药物相似性分布不再靠调参硬压:SBOF在DrugBank上把TV距离降到0.0141,调优后的Sinkhorn仍停在0.1753
核心概要
在DrugBank 5.1.10的5,357个结构可解析小分子上,Schrödinger Bridge Onsager Flow把均匀化学库向药物相似性分布的搬运误差压到总变差距离0.0141,而经过十档正则参数扫描、取最优设置的Sinkhorn基线为0.1753。该方法不再维护分子两两之间的耦合矩阵,而是为每个分子维护一个标量势并用镜像下降更新;其神经摊销版本SBOFNet以1.6M参数单次前向给出0.0380的总变差距离,代价是精度低于解析解。
深度剖析
药物相似性重加权现在可以只更新每个分子一个标量势,而不必求解整张分子两两耦合矩阵,在真实结构导出的DrugBank数据上把目标分布匹配误差压到总变差距离0.0141。 此前的标准做法是熵正则最优传输,用Sinkhorn-Knopp类算法求解;熵正则让问题可算,却会模糊目标分布,除非仔细调节正则强度,否则难以刻画尖锐的分布峰。 在DrugBank 5.1.10经PubChem补全SMILES、按100至900 Da过滤后的5,357个分子上,SBOF在第87次迭代收敛到总变差距离0.0141、KL散度1.25×10⁻³、Pearson相关系数0.9996,单核CPU耗时70.1秒;默认正则的Sinkhorn总变差距离为0.2571。
优势并非来自基线未调参:在十档正则强度(0.005至5.0)的扫描中,取最优设置的Sinkhorn仍明显落后。 最优Sinkhorn取正则强度0.005时总变差距离为0.1753、相关系数约0.93,而SBOF为0.0141,对应总变差距离上91.9%的改进。 这一比较建立在同一5,357分子数据集与同一套七个RDKit描述符之上,因此改进被归因于算法结构而非数据或超参数选择。
为了让未见分子也能被打分,SBOFNet把解析解得到的势蒸馏成一个以七个原始描述符为输入的神经网络,单次前向即可输出重加权结果。 解析SBOF依赖完整的n×n相似核,遇到虚拟筛选中的新化合物必须从头重解整个传输问题,无法直接用于前瞻性打分。 SBOFNet在第465个训练轮次取得最佳验证表现,总变差距离0.0380、Pearson相关系数0.862;训练使用90/10划分、AdamW与余弦退火,共500轮。
启示与展望
演示范围是DrugBank 5.1.10中经PubChem匹配到SMILES、分子量在100至900 Da之间的5,357个小分子,描述符全部由RDKit计算;解析SBOF在该固定数据集上求解,SBOFNet在同一数据集的90/10划分上训练与验证。
结果来自单一训练随机种子,作者指出需要多种子置信区间才能给出绝对的统计保证;作者也提出后续应与高度优化的Python Optimal Transport库做基准比较。覆盖偏差分析显示该工作集对高分子量化合物(450至900 Da)略有低估,占比19.0%对25.0%,但批准率几乎一致(22.2%对23.7%,p=0.064)。
