矢量符号体系结构（VSA）提供了高度灵活并具有独特优势的计算方法。VSA中的概念由“符号”，值的长量向量表示，这些值利用高维空间的属性来表示和操纵信息。在这项新工作中，我们将在傅立叶全息降低表示（FHRR）VSA的框架内提供的操作的效率与深网的力量构建新型的基于VSA的残留和基于注意力的神经网络体系结构。使用注意力FHRR体系结构，我们证明了相同的网络体系结构可以通过将不同的信息编码到网络的输入中，类似于感知者模型，可以通过将不同的信息编码到网络的输入中来解决来自不同领域的问题（图像分类和分子毒性预测）。这证明了VSA的新应用以及在神经形态硬件上实施最新神经模型的潜在途径。

这项两部分的综合调查专门用于计算框架，该计算框架最常见于名称超高规范计算和矢量符号架构（HDC / VSA）。这两个名称都指的是一系列使用高维分布式表示的计算模型，并依赖于其关键操作的代数属性来结合结构化符号表示和矢量分布式表示的优点。 HDC / VSA系列中的显着型号是张解产品表示，全息减少表示，乘法添加释放，二进制喷溅码和稀疏二进制分布式表示，但也有其他型号。 HDC / VSA是一个高度跨学科的地区，与计算机科学，电气工程，人工智能，数学和认知科学有关。这一事实使得创造了彻底概述了该地区的挑战。然而，由于近年来加入了该地区的新研究人员的激增，对该地区综合调查的必要性变得非常重要。因此，在该地区的其他方面中，该部分我调查了以下几个方面，例如：HDC / VSA的已知计算模型以及各种输入数据类型的转换为高维分布式表示。本调查的第II部分致力于应用，认知计算和架构，以及未来工作的方向。该调查是对新人和从业者有用的。

全息减少的表示（HRR）是通过将每个向量与抽象概念相关联，并提供数学操作以操纵向量的方法来执行符号AI的方法，以便操纵向量，就像它们是经典的符号对象一样。这种方法在较旧的象征性AI工作和认知科学之外已经很少使用。我们的目标是重新审视这种方法，以了解它是否可行，以使混合神经象征性的方法能够学习作为深度学习架构的可差分量。由于数值不稳定性，HRRS今天在可分辨率的解决方案中无效，我们通过引入迫使向量存在于空间良好的点中的投影步骤来解决问题。这样做，我们将HRRS的概念检索效果提高超过100美元。使用多标签分类，我们演示了如何利用符号HRR属性来开发能够有效学习的输出层和损耗功能，并允许我们调查HRR神经象征性学习方法的一些优缺点。我们的代码可以在https://github.com/neuromorphiccomputationResearchProgram/learning-with-hotographicuredued-representations

传染媒介符号架构将高维传染料空间与一组精心设计的操作员组合起来，以便使用大型数字向量进行符号计算。主要目标是利用他们的代表权力和处理模糊和歧义的能力。在过去几年中，已经提出了几个VSA实现。可用的实现在底层矢量空间和VSA运算符的特定实现中不同。本文概述了十一可用的VSA实现，并讨论了其潜在的矢量空间和运营商的共性和差异。我们创建了一种可用绑定操作的分类，并使用来自类比推理的示例来显示非自逆绑定操作的重要分支。主要贡献是可用实施的实验比较，以便评估（1）捆绑的容量，（2）非精确解除界操作的近似质量，（3）组合绑定和捆绑操作对查询的影响回答性能，（4）两个示例应用程序的性能：视觉地位和语言识别。我们预计此比较和系统化与VSA的开发相关，并支持选择特定任务的适当VSA。实现可用。

