特開2023-183717安定構造探索システム、安定構造探索方法及び安定構造探索プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023183717
(43)【公開日】2023-12-28
(54)【発明の名称】安定構造探索システム、安定構造探索方法及び安定構造探索プログラム
(51)【国際特許分類】
G16C 10/00 20190101AFI20231221BHJP
【ＦＩ】
G16C10/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022097375
(22)【出願日】2022-06-16
(71)【出願人】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100107515
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 浩一
(72)【発明者】
【氏名】片山 健太朗
(57)【要約】
【課題】粗視化モデルの安定構造を探索する際の計算量を削減する。
【解決手段】安定構造探索システムは、列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部とを有する。
【選択図】図１
【解決手段】安定構造探索システムは、列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部とを有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部と
を有する安定構造探索システム。
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部と
を有する安定構造探索システム。
【請求項2】
前記状態変数に含まれるＮ－１個の変数のうちのいずれかの変数を変更する探索部を更に有する、請求項１に記載の安定構造探索システム。
【請求項3】
前記相対座標は、前記格子空間において、前記ｉ番目の粒子を原点に配置した場合の、前記ｉ＋１番目の粒子の座標である、請求項１に記載の安定構造探索システム。
【請求項4】
前記算出部は、前記状態変数が変更された場合の前記ｉ＋１番目の粒子の座標を、変更後の状態変数に基づいて算出する、請求項３に記載の安定構造探索システム。
【請求項5】
前記算出部は、ｉ＋２番目の粒子からＮ番目の粒子の各々が、前記ｉ＋１番目の粒子の移動に伴って平行移動するものとして、前記ｉ＋２番目の粒子から前記Ｎ番目の粒子の各々の座標を算出する、請求項４に記載の安定構造探索システム。
【請求項6】
前記計算部は、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づいて、前記Ｎ個の粒子の間の相互作用に基づく前記エネルギの値を計算する、請求項２に記載の安定構造探索システム。
【請求項7】
前記エネルギには、前記Ｎ個の粒子の間の角度に応じたエネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の二面角に応じたエネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の斥力または引力に応じたエネルギ、前記Ｎ個の粒子が環状構造を有する場合の、両端の粒子の間の距離に応じたエネルギ、のいずれかが含まれる、請求項６に記載の安定構造探索システム。
【請求項8】
前記計算部は、前記状態変数が更新された後の前記エネルギと、前記状態変数が更新される前の前記エネルギとの差分を計算する、請求項５に記載の安定構造探索システム。
【請求項9】
前記探索部は、前記計算部により計算された差分が、所定の条件を満たす場合に、前記状態変数の変更を可と判定する、請求項６に記載の安定構造探索システム。
【請求項10】
前記特定部は、前記所定の更新回数の範囲で更新された前記状態変数のうち、前記探索部によって変更可と判定された場合の前記状態変数であって、前記状態変数に対応する前記エネルギが極小値となる前記状態変数を特定する、請求項９に記載の安定構造探索システム。
【請求項11】
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータが実行する安定構造探索方法。
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータが実行する安定構造探索方法。
【請求項12】
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータに実行させるための安定構造探索プログラム。
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータに実行させるための安定構造探索プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、安定構造探索システム、安定構造探索方法及び安定構造探索プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、創薬の分野では、副作用の少ない中分子（分子量５００～３０００）が着目されており、中分子の安定構造を探索するための探索方法の開発が進められている。
【0003】
一例として、粗視化モデルについて、粗視化粒子間の相互作用ポテンシャルを用いて、安定構造を探索する方法が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１９／２３０３０３号
【特許文献2】特開２０２０－１９４４８７号公報
【特許文献3】特開２０１９－１７９３０４号公報
【特許文献4】特開２０２１－８２１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記方法の場合、粗視化粒子の数が増加すると、計算量が増大し、求解が困難になる。
【0006】
一つの側面では、粗視化モデルの安定構造を探索する際の計算量を削減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様によれば、安定構造探索システムは、
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部とを有する。
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部とを有する。
【発明の効果】
【0008】
粗視化モデルの安定構造を探索する際の計算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】安定構造探索システムの適用例を示す図である。
【図2】粗視化モデルの安定構造探索処理の概要を示す図である。
【図3】相対座標による表現方法を示す図である。
【図4】状態変数の具体例を示す図である。
【図5】エネルギ計算処理の詳細を示す図である。
【図6】エネルギ計算処理の各項の詳細を示す第１の図である。
【図7】エネルギ計算処理の各項の詳細を示す第２の図である。
【図8】安定構造探索システムのシステム構成及び端末装置の機能構成の一例を示す図である。
【図9】安定構造探索システムのシステム構成及びイジング装置の機能構成の一例を示す図である。
【図10】端末装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図11】安定構造探索処理の流れを示すフローチャートである。
【図12】探索処理の詳細を示す第１のフローチャートである。
【図13】探索処理の詳細を示す第２のフローチャートである。
【図14】計算量の削減効果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、各実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。
【0011】
【0012】
一般に、創薬の分野では、これまで低分子を用いることが主流であったが、低分子の場合、標的タンパク質以外のタンパク質にも結合しやすく、目的以外の機能を阻害する可能性があった。このため、近年では、副作用の少ない中分子が着目されている。
【0013】
一方で、医薬候補の中分子の場合、安定構造を探索する際の計算量が膨大となる。そこで、本願出願人は、まず、特定の中分子（例えば、環状ペプチド）に絞り込むとともに、以下の２つのフェーズにわけて、絞り込んだ中分子について安定構造を探索するための探索方法の開発を進めている。
【0014】
