MI研究の要素技術としての機械学習や記述子といった基本事項から、

ベイズ推定や進化論的計算といった発展的事項まで解説！

特に、第一原理MI研究を中心に最近の研究事例を紹介します！

マテリアルズ・インフォマティクスの

基礎と応用

【提携セミナー】

主催：株式会社R&D支援センター

◆セミナー趣旨

近年、材料開発の短縮と低コスト化の可能性から、材料科学とデータ科学の融合研究「マテリアルズ・インフォマティクス(MI)/データ駆動型材料研究」が世界的に進展している。データ駆動型材料探索では、ニーズから未知材料を探索する逆問題的手法がいくつか提案・実装されている。

実際に、MIで提案された新規化合物が実際に合成され、MI有効性を示す研究事例も報告されている。現状では、MI研究は、技術的には基礎研究の段階を経て、実践段階に至っている。

本セミナーでは、MI研究の要素技術としての機械学習や記述子といった基本事項から、ベイズ推定や進化論的計算といった発展的事項まで解説する。MI研究は、データ生成の観点から、シミュレーションによる物性データ生成と相性がよく、その融合展開である第一原理MI研究が進展している。

本セミナーでは、特に、第一原理MI研究を中心に最近の研究事例を紹介していく。

◆習得できる知識

マテリアルズ・インフォマティクスの基礎と応用を理解できる。
特に、データ駆動型物質探索のための統計学的基礎と、データ生成のための計算科学について理解できる。

◆受講対象

材料開発に従事している研究者・技術者

◆必要な前提知識

特に予備知識は前提としませんが、
大学教養程度の数学（微分積分・線形代数・統計学）・物理学・化学の知識があると、理解が深まると思います

◆キーワード

マテリアルズインフォマティクス,第一原理計算,データ生成,WEB,セミナー,講演,研修

担当講師

北陸先端科学技術大学院大学 情報社会基盤研究センター 准教授 博士（工学）　本郷 研太 氏

【ご専門】
計算材料科学

セミナープログラム（予定）

１． マテリアルズ・インフォマティクス（ＭＩ）概観
1-1. インフォマティクス／ＡＩ分野の発展
1-2. マテリアルズ・インフォマティクスとは何か？
1-2(1) 研究分野の動向/研究拠点
1-2(2) インフォマティクスの成功事例/触媒探索／マテリアル・レポジショニング
1-2(3) コンピュータによる物質探索／ベイズ統計
1-2(4) ＭＩ研究分野の研究事例／ハイスループットヴァーチャルスクリーニング
1-2(5) ＭＩ研究分野の研究事例／ベイズ探索
1-2(6) インフォマティクスだけで十分か？／データの問題：量と質
1-3. データ生成エンジンとしてのシミュレーション
1-3(1) スパコン：シミュレーション研究のための必須アイテム
1-3(2) 物質科学シミュレーションの階層性／連続体系・分子系・電子系
1-3(3) 第一原理計算とは何か？
1-3(4) 第一原理計算研究の研究事例/電子物性、フォノン(熱)物性

２． MI研究の基礎
2-1. 科学とインフォマティクス
2-2. ＭＩ研究における究極の目標：コンピュータによる物質探索
2-2(1) 問題設定：化合物空間/未知化合物の数
2-2(2) シミュレーションだけで新規物質を探索できるか？
2-2(3) 順問題と逆問題
2-3. ＭＩ研究の道具立て
2-3(1) 機械学習/物性予測モデル
2-3(2) 機械学習における内挿性と外挿性
2-3(3) 物性予測モデルとしての機械学習とシミュレーション
2-3(4) ＭＩにおける機械学習
2-3(5) 物性構造相関/物性予測モデル
2-3. 物質記述子
2-3(1) 化学情報/組成情報／フィンガープリント
2-3(2) 計算科学記述子
2-4. 教師あり学習
2-4(1) 回帰モデル
2-4(2) 学習モデルの性能
2-5. 回帰学習の応用としてのハイスループットヴァーチャルスクリーニング
2-6. 転移学習：少数データの高性能機械学習
2-7. ＭＩ研究における機械学習の適用事例/教師なし学習
2-8. 逆問題としての物質探索
2-8(1) ＭＩ研究におけるベイズ統計
2-8(2) ベイズ最適化：コンピュータ上での実験計画法
2-8(3) ベイズ構造探索：尤度関数と事前確率、ベイズ反転、事後確率
2-8(4) ベイズ構造探索の実装：
物質表現/SMILES形式、自然言語処理に基づく化合物生成
2-8(5) ベイズ構造探索の実例：ポリマー探索
2-9. マテリアルズ・インフォマティクスを始めるために
/Pythonプログラミング環境/ライブラリ