Graph classification is an important area in both modern research and industry. Multiple applications, especially in chemistry and novel drug discovery, encourage rapid development of machine learning models in this area. To keep up with the pace of new research, proper experimental design, fair evaluation, and independent benchmarks are essential. Design of strong baselines is an indispensable element of such works. In this thesis, we explore multiple approaches to graph classification. We focus on Graph Neural Networks (GNNs), which emerged as a de facto standard deep learning technique for graph representation learning. Classical approaches, such as graph descriptors and molecular fingerprints, are also addressed. We design fair evaluation experimental protocol and choose proper datasets collection. This allows us to perform numerous experiments and rigorously analyze modern approaches. We arrive to many conclusions, which shed new light on performance and quality of novel algorithms. We investigate application of Jumping Knowledge GNN architecture to graph classification, which proves to be an efficient tool for improving base graph neural network architectures. Multiple improvements to baseline models are also proposed and experimentally verified, which constitutes an important contribution to the field of fair model comparison.

预测药物目标相互作用是药物发现的关键。最近基于深度学习的方法显示出令人鼓舞的表现，但仍有两个挑战：（i）如何明确建模并学习药物与目标之间的局部互动，以更好地预测和解释； （ii）如何从不同分布的新型药物目标对上概括预测性能。在这项工作中，我们提出了Dugban，这是一个深层双线性注意网络（BAN）框架，并适应了域的适应性，以明确学习药物与目标之间的配对局部相互作用，并适应了分布数据外的数据。 Dugban在药物分子图和靶蛋白序列上进行预测的作品，有条件结构域对抗性学习，以使跨不同分布的学习相互作用表示，以更好地对新型药物目标对进行更好的概括。在内域和跨域设置下，在三个基准数据集上进行的实验表明，对于五个最先进的基准，Dugban取得了最佳的总体表现。此外，可视化学习的双线性注意图图提供了可解释的见解，从预测结果中提供了可解释的见解。

这是第两部分综合调查的第二部分，专门用于计算框架，最常见于名称超高规范计算和矢量符号架构（HDC / VSA）。这两个名称都指的是一系列使用高维分布式表示的计算模型，并依赖于其关键操作的代数属性来结合结构化符号表示和矢量分布式表示的优点。全息减少的表示是一种有影响力的HDC / VSA模型，在机器学习域中是众所周知的，通常用于指整个家庭。但是，为了一致性，我们使用HDC / VSA来参考该区域。该调查的第I部分涵盖了该地区的基本方面，例如历史背景，导致HDC / VSA的开发，任何HDC / VSA模型的关键要素，已知的HDC / VSA模型，以及将各种类型的输入数据转换为高 - 适用于HDC / VSA的尺寸载体。第二部分调查现有的应用程序，HDC / VSA在认知计算和架构中的作用，以及未来工作的方向。大多数应用程序位于机器学习/人工智能域内，但我们还涵盖其他应用程序来提供彻底的照片。该调查是对新人和从业者有用的。

由于它们在元素之间代表复杂互动的能力，变压器已成为许多应用中的选择方法。然而，将变压器架构扩展到非顺序数据，例如分子，并使其对小型数据集的训练仍然是一个挑战。在这项工作中，我们引入了一种用于分子性能预测的基于变压器的架构，其能够捕获分子的几何形状。我们通过分子几何形状的初始编码来修改经典位置编码器，以及学习的门控自我关注机制。我们进一步提出了一种增强方案，用于避免通过过次分辨率的架构引起的过度拟合的分子数据。所提出的框架优于最先进的方法，同时仅基于纯机器学习，即，即该方法不包含量子化学的域知识，并且在成对原子距离旁边没有使用延伸的几何输入。

