天天开心播客：机器学习在有机合成中的神奇世界

天天

嗨，大家好！欢迎回到天天开心播客！我是你们的天天，汪汪队里最棒的飞行员！今天，我的播客小飞机再次起飞，要带大家去一个充满神奇“分子积木”的世界！

大顺

大家好，我是大顺！天天，你的播客小飞机升级了吗？感觉飞得更稳了！

天天

当然啦！我的小飞机可是加装了最新的“知识引擎”！这样才能带我们飞得更高、更远，学到更多东西！大顺，上次你给我们讲了机器学习在有机合成中的应用，就像魔法一样，太神奇了！但是，我还有好多问题呢！

大顺

没问题，天天！今天我们就来更详细地聊聊这个话题！我们先从“反应预测”开始吧！天天，你还记得“反应预测”是什么吗？

天天

记得记得！就是科学家叔叔阿姨们给“机器学习”助手看一些化学反应的“谜面”，让它猜“谜底”，对不对？

大顺

完全正确！就像莱德队长给你出谜语，你来猜答案一样！化学反应的“谜面”就是反应物和反应条件。反应物就是参加反应的物质，就像做狗狗饼干的材料，比如面粉、鸡蛋、肉肉……

天天

哇！听起来好好吃！那反应条件呢？

大顺

反应条件就是反应发生的环境，就像烤狗狗饼干的温度、时间等等。‘机器学习’助手不是靠猜，而是靠学习！它看过很多很多的化学反应，就像我看过很多很多的科学书一样！它从这些反应中学习规律，然后根据这些规律来预测新的反应结果。

天天

哇！太厉害了！就像我的飞行背包，可以根据风向、风速来自动调整飞行姿态一样！那‘机器学习’助手是怎么预测化学反应的呢？

大顺

‘机器学习’助手用的方法也很厉害！有一种方法叫做‘图神经网络’，你可以把它想象成，把分子画成一张图，每个原子是一个点，原子之间的连接是线。‘图神经网络’可以从这张图上学习分子的特征，然后根据这些特征来预测反应结果。

天天

把分子画成图？听起来好好玩！那还有其他方法吗？

大顺

还有一种方法叫做‘Transformer’，这个更厉害了！你可以把它想象成，一个超级聪明的翻译家！‘Transformer’特别擅长处理复杂的反应，就像你可以同时开直升飞机，还能观察周围的情况一样！

天天

哇！听起来好复杂！就像我的翻译耳机，可以把不同动物的叫声翻译成我能听懂的话一样！那‘反应预测’除了猜‘谜底’，还能做什么呢？

大顺

‘反应预测’还可以帮助科学家叔叔阿姨们发现新的反应！就像你用飞行背包，可以飞到以前没有去过的地方，发现新的风景一样！我们接下来讲‘逆合成分析’，天天，你还记得‘逆合成分析’是什么吗？

天天

记得记得！就是科学家叔叔阿姨们先告诉‘机器学习’助手，他们想要合成的目标分子，就像告诉它，想要搭一个汪汪队总部。然后，‘机器学习’助手就要反过来思考，这个总部是由哪些积木组成的，这些积木又是由哪些更小的积木组成的，最后找到最合适的合成路线。

大顺

完全正确！就像你要拆开一个玩具，看看它里面是什么结构一样！用处可大了！‘逆合成分析’可以帮助科学家叔叔阿姨们更快更轻松地找到合成新分子的方法。就像你有了地图，就可以更快地找到救援地点一样！

天天

哦！我明白了！那‘机器学习’助手是怎么做到的呢？

大顺

‘机器学习’助手有很多厉害的算法！有一种算法叫做‘蒙特卡洛树搜索’，你可以把它想象成，一个超级聪明的探险家！这个探险家会在一个很大的‘化学迷宫’里探索，找到从目标分子回到起始原料的路线。

天天

哇！听起来好好玩！就像我在森林里寻找迷路的小动物一样！那还有其他算法吗？

大顺

还有一种算法叫做‘深度强化学习’，这个更厉害了！你可以把它想象成，一个超级聪明的机器人！这个机器人会不断地尝试不同的合成路线，然后从错误中学习，最后找到最好的路线。

天天

哇！就像毛毛一样，虽然有时候会犯错，但是会从错误中学习，变得越来越厉害！那‘逆合成分析’可以和‘反应预测’结合起来吗？

大顺

对！‘逆合成分析’找到的合成路线，可以用‘反应预测’来评估一下，看看每一步反应能不能成功，成功率有多高。就像我们汪汪队救援一样，先制定救援计划，然后评估一下计划的可行性，再开始行动！

天天

太棒了！‘机器学习’助手真是太厉害了！那我们接下来讲什么呢？上次你说的‘催化剂设计’，就像魔法棒一样，我也好想有一根！

大顺

好！我们就来讲‘催化剂设计’！天天，你知道催化剂是什么吗？

天天

知道知道！就是可以让化学反应变得更快、更容易发生的东西，对不对？

大顺

完全正确！就像你给小飞机加油，可以让它飞得更快一样！因为有些化学反应很难发生，或者发生的很慢，需要很好的催化剂才能让它们顺利进行。就像有些救援任务很困难，需要特别厉害的工具才能完成一样！

天天

哦！我明白了！那‘机器学习’助手是怎么设计新的催化剂的呢？

大顺

‘机器学习’助手可以分析很多很多的化学数据，找到催化剂的结构和性能之间的关系。就像你可以根据云朵的形状和颜色，预测天气一样！‘机器学习’助手有很多方法！有一种方法叫做‘高通量计算’，你可以把它想象成，一个超级快的计算器！

天天

计算器？我见过计算器！这个计算器可比你见过的厉害多啦！它可以快速计算很多很多催化剂的性能，然后从中挑选出最好的。

大顺

对！还有一种方法叫做‘生成模型’，这个更厉害了！你可以把它想象成，一个超级厉害的画家！这个画家可以画出新的催化剂的结构，而且这些结构都是以前没有见过的！

天天

哇！太神奇了！就像我可以画出我想象中的汪汪队新装备一样！那‘机器学习’助手还可以和高通量实验结合起来吗？

大顺

可以！高通量实验就是可以同时做很多很多实验的方法。就像你可以同时发射很多个飞行背包，去寻找不同的救援目标一样！‘机器学习’助手可以帮助科学家叔叔阿姨们更快更好地‘做菜’，做出更多有用的分子！

天天

哇！我好想去科学家叔叔阿姨们的‘厨房’看看！听众朋友们，今天的节目就到这里啦！希望你们也喜欢今天的科学小课堂！记住，科学就像我的飞行背包一样，可以带我们飞向更美好的未来！汪汪队，随时待命，勇往直前！

大顺

哈哈，天天，等你长大了，说不定就可以去参观真正的化学实验室呢！

天天

太好了！我好期待！听众朋友们，下次见！