第１のフェーズは、アミノ酸分子を１つの粒子で表現（粗視化）することで粗視化モデル（モデルの一例）を生成し、粗視化モデルの安定構造を探索するフェーズである。なお、第１の実施形態に係る安定構造探索システムは、図１の点線枠で示した、第１のフェーズに適用されるシステムであって、かつ、粗視化モデルの安定構造を探索する際の計算量の削減を実現するシステムである。
【0015】
第２のフェーズは、探索した安定構造の粗視化モデルに基づき、全原子による安定構造の探索を行い、更に、探索した安定構造の全原子モデルに基づき、薬効の検証を行うフェーズである。
【0016】
なお、第２のフェーズにおいて、所望する薬効が得られなかった場合には、第１のフェーズに戻り、粗視化モデルについて更なる安定構造を探索する。これらのサイクルは、所望する薬効が得られるまで繰り返し行い、所望する薬効が得られた場合には、その時の安定構造の全原子モデルに基づき、例えば、製薬メーカにより中分子医薬が合成され、活性評価等（いわゆるウェット実験）が行われることになる。
【0017】
以下に詳説する第１の実施形態に係る安定構造探索システムは、このような中分子創薬の一連の流れのうち、第１のフェーズに適用されるシステムである。
【0018】
＜粗視化モデルの安定構造探索処理の概要＞
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムによる、粗視化モデルの安定構造の探索処理の概要について説明する。図２は、粗視化モデルの安定構造探索処理の概要を示す図である。
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムによる、粗視化モデルの安定構造の探索処理の概要について説明する。図２は、粗視化モデルの安定構造探索処理の概要を示す図である。
【0019】
第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、直鎖状に繋がったアミノ酸分子として、
・ペプチドの主鎖粒子を形成するアミノ酸のα炭素を中心とした骨格部分、及び、
・側鎖粒子、
をそれぞれ１つの粗視化された粒子（粗視化粒子）に置き換え、
・例えば、面心立方格子（ＦＣＣ：face-centered cubic）の空間（格子空間）に列状に配置、
することで、複数の粗視化粒子を含む粗視化モデルを生成し、生成した粗視化モデルの安定構造を、組み合わせ最適化問題として、イジング装置を用いて探索する。
・ペプチドの主鎖粒子を形成するアミノ酸のα炭素を中心とした骨格部分、及び、
・側鎖粒子、
をそれぞれ１つの粗視化された粒子（粗視化粒子）に置き換え、
・例えば、面心立方格子（ＦＣＣ：face-centered cubic）の空間（格子空間）に列状に配置、
することで、複数の粗視化粒子を含む粗視化モデルを生成し、生成した粗視化モデルの安定構造を、組み合わせ最適化問題として、イジング装置を用いて探索する。
【0020】
図２において、符号２１０は、複数の粗視化粒子（図２の例では、５個の粗視化粒子）を面心立方格子（ＦＣＣ：face-centered cubic）の空間（格子空間）に配置した初期状態の粗視化モデルを模式的に示したものである。なお、図２の例では、図示の簡略化のため、面心立方格子の空間を２次元平面で表現している。
【0021】
図２に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、粗視化モデル（符号２１０）の安定構造を探索する際、面心立方格子の空間において各粗視化粒子の位置を移動させることで粗視化モデルの状態遷移を繰り返す。そして、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、状態遷移を繰り返す過程で、
・遷移前のエネルギ値と遷移後のエネルギ値との差分に基づいて遷移可否（変更可否ともいう）をそれぞれ判定し、
・遷移可（変更可）と判定した遷移後（変更後）のエネルギ値の中から最小のエネルギ値（正確には、極小値となるエネルギ値）を特定する。これにより、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、安定構造の粗視化モデル（符号２２０）を探索する。
・遷移前のエネルギ値と遷移後のエネルギ値との差分に基づいて遷移可否（変更可否ともいう）をそれぞれ判定し、
・遷移可（変更可）と判定した遷移後（変更後）のエネルギ値の中から最小のエネルギ値（正確には、極小値となるエネルギ値）を特定する。これにより、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、安定構造の粗視化モデル（符号２２０）を探索する。
【0022】
具体的には、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、マルコフ連鎖モンテカルロ法（ＭＣＭＣ：Markov-Chain Monte Carlo）を利用し、
・遷移前のエネルギ値よりも遷移後のエネルギ値が小さい場合には、遷移可と判定し、
・遷移前のエネルギ値よりも遷移後のエネルギ値が大きい場合であっても、両者の差分が所定の熱ノイズよりも小さい場合には、遷移可と判定する、
ことで（つまり、所定の条件を満たす場合に遷移可と判定することで）、局所解に陥ることなく、最小のエネルギ値を特定する。
・遷移前のエネルギ値よりも遷移後のエネルギ値が小さい場合には、遷移可と判定し、
・遷移前のエネルギ値よりも遷移後のエネルギ値が大きい場合であっても、両者の差分が所定の熱ノイズよりも小さい場合には、遷移可と判定する、
ことで（つまり、所定の条件を満たす場合に遷移可と判定することで）、局所解に陥ることなく、最小のエネルギ値を特定する。
【0023】
また、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、パラレルテンパリング法（ＰＴ：Parallel Tempering）を利用して粗視化モデルの状態遷移を繰り返すことで、効率的に、最小のエネルギ値を特定する。
【0024】
加えて、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、
・列状に配置される複数の粗視化粒子のうち、当該列におけるｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を、当該列におけるｉ番目の粗視化粒子の座標からの相対座標により表現された状態変数を用いて算出し、
・当該状態変数を用いて算出される、各粗視化粒子の座標に基づいて、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギ値を計算する、
ことで、少ない計算量で、最小のエネルギ値を特定する（詳細は後述）。ここでいう、「状態変数」とは、粗視化モデルの状態（粗視化モデルの各粗視化粒子の座標）を特定するための変数である。
・列状に配置される複数の粗視化粒子のうち、当該列におけるｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を、当該列におけるｉ番目の粗視化粒子の座標からの相対座標により表現された状態変数を用いて算出し、
・当該状態変数を用いて算出される、各粗視化粒子の座標に基づいて、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギ値を計算する、
ことで、少ない計算量で、最小のエネルギ値を特定する（詳細は後述）。ここでいう、「状態変数」とは、粗視化モデルの状態（粗視化モデルの各粗視化粒子の座標）を特定するための変数である。
【0025】
なお、図２において、符号２２０は、第１の実施形態に係る安定構造探索システムにより最小のエネルギ値が特定されることで探索された粗視化モデルの安定構造を、模式的に示したものである。ただし、符号２１０同様、図示の簡略化のため、符号２２０では、面心立方格子の空間を２次元平面で表現している。
【0026】
＜相対座標により状態変数を表現することの利点＞
上述したように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、ｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を、ｉ番目の粗視化粒子の座標からの相対座標により表現された状態変数を用いて算出する。そこで、以下では、相対座標により状態変数を表現することの利点について説明する。
