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基于物理信息机器学习的酶促反应系统参数估计

刘承杰 俞辉 陈宇 戴厚德

化学工程2024,Vol.52Issue(7):77-81,94,6.
化学工程2024,Vol.52Issue(7):77-81,94,6.DOI:10.3969/j.issn.1005-9954.2024.07.013

基于物理信息机器学习的酶促反应系统参数估计

Parameter estimation of enzymatic reaction systems based on physics-informed machine learning

刘承杰 1俞辉 2陈宇 3戴厚德4

作者信息

  • 1. 福州大学先进制造学院,福建泉州 362000||中国科学院福建物质结构研究所,福建福州 350108
  • 2. 中国科学院福建物质结构研究所,福建福州 350108
  • 3. 中国科学院福建物质结构研究所,福建福州 350108||福建农林大学机电工程学院,福建福州 350100
  • 4. 中国科学院福建物质结构研究所,福建福州 350108||福建省特种设备检验研究院福建省特种智能装备安全与测控重点实验室,福建福州 350008
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摘要

Abstract

To reveal the potential of physics-informed neural networks in biochemistry,a new parameter estimation method based on modem physics-informed machine learning tools was investigated and its function was demonstrated through a case study of enzymatic synthesis process and the effects of soft and hard boundary constraint settings were compared on the computational results.The experimental results show that both physics-informed neural networks with soft and hard constraints can accurately estimate model parameters,with goodness of fit R2 above 0.98 on all observable variables.The resulting system model can better reflect the dynamic process of the system.The proposed method combines the advantages of model-driven and data-driven approaches and achieves robust training results on a small dataset based on 40 noisy samples,significantly reducing the required data.

关键词

物理信息嵌入/酶促反应/神经网络/参数估计/硬约束

Key words

physics-informed/enzyme reaction/neural network/parameter estimation/hard constraint

分类

信息技术与安全科学

引用本文复制引用

刘承杰,俞辉,陈宇,戴厚德..基于物理信息机器学习的酶促反应系统参数估计[J].化学工程,2024,52(7):77-81,94,6.

基金项目

福建省特种智能装备安全与测控重点实验室(FJIES2023KF02) (FJIES2023KF02)

泉州市科技计划项目(2022C004L) (2022C004L)

化学工程

OA北大核心CSTPCD

1005-9954

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