作为药物开发的必要过程，找到可以选择性地与特定蛋白质结合的药物化合物是高度挑战性和昂贵的。代表药物目标相互作用（DTI）强度的药物目标亲和力（DTA）在过去十年中在DTI预测任务中发挥了重要作用。尽管已将深度学习应用于与DTA相关的研究，但现有的解决方案忽略了分子亚结构之间的基本相关性，在分子代表学习药物化合物分子/蛋白质靶标之间。此外，传统方法缺乏DTA预测过程的解释性。这导致缺少分子间相互作用的特征信息，从而影响预测性能。因此，本文提出了一种使用交互式学习和自动编码器机制的DTA预测方法。提出的模型增强了通过药物/蛋白质分子表示学习模块捕获单个分子序列的特征信息的相应能力，并通过交互式信息学习模块补充了分子序列对之间的信息相互作用。 DTA值预测模块融合了药物目标对相互作用信息，以输出DTA的预测值。此外，从理论上讲，本文提出的方法最大化了DTA预测模型联合分布的证据下限（ELBO），从而增强了实际值和预测值之间概率分布的一致性。实验结果证实了相互变压器 - 药物目标亲和力（MT-DTA）的性能比其他比较方法更好。

Biological systems perceive the world by simultaneously processing high-dimensional inputs from modalities as diverse as vision, audition, touch, proprioception, etc. The perception models used in deep learning on the other hand are designed for individual modalities, often relying on domainspecific assumptions such as the local grid structures exploited by virtually all existing vision models. These priors introduce helpful inductive biases, but also lock models to individual modalities. In this paper we introduce the Perceiver -a model that builds upon Transformers and hence makes few architectural assumptions about the relationship between its inputs, but that also scales to hundreds of thousands of inputs, like ConvNets. The model leverages an asymmetric attention mechanism to iteratively distill inputs into a tight latent bottleneck, allowing it to scale to handle very large inputs. We show that this architecture is competitive with or outperforms strong, specialized models on classification tasks across various modalities: images, point clouds, audio, video, and video+audio. The Perceiver obtains performance comparable to ResNet-50 and ViT on ImageNet without 2D convolutions by directly attending to 50,000 pixels. It is also competitive in all modalities in AudioSet.

在三维分子结构上运行的计算方法有可能解决生物学和化学的重要问题。特别地，深度神经网络的重视，但它们在生物分子结构域中的广泛采用受到缺乏系统性能基准或统一工具包的限制，用于与分子数据相互作用。为了解决这个问题，我们呈现Atom3D，这是一个新颖的和现有的基准数据集的集合，跨越几个密钥的生物分子。我们为这些任务中的每一个实施多种三维分子学习方法，并表明它们始终如一地提高了基于单维和二维表示的方法的性能。结构的具体选择对于性能至关重要，具有涉及复杂几何形状的任务的三维卷积网络，在需要详细位置信息的系统中表现出良好的图形网络，以及最近开发的设备越多的网络显示出显着承诺。我们的结果表明，许多分子问题符合三维分子学习的增益，并且有可能改善许多仍然过分曝光的任务。为了降低进入并促进现场进一步发展的障碍，我们还提供了一套全面的DataSet处理，模型培训和在我们的开源ATOM3D Python包中的评估工具套件。所有数据集都可以从https://www.atom3d.ai下载。

人类自然有效地在复杂的场景中找到突出区域。通过这种观察的动机，引入了计算机视觉中的注意力机制，目的是模仿人类视觉系统的这一方面。这种注意机制可以基于输入图像的特征被视为动态权重调整过程。注意机制在许多视觉任务中取得了巨大的成功，包括图像分类，对象检测，语义分割，视频理解，图像生成，3D视觉，多模态任务和自我监督的学习。在本调查中，我们对计算机愿景中的各种关注机制进行了全面的审查，并根据渠道注意，空间关注，暂时关注和分支注意力进行分类。相关的存储库https：//github.com/menghaoguo/awesome-vision-tions致力于收集相关的工作。我们还建议了未来的注意机制研究方向。

Molecular "fingerprints" encoding structural information are the workhorse of cheminformatics and machine learning in drug discovery applications. However, fingerprint representations necessarily emphasize particular aspects of the molecular structure while ignoring others, rather than allowing the model to make datadriven decisions. We describe molecular graph convolutions, a machine learning architecture for learning from undirected graphs, specifically small molecules. Graph convolutions use a simple encoding of the molecular graph-atoms, bonds, distances, etc.-which allows the model to take greater advantage of information in the graph structure. Although graph convolutions do not outperform all fingerprint-based methods, they (along with other graph-based methods) represent a new paradigm in ligand-based virtual screening with exciting opportunities for future improvement.