上述したように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、ｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を、ｉ番目の粗視化粒子の座標からの相対座標により表現された状態変数を用いて算出する。そこで、以下では、相対座標により状態変数を表現することの利点について説明する。
【0027】
【0028】
このうち、図３（ａ）は、比較例として、絶対座標により状態変数を表現した場合を示している。図３（ａ）に示すように、粗視化モデルに含まれる１番目の粗視化粒子の位置が決定されると、１番目の粗視化粒子に隣接する２番目の粗視化粒子の候補位置は、４通りとなる。
【0029】
また、２番目の粗視化粒子の候補位置それぞれに隣接する、３番目の粗視化粒子の候補位置は、８通りとなる。更に、３番目の粗視化粒子の候補位置それぞれに隣接する、４番目の粗視化粒子の候補位置は、１６通りとなる。
【0030】
このように、絶対座標により表現された状態変数を用いて各粗視化粒子の座標を特定しようとすると、粗視化モデルに含まれる粗視化粒子の数が大きくなるほど、粗視化粒子の候補位置の数が増えるため、状態変数のＢｉｔ数が増大する。
【0031】
一方、図３（ｂ）は、相対座標により状態変数を表現した場合を示している。図３（ｂ）に示すように、粗視化モデルに含まれる１番目の粗視化粒子の位置が決定されると、１番目の粗視化粒子に隣接する２番目の粗視化粒子の候補位置は、４通りとなる。
【0032】
また、粗視化モデルに含まれる２番目の粗視化粒子の位置が決定されると、２番目の粗視化粒子の候補位置に隣接する、３番目の粗視化粒子の候補位置は、３通りとなる。更に、粗視化モデルに含まれる３番目の粗視化粒子の位置が決定されると、３番目の粗視化粒子の候補位置に隣接する、４番目の粗視化粒子の候補位置は、３通りとなる。
【0033】
このように、相対座標により表現された状態変数を用いて各粗視化粒子の座標を特定する場合、粗視化モデルに含まれる粗視化粒子の数に関わらず、ｉ＋１番目の粗視化粒子の候補位置の数は一定となるため、状態変数のＢｉｔ数も増えない。
【0034】
つまり、図３（ｂ）に示すように相対座標により状態変数を表現した場合、状態変数のＢｉｔ数を削減できるといった利点がある。
【0035】
＜状態変数の具体例＞
次に、相対座標により表現された状態変数の具体例について説明する。図４は、状態変数の具体例を示す図である。
次に、相対座標により表現された状態変数の具体例について説明する。図４は、状態変数の具体例を示す図である。
【0036】
図４（ａ）に示すように、面心立方格子（ＦＣＣ）４１０の中心位置を原点（座標＝（０，０，０））とし、ｉ番目の粗視化粒子が原点に位置していたとする。この場合、ｉ番目の粗視化粒子に隣接するｉ＋１番目の粗視化粒子の位置は、１２通りとなる（＜０＞～＜１１＞参照）。そして、１２個の粗視化粒子の原点からの相対座標は、以下のようになる。
＜０＞の位置の相対座標：（－１，－１，０）
＜１＞の位置の相対座標：（－１，１，０）
＜２＞の位置の相対座標：（１，－１，０）
＜３＞の位置の相対座標：（１，１，０）
＜４＞の位置の相対座標：（－１，０，－１）
＜５＞の位置の相対座標：（－１，０，１）
＜６＞の位置の相対座標：（１，０，－１）
＜７＞の位置の相対座標：（０，－１，－１）
＜８＞の位置の相対座標：（０，－１，－１）
＜９＞の位置の相対座標：（０，－１，１）
＜１０＞の位置の相対座標：（０，１，－１）
＜１１＞の位置の相対座標：（０，１，１）
つまり、ｉ番目の粗視化粒子に隣接するｉ＋１番目の粗視化粒子の座標は、上記１２通りの相対座標のいずれかとなる（符号４２０参照）。
＜０＞の位置の相対座標：（－１，－１，０）
＜１＞の位置の相対座標：（－１，１，０）
＜２＞の位置の相対座標：（１，－１，０）
＜３＞の位置の相対座標：（１，１，０）
＜４＞の位置の相対座標：（－１，０，－１）
＜５＞の位置の相対座標：（－１，０，１）
＜６＞の位置の相対座標：（１，０，－１）
＜７＞の位置の相対座標：（０，－１，－１）
＜８＞の位置の相対座標：（０，－１，－１）
＜９＞の位置の相対座標：（０，－１，１）
＜１０＞の位置の相対座標：（０，１，－１）
＜１１＞の位置の相対座標：（０，１，１）
つまり、ｉ番目の粗視化粒子に隣接するｉ＋１番目の粗視化粒子の座標は、上記１２通りの相対座標のいずれかとなる（符号４２０参照）。
【0037】
図４（ｂ）は、一例として、８個の粗視化粒子が含まれる粗視化モデルの各粗視化粒子の座標を、相対座標により表現された状態変数を用いて算出した例を示している。具体的には、０番目の粗視化粒子の座標を原点（座標＝（０，０，０））とし、状態変数＝［０，１，４，６，３，２，７］とした場合、
・１番目の粗視化粒子の座標＝０番目の粗視化粒子の座標＋＜０＞の位置の相対座標、
・２番目の粗視化粒子の座標＝１番目の粗視化粒子の座標＋＜１＞の位置の相対座標、
・３番目の粗視化粒子の座標＝２番目の粗視化粒子の座標＋＜４＞の位置の相対座標、
・４番目の粗視化粒子の座標＝３番目の粗視化粒子の座標＋＜６＞の位置の相対座標、
・５番目の粗視化粒子の座標＝４番目の粗視化粒子の座標＋＜３＞の位置の相対座標、
・６番目の粗視化粒子の座標＝５番目の粗視化粒子の座標＋＜２＞の位置の相対座標、
・７番目の粗視化粒子の座標＝６番目の粗視化粒子の座標＋＜７＞の位置の相対座標、
と算出することができる。
・１番目の粗視化粒子の座標＝０番目の粗視化粒子の座標＋＜０＞の位置の相対座標、
・２番目の粗視化粒子の座標＝１番目の粗視化粒子の座標＋＜１＞の位置の相対座標、
・３番目の粗視化粒子の座標＝２番目の粗視化粒子の座標＋＜４＞の位置の相対座標、
・４番目の粗視化粒子の座標＝３番目の粗視化粒子の座標＋＜６＞の位置の相対座標、
・５番目の粗視化粒子の座標＝４番目の粗視化粒子の座標＋＜３＞の位置の相対座標、
・６番目の粗視化粒子の座標＝５番目の粗視化粒子の座標＋＜２＞の位置の相対座標、
・７番目の粗視化粒子の座標＝６番目の粗視化粒子の座標＋＜７＞の位置の相対座標、
と算出することができる。
【0038】
＜エネルギ計算処理の詳細＞
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムが粗視化モデルの安定構造を探索する際に実行する、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギ計算処理の詳細について説明する。図５は、エネルギ計算処理の詳細を示す図である。
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムが粗視化モデルの安定構造を探索する際に実行する、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギ計算処理の詳細について説明する。図５は、エネルギ計算処理の詳細を示す図である。
【0039】
図５に示すように、粗視化モデルの安定構造を探索する際に実行されるエネルギ計算処理（符号５１０参照）には、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギとして、
・粗視化粒子間の角度に応じたエネルギ、
・粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギ、
・粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギ、
・環状構造を有する場合の、両端の粗視化粒子間の距離に応じたエネルギ、
についての計算処理が含まれ、下式１により表される。
・粗視化粒子間の角度に応じたエネルギ、
・粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギ、
・粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギ、
・環状構造を有する場合の、両端の粗視化粒子間の距離に応じたエネルギ、
についての計算処理が含まれ、下式１により表される。
【0040】
【数1】
【0041】
ここで、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、上記エネルギ計算処理を実行するにあたり、各粗視化粒子の位置を移動させたことに伴って生じたエネルギ値の差分を計算対象とする。これにより、第１の実施形態に係る安定構造探索システムによれば、エネルギ計算処理の計算量を削減することができる。
【0042】
