過性が100のカットオフを使用する“Phenotype”フィールドを選択して、2029件の事例を標準化しました。646件を低/中、1383件を高と分類しました。MACCSキーに基づくtSNEプロットを作成し、2つのクラスターを作成しました。クラスター1でトレーニングし、クラスター2で予測を行いました。ベースモデルはメッセージパッシングニューラルネットワークで、トレーニングセットでは受け入れ可能な精度（MCC = 0.39）を示しましたが、テストケースでは低い性能（MCC = 0.07）でした。Trainer Engineを使用して生成されたGradient Tree Boostアンサンブルモデルは、19の記述子を使用して、対応するテストセットで有望な精度（MCC = 0.41）を示しました。

モデルは、化学シリーズ、データ、予測、および化学プロジェクト管理を接続するChemaxonのディスカバリーハブであるDesign Hubで利用可能になります（図4）。Design Hubはサービスに対して対応可能です。「production(本番運用)」フラグを設定するだけで、モデルはすぐにユーザーに利用可能になります。

Trainer Engineは、データを信頼できるモデルに翻訳し、モデル管理を集約します。Design Hubは、プロジェクトチームメンバーやリソースを接続し、ディスカバリーを追跡および管理します。