注意机制对研究界提出了重大兴趣，因为他们承诺改善神经网络架构的表现。但是，在任何特定的问题中，我们仍然缺乏主要的方法来选择导致保证改进的具体机制和超参数。最近，已经提出了自我关注并广泛用于变压器 - 类似的架构中，导致某些应用中的重大突破。在这项工作中，我们专注于两种形式的注意机制：注意模块和自我关注。注意模块用于重新重量每个层输入张量的特征。不同的模块具有不同的方法，可以在完全连接或卷积层中执行此重复。研究的注意力模型是完全模块化的，在这项工作中，它们将与流行的Reset架构一起使用。自我关注，最初在自然语言处理领域提出，可以将所有项目与输入序列中的所有项目相关联。自我关注在计算机视觉中越来越受欢迎，其中有时与卷积层相结合，尽管最近的一些架构与卷曲完全消失。在这项工作中，我们研究并执行了在特定计算机视觉任务中许多不同关注机制的客观的比较，在广泛使用的皮肤癌MNIST数据集中的样本分类。结果表明，关注模块有时会改善卷积神经网络架构的性能，也是这种改进虽然明显且统计学意义，但在不同的环境中并不一致。另一方面，通过自我关注机制获得的结果表明了一致和显着的改进，即使在具有减少数量的参数的架构中，也可以实现最佳结果。

深度生成模型吸引了具有所需特性的分子设计的极大关注。大多数现有模型通过顺序添加原子来产生分子。这通常会使产生的分子与目标性能和低合成可接近性较少。诸如官能团的分子片段与分子性质和合成可接近的比原子更密切相关。在此，我们提出了一种基于片段的分子发生模型，其通过顺序向任何给定的起始分子依次向任何给定的起始分子添加分子片段来设计具有靶性质的新分子。我们模型的一个关键特征是属性控制和片段类型方面的高概括能力。通过以自动回归方式学习各个片段对目标属性的贡献来实现前者。对于后者，我们使用深神经网络，其从两个分子的嵌入载体中预测两个分子的键合概率作为输入。在用金砖石分解方法制备片段文库的同时隐式考虑所生成的分子的高合成可用性。我们表明该模型可以以高成功率同时控制多个目标性质的分子。即使在培训数据很少的财产范围内，它也与看不见的片段同样很好地工作，验证高概括能力。作为一种实际应用，我们证明，在对接得分方面，该模型可以产生具有高结合亲和力的潜在抑制剂，其抗对接得分的3CL-COV-2。

人白细胞抗原（HLA）是人类免疫领域的重要分子家族，它通过向T细胞呈现肽来识别外国威胁并触发免疫反应。近年来，诱导特定免疫反应的肿瘤疫苗的合成已成为癌症治疗的最前沿。对肽和HLA之间的结合模式进行计算建模可以极大地加速肿瘤疫苗的发展。但是，大多数预测方法的性能非常有限，他们无法完全利用对现有生物学知识作为建模的基础的分析。在本文中，我们提出了HLA分子肽结合预测的TripHlapan，这是一种新型的PAN特异性预测模型。 Triphlapan通过整合三重编码矩阵，BIGRU +注意模型和转移学习策略来表现强大的预测能力。全面的评估证明了Triphlapan在不同测试环境中预测HLA-I和HLA-II肽结合的有效性。最新数据集进一步证明了HLA-I的预测能力。此外，我们表明Triphlapan在黑色素瘤患者的样本中具有强大的结合重构能力。总之，Triphlapan是预测HLA-I和HLA-II分子肽与肿瘤疫苗合成的强大工具。