図６及び図７は、エネルギ計算処理の各項の詳細を示す第１及び第２の図である。図６の符号６１０に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギを計算する際、粗視化粒子の位置を移動させたことに伴って生じたエネルギ値の差分を計算対象とする。
【0043】
具体的には、ｉ番目の粗視化粒子に対して、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動することで、粗視化モデルの状態が遷移した場合、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ－１番目の粗視化粒子と、ｉ番目の粗視化粒子と、ｉ＋１番目の粗視化粒子との間でなす角度θ（ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ番目の粗視化粒子周辺の角度θ）と、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ－１番目の粗視化粒子と、ｉ番目の粗視化粒子と、ｉ＋１番目の粗視化粒子との間でなす角度θ'（ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ番目の粗視化粒子周辺の角度θ'）と、
の差分（＝θ－θ'）に応じたエネルギを、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギとして計算する。換言すると、ｉ－１番目の粗視化粒子周辺の角度、ｉ－２番目の粗視化粒子周辺の角度、・・・等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しないため、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギの計算には含めない。また、ｉ＋２番目以降の各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、角度を維持したまま平行移動する。つまり、ｉ＋１番目の粗視化粒子周辺の角度、ｉ＋２番目の粗視化粒子周辺の角度、・・・等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しないため、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギの計算には含めない。
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ－１番目の粗視化粒子と、ｉ番目の粗視化粒子と、ｉ＋１番目の粗視化粒子との間でなす角度θ（ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ番目の粗視化粒子周辺の角度θ）と、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ－１番目の粗視化粒子と、ｉ番目の粗視化粒子と、ｉ＋１番目の粗視化粒子との間でなす角度θ'（ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ番目の粗視化粒子周辺の角度θ'）と、
の差分（＝θ－θ'）に応じたエネルギを、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギとして計算する。換言すると、ｉ－１番目の粗視化粒子周辺の角度、ｉ－２番目の粗視化粒子周辺の角度、・・・等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しないため、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギの計算には含めない。また、ｉ＋２番目以降の各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、角度を維持したまま平行移動する。つまり、ｉ＋１番目の粗視化粒子周辺の角度、ｉ＋２番目の粗視化粒子周辺の角度、・・・等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しないため、粗視化粒子間の角度に応じたエネルギの計算には含めない。
【0044】
同様に、図６の符号６２０に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギを計算する際、粗視化粒子の位置を移動させたことに伴って生じたエネルギ値の差分を計算対象とする。
【0045】
具体的には、ｉ番目の粗視化粒子に対して、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動することで、粗視化モデルの状態が遷移した場合、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面Ａと、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面Ｂとの間でなす二面角τと、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面Ａと、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面Ｂ'との間でなす二面角τ'と、
の差分（＝τ－τ'）に応じたエネルギを、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギとして計算する。換言すると、ｉ－３番目～ｉ－１番目までの粗視化粒子によって形成される面と、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面との間でなす二面角等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギの計算には含めない。また、ｉ＋２番目以降の各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、角度を維持したまま平行移動する。つまり、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面と、ｉ番目～ｉ＋２番目までの粗視化粒子によって形成される面との間でなす二面角等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギの計算には含めない。
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面Ａと、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面Ｂとの間でなす二面角τと、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面Ａと、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面Ｂ'との間でなす二面角τ'と、
の差分（＝τ－τ'）に応じたエネルギを、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギとして計算する。換言すると、ｉ－３番目～ｉ－１番目までの粗視化粒子によって形成される面と、ｉ－２番目～ｉ番目までの粗視化粒子によって形成される面との間でなす二面角等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と移動した後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギの計算には含めない。また、ｉ＋２番目以降の各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、角度を維持したまま平行移動する。つまり、ｉ－１番目～ｉ＋１番目までの粗視化粒子によって形成される面と、ｉ番目～ｉ＋２番目までの粗視化粒子によって形成される面との間でなす二面角等は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の二面角に応じたエネルギの計算には含めない。
【0046】
また、図７の符号７１０に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システムでは、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギを計算する際、異なるグループに属する粗視化粒子同士の全ての組み合わせを計算対象とする。換言すると、同一グループに属する粗視化粒子間の斥力または引力については、エネルギの計算には含めない。