３． 第一原理計算の基礎
3-1. 第一原理計算を始める前に/注意事項：第一原理計算は難しい？
3-2. シミュレーションにおける第一原理計算の位置づけ／階層性
3-2(1) 第一原理計算の各種方法論
／密度汎関数法、分子軌道法、量子モンテカルロ法
3-2(2) 階層的計算科学の関連性／第一原理計算はどのように使われるか？
3-2(3) 第一原理計算の問題構造
／何を入力情報として、どんな結果が得られるか？
3-3. 基礎方程式の解き方/数理
3-3(1) 変分原理と近似方策；固有値問題：波動関数とエネルギー固有値
3-3(2) 近似法：多体問題から一体問題へ／基礎方程式は厳密に解けない
3-4. 量子化学計算
3-4(1) 分子軌道（Hatree-Fock; HF）法の実際/基底関数展開
3-4(2) 電子状態計算の出力/軌道関数・軌道エネルギー
3-4(3) 電子状態の規定/分子軌道の占有方法/フントの規則
3-4(4) HF法の限界/電子相関
3-4(5) HF法の改良方策/多体波動関数近似の改良
3-5. 密度汎関数法（DFT法）とは？
3-5(1) DFT法の要点/面倒な定理は一旦忘れて、本質は何か？
3-5(2) 交換相関汎関数とは何か？
／そのバリエーションと階層性（ヤコブの梯子）
3-5(3) 交換相関汎関数の違いによる理論予測の齟齬
3-5(4) DFT法の問題点：磁性、分子間力、励起状態の問題
3-6. 量子モンテカルロ(QMC)法とは？／QMC法の種類：VMC法とDMC法
3-6(1) DMC法のアイディア／どうして高精度計算が実現されるか？
3-6(2) DMC計算の実際／コンピュータ上での実装
3-6(3) DMC計算例/厳密な数値解
3-6(4) 大規模スパコン上での並列計算効率
3-7. 第一原理計算手法のまとめ
3-7(1) 計算スペックのまとめ
3-7(2) 第一原理計算を始めるために
／注意点、利用可能なソフトウェアと計算環境
3-8. 計算科学とMIの融合展開
3-8(1) 計算材料科学
3-8(2) XRDパターン認識/クラスタリングの適用
3-8(3) 元素置換による物性チューニング/組み合わせ論的構造生成法
3-8(4) 進化論的構造探索/原理と適用例

４． 総括

【質疑応答】

公開セミナーの次回開催予定

開催日

2022年11月04日（金） 10:30～16:30

開催場所

【WEB限定セミナー】※会社やご自宅でご受講下さい。

受講料

非会員： 55,000円 （本体価格：50,000円）
会員： 49,500円 （本体価格：45,000円）

会員（案内）登録していただいた場合、通常1名様申込で55,000円（税込）から

• 1名で申込の場合、49,500円（税込）へ割引になります。
• 2名同時申込で両名とも会員登録をしていただいた場合、
  55,000円（1名当たり 27,500円）（税込）です。

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• セミナー資料は開催前日までにお送りいたします。
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