三维分子结构编辑方法和装置与流程

本发明涉及分子编辑，尤其涉及一种三维分子结构编辑方法和装置。

背景技术：

1、常见的三维分子结构编辑软件，例如pymol，avogadro等软件可以在三维的用户操作界面中编辑分子；常见的二维分子结构编辑软件，例如chemdraw，marvin等软件可以在二维的用户操作界面中编辑分子。

2、而利用现有的分子结构编辑软件在三维结构与二维结构相互转换的过程中，会丢失原子的坐标信息：例如使用chemdraw将三维结构转换为二维结构时，仅根据分子的拓扑结构生成相应的二维结构，丢失了三维坐标；例如使用chem3d将二维结构转换为三维结构时，仅根据分子的拓扑结构搜索构象，丢失了二维坐标上的关联性。

3、综上，现有技术的三维分子结构编辑存在信息丢失率高的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种三维分子结构编辑方法和装置，用以解决现有技术中信息丢失率高的缺陷，实现信息丢失率低的三维分子结构编辑。

2、本发明提供一种三维分子结构编辑方法，包括如下步骤：

3、从原始结构中提取待编辑分子的三维结构；

4、基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构；

5、响应于获取用户编辑完成所述待编辑分子的二维结构得到的编辑结果，基于所述流形嵌入的逆过程将所述编辑结果映射回三维，得到映射结果；

6、根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果。

7、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构，具体包括：

8、计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，得到最近邻原子集合；

9、根据所述最近邻原子集合得到所述待编辑分子的二维结构。

10、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

11、根据预先构建的生物化学信息数据库中的第一数据筛选与所述待编辑分子的目标原子能够通过化学键相连的原子作为最近邻原子；

12、其中，所述第一数据至少包括标准氨基酸、标准核酸、标准糖类和登记过的小分子的结构信息。

13、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

14、根据预先构建的生物化学信息数据库中的第二数据计算所述待编辑分子的目标原子与预先选择的候选原子的原子间距离以及共价半径之和；

15、计算所述原子间距离和所述共价半径之和的差值，如果所述差值在预设范围内，则将所述候选原子作为最近邻原子；

16、其中，所述第二数据至少包括各个元素的共价半径。

17、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

18、在目标原子为碱土金属元素或过渡金属元素的情况下，根据所述目标原子周围预设范围内的原子空间排布构建目标矩阵；其中，所述目标矩阵由多个描述所述原子空间排布的三维矩阵堆积构成；

19、将所述目标矩阵输入至预先构建的分类模型，得到分类结果；

20、在所述分类结果为所述目标原子是络合离子的情况下，将参与络合的对手原子作为最近邻原子；

21、其中，所述分类模型是基于卷积神经网络利用原子样本的目标矩阵训练得到的。

22、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果，具体包括：

23、将所述映射结果和原始结构中除所述待编辑分子的部分合并，得到合并结果；

24、优化所述合并结果，得到编辑结果。

25、根据本发明提供的一种三维分子结构编辑方法，优化所述合并结果，得到编辑结果，具体包括：

26、计算所述合并结果的总能量与每个原子的能量梯度；

27、将原子的三维坐标作为自变量，以所述总能量为优化目标进行优化，使总能量最小，得到编辑结果。

28、本发明还提供一种三维分子结构编辑装置，包括如下模块：

29、分子提取单元，用于从原始结构中提取待编辑分子的三维结构；

30、第一映射单元，用于基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构；

31、第二映射单元，用于响应于获取用户编辑完成所述待编辑分子的二维结构得到的编辑结果，基于所述流形嵌入的逆过程将所述编辑结果映射回三维，得到映射结果；

32、编辑结果单元，用于根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果。

33、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述三维分子结构编辑方法。

34、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述三维分子结构编辑方法。

35、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述三维分子结构编辑方法。

36、本发明提供的三维分子结构编辑方法和装置，通过从原始结构中提取待编辑分子的三维结构；基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构；响应于获取用户编辑完成所述待编辑分子的二维结构得到的编辑结果，基于所述流形嵌入的逆过程将所述编辑结果映射回三维，得到映射结果；根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果。本发明通过流形嵌入法将三维的分子结构在每个局部都光滑连续地映射到二维平面，从而确定待编辑分子的二维模型与三维模型的结构映射关系，避免了现有技术中的映射方式造成的因整体的分子结构造成二维平面上原子与化学键的重叠显示，信息丢失率低。

技术特征：

1.一种三维分子结构编辑方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，基于随机森林模型，基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构，具体包括：

3.根据权利要求2所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

4.根据权利要求2所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

5.根据权利要求2所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，计算所述待编辑分子每个原子的最近邻原子，具体包括：

6.根据权利要求1所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果，具体包括：

7.根据权利要求6所述的三维分子结构编辑方法，其特征在于，优化所述合并结果，得到编辑结果，具体包括：

8.一种三维分子结构编辑装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述三维分子结构编辑方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述三维分子结构编辑方法。

技术总结
本发明涉及分子编辑技术领域，提供一种三维分子结构编辑方法和装置，通过从原始结构中提取待编辑分子的三维结构；基于流形嵌入将所述待编辑分子的三维结构映射至二维，得到所述待编辑分子的二维结构；响应于获取用户编辑完成所述待编辑分子的二维结构得到的编辑结果，基于所述流形嵌入的逆过程将所述编辑结果映射回三维，得到映射结果；根据所述映射结果和所述原始结构中除所述待编辑分子的部分得到编辑结果。本发明通过流形嵌入法将三维的分子结构在每个局部都光滑连续地映射到二维平面，从而确定待编辑分子的二维模型与三维模型的结构映射关系，信息丢失率低。

技术研发人员：胡哲阳
受保护的技术使用者：苏州创腾软件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5