【0047】
具体的には、ｉ番目の粗視化粒子に対して、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動することで、粗視化モデルの状態が遷移した場合、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、グループＡ（ｉ番目以前の各粗視化粒子が属するグループ）及びグループＢ（ｉ＋１番目以降の各粗視化粒子が属するグループ）にそれぞれ属する各粗視化粒子間の全ての組み合わせについて計算した斥力または引力と、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、グループＡ（ｉ番目以前の各粗視化粒子が属するグループ）及びグループＢ（ｉ＋１番目以降の各粗視化粒子が属するグループ）にそれぞれ属する各粗視化粒子間の全ての組み合わせについて計算した斥力または引力と、
の差分に応じたエネルギを、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギとして計算する。換言すると、グループＡに属する粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギは、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しないため、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギの計算には含めない。また、グループＢに属する各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、距離を維持したまま平行移動するため、グループＢに属する粗視化粒子間の斥力または引力は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギの計算には含めない。
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前の、グループＡ（ｉ番目以前の各粗視化粒子が属するグループ）及びグループＢ（ｉ＋１番目以降の各粗視化粒子が属するグループ）にそれぞれ属する各粗視化粒子間の全ての組み合わせについて計算した斥力または引力と、
・ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動した後の、グループＡ（ｉ番目以前の各粗視化粒子が属するグループ）及びグループＢ（ｉ＋１番目以降の各粗視化粒子が属するグループ）にそれぞれ属する各粗視化粒子間の全ての組み合わせについて計算した斥力または引力と、
の差分に応じたエネルギを、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギとして計算する。換言すると、グループＡに属する粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギは、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しないため、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギの計算には含めない。また、グループＢに属する各粗視化粒子は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する際、距離を維持したまま平行移動するため、グループＢに属する粗視化粒子間の斥力または引力は、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動する前と後とで、変化しない。このため、粗視化粒子間の斥力または引力に応じたエネルギの計算には含めない。
【0048】
なお、図７の符号７２０に示すように、粗視化モデルが環状構造を有する場合、ｉ番目の粗視化粒子に対して、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動することで粗視化モデルの状態が遷移すると、両端の粗視化粒子間の距離は必ず変化する。
【0049】
このため、環状構造を有する場合の、両端の粗視化粒子間の距離に応じたエネルギについては、ｉ＋１番目の粗視化粒子が移動するごとに、常に計算される（粗視化モデルが環状構造を有する場合には、計算対象から除外されることはない）。
【0050】
＜安定構造探索システムのシステム構成及び各装置の機能構成＞
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムのシステム構成及び各装置の機能構成について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、安定構造探索システムのシステム構成及び端末装置の機能構成の一例を示す図である。また、図９は、安定構造探索システムのシステム構成及びイジング装置の機能構成の一例を示す図である。
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システムのシステム構成及び各装置の機能構成について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、安定構造探索システムのシステム構成及び端末装置の機能構成の一例を示す図である。また、図９は、安定構造探索システムのシステム構成及びイジング装置の機能構成の一例を示す図である。
【0051】
（１）安定構造探索システムのシステム構成及び端末装置の機能構成
図８に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００は、端末装置８１０とイジング装置８２０とを有する。
図８に示すように、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００は、端末装置８１０とイジング装置８２０とを有する。
【0052】
端末装置８１０には、安定構造探索指示プログラムがインストールされており、当該プログラムが実行されることで、端末装置８１０は、状態変数入力部８１１、エネルギモデル入力部８１２、探索指示部８１３、実行指示部８１４として機能する。
【0053】
状態変数入力部８１１は、安定構造の探索対象となる、初期状態の粗視化モデル（符号２１０）の入力を受け付ける。なお、状態変数入力部８１１は、アミノ酸残基数Ｎ（Ｎは２以上の整数）及びアミノ酸の残基配列の設定を受け付けることで、粗視化モデル（符号２１０）を特定する。また、状態変数入力部８１１は、Ｎ－１個の状態変数をランダムに決定することで、粗視化モデル（符号２１０）の初期状態とする。
【0054】
また、状態変数入力部８１１は、状態変数を表現するための相対座標（符号４２０）の入力を受け付ける。なお、状態変数入力部８１１が入力を受け付けた、初期状態の粗視化モデル（符号２１０）及び相対座標（符号４２０）は、実行指示部８１４に通知される。
【0055】
エネルギモデル入力部８１２は、粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギ計算処理を実行する際に用いる計算式（符号５１０）の入力を受け付ける。なお、エネルギモデル入力部８１２が入力を受け付けた計算式（符号５１０）は、実行指示部８１４に通知される。
【0056】
探索指示部８１３は、粗視化モデル（符号２１０）について安定構造を探索する際の探索回数または探索を行う変数の入力を受け付ける。ここでいう探索回数または探索行う変数とは、イジング装置８２０における状態変数の更新回数と等価である。なお、探索指示部８１３が入力を受け付けた探索回数または探索を行う変数は、実行指示部８１４に通知される。
【0057】
実行指示部８１４は、状態変数入力部８１１、エネルギモデル入力部８１２、探索指示部８１３より通知された各情報に基づいて、安定構造の探索を行うようイジング装置８２０に指示する。なお、実行指示部８１４では、
・探索対象：粗視化モデル（符号２１０）、
・粗視化モデルの初期状態：ランダムに決定された状態変数
・状態変数の表現方法：相対座標（符号４２０）、
・探索処理時のエネルギ計算方法：計算式（符号５１０）、
・探索処理時の状態変数の更新回数：探索回数または探索を行う変数、
を送信することで、イジング装置８２０に対して探索指示を行う。
・探索対象：粗視化モデル（符号２１０）、
・粗視化モデルの初期状態：ランダムに決定された状態変数
・状態変数の表現方法：相対座標（符号４２０）、