人工智能（AI）在过去十年中一直在改变药物发现的实践。各种AI技术已在广泛的应用中使用，例如虚拟筛选和药物设计。在本调查中，我们首先概述了药物发现，并讨论了相关的应用，可以减少到两个主要任务，即分子性质预测和分子产生。然后，我们讨论常见的数据资源，分子表示和基准平台。此外，为了总结AI在药物发现中的进展情况，我们介绍了在调查的论文中包括模型架构和学习范式的相关AI技术。我们预计本调查将作为有兴趣在人工智能和药物发现界面工作的研究人员的指南。我们还提供了GitHub存储库（HTTPS:///github.com/dengjianyuan/survey_survey_au_drug_discovery），其中包含文件和代码，如适用，作为定期更新的学习资源。

Molecular conformation generation aims to generate three-dimensional coordinates of all the atoms in a molecule and is an important task in bioinformatics and pharmacology. Previous methods usually first predict the interatomic distances, the gradients of interatomic distances or the local structures (e.g., torsion angles) of a molecule, and then reconstruct its 3D conformation. How to directly generate the conformation without the above intermediate values is not fully explored. In this work, we propose a method that directly predicts the coordinates of atoms: (1) the loss function is invariant to roto-translation of coordinates and permutation of symmetric atoms; (2) the newly proposed model adaptively aggregates the bond and atom information and iteratively refines the coordinates of the generated conformation. Our method achieves the best results on GEOM-QM9 and GEOM-Drugs datasets. Further analysis shows that our generated conformations have closer properties (e.g., HOMO-LUMO gap) with the groundtruth conformations. In addition, our method improves molecular docking by providing better initial conformations. All the results demonstrate the effectiveness of our method and the great potential of the direct approach. The code is released at https://github.com/DirectMolecularConfGen/DMCG

Applying deep learning concepts from image detection and graph theory has greatly advanced protein-ligand binding affinity prediction, a challenge with enormous ramifications for both drug discovery and protein engineering. We build upon these advances by designing a novel deep learning architecture consisting of a 3-dimensional convolutional neural network utilizing channel-wise attention and two graph convolutional networks utilizing attention-based aggregation of node features. HAC-Net (Hybrid Attention-Based Convolutional Neural Network) obtains state-of-the-art results on the PDBbind v.2016 core set, the most widely recognized benchmark in the field. We extensively assess the generalizability of our model using multiple train-test splits, each of which maximizes differences between either protein structures, protein sequences, or ligand extended-connectivity fingerprints. Furthermore, we perform 10-fold cross-validation with a similarity cutoff between SMILES strings of ligands in the training and test sets, and also evaluate the performance of HAC-Net on lower-quality data. We envision that this model can be extended to a broad range of supervised learning problems related to structure-based biomolecular property prediction. All of our software is available as open source at https://github.com/gregory-kyro/HAC-Net/.

视觉变压器正在成为解决计算机视觉问题的强大工具。最近的技术还证明了超出图像域之外的变压器来解决许多与视频相关的任务的功效。其中，由于其广泛的应用，人类的行动识别是从研究界受到特别关注。本文提供了对动作识别的视觉变压器技术的首次全面调查。我们朝着这个方向分析并总结了现有文献和新兴文献，同时突出了适应变形金刚以进行动作识别的流行趋势。由于其专业应用，我们将这些方法统称为``动作变压器''。我们的文献综述根据其架构，方式和预期目标为动作变压器提供了适当的分类法。在动作变压器的背景下，我们探讨了编码时空数据，降低维度降低，框架贴片和时空立方体构造以及各种表示方法的技术。我们还研究了变压器层中时空注意的优化，以处理更长的序列，通常通过减少单个注意操作中的令牌数量。此外，我们还研究了不同的网络学习策略，例如自我监督和零局学习，以及它们对基于变压器的行动识别的相关损失。这项调查还总结了在具有动作变压器重要基准的评估度量评分方面取得的进步。最后，它提供了有关该研究方向的挑战，前景和未来途径的讨论。