・探索処理時のエネルギ計算方法：計算式（符号５１０）、
・探索処理時の状態変数の更新回数：探索回数または探索を行う変数、
を送信することで、イジング装置８２０に対して探索指示を行う。
【0058】
また、実行指示部８１４は、イジング装置８２０に対して探索指示を行うことでイジング装置８２０より探索結果を受信する。実行指示部８１４が受信する探索結果には、最小のエネルギの計算結果と、そのときの状態変数とが含まれる。これにより、実行指示部８１４では、粗視化モデル（符号２１０）についての安定構造と、安定構造における粗視化モデル（符号２２０）の粗視化粒子間の相互作用に基づくエネルギとを出力することができる。
【0059】
（２）安定構造探索システムのシステム構成及びイジング装置の機能構成
続いて、図９を用いてイジング装置８２０の機能構成について説明する（安定構造探索システム８００のシステム構成については、図８を用いて説明済みであるため、ここでは説明を割愛する）。
続いて、図９を用いてイジング装置８２０の機能構成について説明する（安定構造探索システム８００のシステム構成については、図８を用いて説明済みであるため、ここでは説明を割愛する）。
【0060】
イジング装置８２０には、安定構造探索プログラムがインストールされており、当該プログラムが実行されることで、イジング装置８２０は、探索部９１０、最適解特定部９２０、状態変換部９３０、エネルギ計算部９４０として機能する。
【0061】
探索部９１０は、端末装置８１０からの探索指示に基づいて、粗視化モデル（符号２１０）について安定構造を探索し、探索結果を端末装置８１０に送信する。具体的には、探索部９１０は、粗視化モデル（符号２１０）について、指示された探索回数（または探索を行う変数）の範囲内で状態変数を更新（変更）する。また、探索部９１０は、状態変数を更新し粗視化モデルの状態を遷移させるごとに算出されたエネルギ値に基づいて遷移可否を判定する。また、探索部９１０は、遷移可と判定したエネルギ値の中から特定された、最小のエネルギ値及びそのときの状態変数を、探索結果として、端末装置８１０に送信する。
【0062】
図９の例は、探索部９１０が、現在の状態変数（［０，１，９，６］）についてエネルギ計算部９４０により計算されたエネルギ値を、最適解特定部９２０に通知した様子を示している。また、図９の例は、探索部９１０が、状態変数を、［０，１，９，６］から［０，１，４，６］へと更新し、最適解特定部９２０及び状態変換部９３０に通知した様子を示している。
【0063】
最適解特定部９２０は特定部の一例である。最適解特定部９２０は、探索部９１０からエネルギ値が通知されるごとに、エネルギ値格納部９５０に格納されたエネルギ値と比較し、通知されたエネルギ値の方が小さい場合に、通知されたエネルギ値を、エネルギ値格納部９５０に格納する。これにより、最適解特定部９２０では、最小のエネルギ値を特定することができる。
【0064】
また、最適解特定部９２０は、探索部９１０から更新後の状態変数が通知されるごとに保持し、対応するエネルギ値が探索部９１０から通知され、かつ、当該対応するエネルギ値をエネルギ値格納部９５０に格納した場合には、状態変数格納部９６０に格納する。これにより、最適解特定部９２０では、最小のエネルギ値に対応する状態変数を特定することができる。
【0065】
状態変換部９３０は算出部の一例であり、探索部９１０から更新後の状態変数が通知されるごとに、相対座標格納部９７０を参照し、状態遷移後の粗視化モデルの各粗視化粒子の座標を算出する。なお、相対座標格納部９７０には、端末装置８１０からの探索指示に伴って送信された、相対座標が格納されているものとする。
【0066】
図９の例は、探索部９１０から更新後の状態変数として、［０，１，４，６］が通知されたことで、状態変換部９３０が、相対座標に基づいて、下記のように、各粗視化粒子（粗視化粒子０～粗視化粒子４）の座標を算出した様子を示している。
・粗視化粒子０：（０，０，０）
・粗視化粒子１：（０，０，０） ＋（－１，－１，０）＝（－１，－１，０）
・粗視化粒子２：（－１，－１，０）＋（－１，１，０） ＝（―２，０，０）
・粗視化粒子３：（－２，０，０） ＋（－１，０，－１）＝（－３，０，－１）
・粗視化粒子４：（－３，０，－１）＋（１，０，－１） ＝（－２，０，－２）
なお、状態変換部９３０により算出された、状態遷移後の粗視化モデルの各粗視化粒子の座標は、エネルギ計算部９４０に通知される。
・粗視化粒子０：（０，０，０）
・粗視化粒子１：（０，０，０） ＋（－１，－１，０）＝（－１，－１，０）
・粗視化粒子２：（－１，－１，０）＋（－１，１，０） ＝（―２，０，０）
・粗視化粒子３：（－２，０，０） ＋（－１，０，－１）＝（－３，０，－１）
・粗視化粒子４：（－３，０，－１）＋（１，０，－１） ＝（－２，０，－２）
なお、状態変換部９３０により算出された、状態遷移後の粗視化モデルの各粗視化粒子の座標は、エネルギ計算部９４０に通知される。
【0067】
エネルギ計算部９４０は、状態変換部９３０から状態遷移後の粗視化モデルの各粗視化粒子の座標が通知されるごとに、エネルギ計算処理を実行する。具体的には、エネルギ計算部９４０は、端末装置８１０からの探索指示に伴って送信された、計算式（符号５１０）に基づいて、図６及び図７を用いて説明した計算対象について、エネルギ値を計算する。なお、エネルギ計算部９４０により計算されたエネルギ値は、探索部９１０に通知され、探索部９１０では、更新後の状態変数（[０，１，４，６]）を更新前の状態変数として取り扱うことで、次の探索を行う。
【0068】
＜端末装置のハードウェア構成＞
次に、端末装置８１０のハードウェア構成について説明する。図１０は、端末装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
次に、端末装置８１０のハードウェア構成について説明する。図１０は、端末装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【0069】
図１０に示すように、端末装置８１０は、プロセッサ１００１、メモリ１００２、補助記憶装置１００３、Ｉ／Ｆ（Interface）装置１００４、通信装置１００５、ドライブ装置１００６を有する。なお、端末装置８１０のプロセッサ１００１、補助記憶装置１００３、Ｉ／Ｆ装置１００４、通信装置１００５、ドライブ装置１００６は、バス１００７を介して相互に接続されている。
【0070】
プロセッサ１００１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の各種演算デバイスを有する。プロセッサ１００１は、各種プログラム（例えば、安定構造探索指示プログラム等）をメモリ１００２上に読み出して実行する。
【0071】
メモリ１００２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の主記憶デバイスを有する。プロセッサ１００１とメモリ１００２とは、いわゆるコンピュータを形成し、プロセッサ１００１が、メモリ１００２上に読み出した各種プログラムを実行することで、当該コンピュータは上記各種機能を実現する。
【0072】
補助記憶装置１００３は、各種プログラムや、各種プログラムがプロセッサ１００１によって実行される際に用いられる各種情報を格納する。
【0073】
Ｉ／Ｆ装置１００４は、外部装置の一例である操作装置１０１０、出力装置１０２０と、端末装置８１０とを接続する接続デバイスである。
【0074】
通信装置１００５は、ネットワークを介してイジング装置８２０と通信するための通信デバイスである。
【0075】
ドライブ装置１００６は記録媒体１０３０をセットするためのデバイスである。ここでいう記録媒体１０３０には、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等のように情報を光学的、電気的あるいは磁気的に記録する媒体が含まれる。また、記録媒体１０３０には、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等のように情報を電気的に記録する半導体メモリ等が含まれていてもよい。
【0076】
なお、補助記憶装置１００３にインストールされる各種プログラムは、例えば、配布された記録媒体１０３０がドライブ装置１００６にセットされ、該記録媒体１０３０に記録された各種プログラムが読み出されることでインストールされる。あるいは、補助記憶装置１００３にインストールされる各種プログラムは、通信装置１００５を介してネットワークからダウンロードされることで、インストールされてもよい。
【0077】
なお、ここでは、端末装置８１０のハードウェア構成についてのみ説明し、イジング装置８２０のハードウェア構成について説明しなかったが、イジング装置８２０のハードウェア構成は、例えば、端末装置８１０と同様であってもよい。あるいは、イジング装置８２０のハードウェア構成は、いわゆる量子コンピュータのハードウェア構成と同様であってもよい。
【0078】
＜安定構造探索処理の流れ＞
次に、安定構造探索システム８００による安定構造探索処理の流れについて説明する。図１１は、安定構造探索処理の流れを示すフローチャートである。
次に、安定構造探索システム８００による安定構造探索処理の流れについて説明する。図１１は、安定構造探索処理の流れを示すフローチャートである。
【0079】
ステップＳ１１０１において、端末装置８１０は、アミノ酸の残基数Ｎ（Ｎは２以上の整数）及びアミノ酸の残基配列の設定を受け付けることで、安定構造の探索対象となる粗視化モデルを特定する。
【0080】
ステップＳ１１０２において、端末装置８１０は、Ｎ個の粗視化粒子の粗視化モデルについて、初期状態をランダムに決定する。具体的には、端末装置８１０は、Ｎ－１個の状態変数をランダムに決定する。
【0081】
ステップＳ１１０３において、端末装置８１０は、状態変数を表現するための相対座標の入力を受け付ける。また、端末装置８１０は、探索処理時のエネルギ計算処理に用いる計算式の入力を受け付ける。また、端末装置８１０は、探索処理時の状態変数の更新回数として、探索回数または探索を行う変数を受け付ける。更に、端末装置８１０は、受け付けた各情報に基づいて、粗視化モデルの安定構造の探索を行うようイジング装置８２０に探索指示を送信する。
【0082】
ステップＳ１１０４において、イジング装置８２０は、探索処理を実行する。なお、イジング装置８２０による探索処理の詳細は、後述する。
【0083】
ステップＳ１１０５において、端末装置８１０は、イジング装置８２０より探索結果を受信し、探索対象の粗視化モデルについての最小のエネルギ値の計算結果と、そのときの状態変数とを出力する。
【0084】
＜探索処理の流れ＞
次に、イジング装置８２０による探索処理（ステップＳ１１０４）の詳細について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３は、探索処理の詳細を示す第１及び第２のフローチャートである。
次に、イジング装置８２０による探索処理（ステップＳ１１０４）の詳細について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３は、探索処理の詳細を示す第１及び第２のフローチャートである。
【0085】
図１２のステップＳ１２０１において、イジング装置８２０は、初期状態の粗視化モデル（符号２１０）についてエネルギ値を計算し、計算したエネルギ値を、現時点での最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）として格納する。
【0086】
ステップＳ１２０２において、イジング装置８２０は、粗視化モデルのＮ個の粗視化粒子の座標を特定するＮ－１個の状態変数のうち、いずれか１つをランダムに選択し、ｉｎｄｅｘ＝Ｘを設定する（Ｘ＝０～Ｎ－２のいずれかの整数）。
【0087】
ステップＳ１２０３において、イジング装置８２０は、状態変数Ｘを更新する。なお、ここでは、状態変数Ｘを更新したことで移動する粗視化粒子をｉ＋１番目の粗視化粒子とする。
【0088】
ステップＳ１２０４において、イジング装置８２０は、ｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を算出する。具体的には、イジング装置８２０は、ｉ番目の粗視化粒子の座標に、状態変数Ｘに対応する相対座標を加算することで、ｉ＋１番目の粗視化粒子の座標を算出する。
【0089】
ステップＳ１２０５において、イジング装置８２０は、ｉ＋２番目～Ｎ番目の粗視化粒子の座標を更新する。具体的には、イジング装置８２０は、ｉ＋１番目の粗視化粒子の移動に合わせて、ｉ＋２番目～Ｎ番目の粗視化粒子を平行移動させることで、ｉ＋２番目～Ｎ番目の粗視化粒子の座標を更新する。
【0090】
ステップＳ１２０６において、イジング装置８２０は、状態変数Ｘを更新することで状態が遷移した遷移後の粗視化モデルの各粗視化粒子の座標に基づいて、エネルギ値Ｅ'を計算する。
【0091】
続いて、図１３のステップＳ１３０１において、イジング装置８２０は、現時点での最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）として格納されたエネルギ値Ｅと、ステップＳ１２０６において計算されたエネルギ値Ｅ'との差分を算出する。また、イジング装置８２０は、算出した差分が、所定の熱ノイズ（図１３の例では、－Ｔｌｏｇ（ａ））未満であるか否かを判定する。なお、ａは一様乱数であり、ａ∈［０，１］を満たす値である。
【0092】
ステップＳ１３０１において、所定の熱ノイズ（－Ｔｌｏｇ（ａ））未満であると判定した場合には（ステップＳ１３０１においてＹＥＳの場合には）、ステップＳ１３０２に進む。
【0093】
ステップＳ１３０２において、イジング装置８２０は、遷移可と判定し、更新後の状態変数を採用するとともに、エネルギ値を更新する（エネルギ値Ｅ'でエネルギ値Ｅを置き換える）。
【0094】
一方、ステップＳ１３０１において、所定の熱ノイズ（－Ｔｌｏｇ（ａ））以上であると判定した場合には（ステップＳ１３０１においてＮＯの場合には）、ステップＳ１３０３に進む。
【0095】
ステップＳ１３０３において、イジング装置８２０は、遷移不可と判定し、更新後の状態変数を棄却する。
【0096】
ステップＳ１３０４において、イジング装置８２０は、エネルギ値Ｅが、最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ１３０４において、エネルギ値Ｅが、最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１３０４においてＹＥＳの場合には）、ステップＳ１３０５に進む。
【0097】
ステップＳ１３０５において、イジング装置８２０は、エネルギ値Ｅを、現時点での最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）として格納する。また、イジング装置８２０は、対応する状態変数を、現時点での最適な状態変数として格納する。
【0098】
一方、ステップＳ１３０４において、エネルギ値Ｅが、最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）以上であると判定した場合には（ステップＳ１３０４においてＮＯの場合には）、ステップＳ１３０６に進む。
【0099】
ステップＳ１３０６において、イジング装置８２０は、状態変数の更新回数が、探索指示に伴って送信された探索回数（または探索を行う変数）に到達したか否かを判定する。ステップＳ１３０６において、探索回数（または探索を行う変数）に到達していないと判定した場合には（ステップＳ１３０６においてＮＯの場合には）、図１２のステップＳ１２０２に戻る。
【0100】
一方、ステップＳ１３０６において、探索回数（または探索を行う変数）に到達したと判定した場合には（ステップＳ１３０６においてＹＥＳの場合には）、最小のエネルギ値（ｍｉｎＥ）と、最適な状態変数とを、探索結果として端末装置８１０に送信する。その後、ステップＳ１１０５に戻る。
【0101】
＜計算量の削減効果＞
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００による、安定構造探索処理時の計算量の削減効果について説明する。図１４は、計算量の削減効果の一例を示す図である。
次に、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００による、安定構造探索処理時の計算量の削減効果について説明する。図１４は、計算量の削減効果の一例を示す図である。
【0102】
このうち、符号１４１０は、比較例として、粗視化粒子の数Ｎ＝２０の場合に、
・絶対座標により表現された状態変数を用い、かつ、
・計算対象を限定せずにエネルギを計算する、
ことで、安定構造を探索した場合の計算量を示している。
・絶対座標により表現された状態変数を用い、かつ、
・計算対象を限定せずにエネルギを計算する、
ことで、安定構造を探索した場合の計算量を示している。
【0103】
一方、符号１４２０は、粗視化粒子の数Ｎ＝２０の場合に、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００が、
・相対座標により表現された状態変数を用い、かつ、
・粗視化粒子の位置を移動させたことに伴って生じたエネルギの差分を計算対象とする、
ことで、安定構造を探索した場合の計算量を示している。
・相対座標により表現された状態変数を用い、かつ、
・粗視化粒子の位置を移動させたことに伴って生じたエネルギの差分を計算対象とする、
ことで、安定構造を探索した場合の計算量を示している。
【0104】
なお、符号１４１０、符号１４２０に示す計算量に関する各項目のうち、"Ｂｉｔ数"とは、各粗視化粒子の座標を表現するのに必要なＢｉｔ数を表している。また、"状態総数"とは、粗視化モデルに含まれる各粗視化粒子が採りうる座標の組み合わせの数を表している。また、"ＲＡＭ容量"とは、エネルギ計算処理の際に必要なメモリの容量を表している。
【0105】
また、各項目についての計算量は、格子空間が面心立方格子の場合、及び、ナイトウォークの場合それぞれについて示した。
【0106】
符号１４１０と符号１４２０との対比から明らかなように、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００によれば、安定構造探索処理時の各計算量を大幅に削減することができる。換言すると、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００によれば、現状の計算機能力のもとで、探索対象とする粗視化モデルの粗視化粒子の数Ｎを大幅に増やすことができる。
【0107】
以上の説明から明らかなように、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００は、列状に配置されるＮ個の粗視化粒子が格子空間に配置された粗視化モデルにおいて、当該列におけるｉ＋１番目の粗視化粒子の格子空間における座標を、
・当該列におけるｉ番目の粗視化粒子の格子空間における座標と、
・格子空間におけるｉ番目の粗視化粒子とｉ＋１番目の粗視化粒子の相対座標により表現される状態変数と、
を用いて算出する。また、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００は、状態変数が変更されるごとに、限定した計算対象のもとで、Ｎ個の粗視化粒子の各々の格子空間における座標に基づき粗視化モデルのエネルギの値を計算する処理を繰り返し実行する。
・当該列におけるｉ番目の粗視化粒子の格子空間における座標と、
・格子空間におけるｉ番目の粗視化粒子とｉ＋１番目の粗視化粒子の相対座標により表現される状態変数と、
を用いて算出する。また、第１の実施形態に係る安定構造探索システム８００は、状態変数が変更されるごとに、限定した計算対象のもとで、Ｎ個の粗視化粒子の各々の格子空間における座標に基づき粗視化モデルのエネルギの値を計算する処理を繰り返し実行する。
【0108】
これにより、第１の実施形態に係る安定構造探索システムによれば、エネルギが最小となる状態変数を特定し、粗視化モデルの安定構造を探索する際の計算量を削減することができる。
【0109】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、探索処理時のＮ－１個の状態変数のうち、いずれか１つをランダムに選択して更新する場合について説明したが、選択する状態変数はランダムでなくてもよい。例えば、１番目の状態変数からＮ－１番目の状態変数まで、順に選択するなど、所定の順序で選択して、更新してもよい。
上記第１の実施形態では、探索処理時のＮ－１個の状態変数のうち、いずれか１つをランダムに選択して更新する場合について説明したが、選択する状態変数はランダムでなくてもよい。例えば、１番目の状態変数からＮ－１番目の状態変数まで、順に選択するなど、所定の順序で選択して、更新してもよい。
【0110】
なお、更新後の状態変数の値には、面心立方格子の場合、１２通りの値が含まれるが、いずれの値に更新するかは、ランダムに決定されるものとする。
【0111】
また、上記第１の実施形態では、エネルギ計算処理に用いる計算式（符号５１０）において、Ｋθ、Ｋτ、Ｋｅｎｄ等の各項の重みを固定としたが、各項の重みは、例えば、アミノ酸の種類に応じて変更してもよい。
【0112】
また、上記第１の実施形態では、安定構造探索システム８００が、端末装置８１０とイジング装置８２０とを有するものとして説明したが、端末装置８１０とイジング装置８２０とは、一体の装置であってもよい。この場合、安定構造探索プログラムには、安定構造探索指示プログラムが含まれ、図８を用いて説明した端末装置８１０の各機能部と、図９を用いて説明したイジング装置８２０の各機能部とが、イジング装置８２０において実現されるものとする。
【0113】
なお、開示の技術では、以下に記載する付記のような形態が考えられる。
（付記１）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部と
を有する安定構造探索システム。
（付記２）
前記状態変数に含まれるＮ－１個の変数のうちのいずれかの変数を変更する探索部を更に有する、付記１に記載の安定構造探索システム。
（付記３）
前記相対座標は、前記格子空間において、前記ｉ番目の粒子を原点に配置した場合の、前記ｉ＋１番目の粒子の座標である、付記１に記載の安定構造探索システム。
（付記４）
前記算出部は、前記状態変数が変更された場合の前記ｉ＋１番目の粒子の座標を、変更後の状態変数に基づいて算出する、付記３に記載の安定構造探索システム。
（付記５）
前記算出部は、ｉ＋２番目の粒子からＮ番目の粒子の各々が、前記ｉ＋１番目の粒子の移動に伴って平行移動するものとして、前記ｉ＋２番目の粒子から前記Ｎ番目の粒子の各々の座標を算出する、付記４に記載の安定構造探索システム。
（付記６）
前記計算部は、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づいて、前記Ｎ個の粒子の間の相互作用に基づく前記エネルギの値を計算する、付記２に記載の安定構造探索システム。
（付記７）
前記エネルギには、前記Ｎ個の粒子の間の角度に応じた第１エネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の二面角に応じた第２エネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の斥力または引力に応じた第３エネルギ、前記Ｎ個の粒子が環状構造を有する場合の、両端の粒子の間の距離に応じた第４エネルギ、のいずれかが含まれる、付記６に記載の安定構造探索システム。
（付記８）
前記計算部は、前記状態変数が更新された後の前記エネルギと、前記状態変数が更新される前の前記エネルギとの差分を計算する、付記５に記載の安定構造探索システム。
（付記９）
前記第１エネルギは、前記状態変数が変更され、前記ｉ＋１番目の粒子が移動することで変更した前記角度の、変更前の前記角度との差分に基づいて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１０）
前記第２エネルギは、前記状態変数が変更され、前記ｉ＋１番目の粒子が移動することで変更された前記二面角と、変更前の前記二面角との差分に基づいて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１１）
前記第３エネルギは、１番目の粒子から前記ｉ番目の粒子が含まれる第１のグループと、前記ｉ＋１番目の粒子から前記Ｎ番目の粒子が含まれる第２のグループとの間で、異なるグループにそれぞれ属する粒子同士の全ての組み合わせについて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１２）
前記探索部は、前記計算部により計算された差分が、所定の条件を満たす場合に、前記状態変数の変更を可と判定する、付記６に記載の安定構造探索システム。
（付記１３）
前記特定部は、前記所定の更新回数の範囲で更新された前記状態変数のうち、前記探索部によって変更可と判定された場合の前記状態変数であって、前記状態変数に対応する前記エネルギが極小値となる前記状態変数を特定する、付記１２に記載の安定構造探索システム。
（付記１４）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータが実行する安定構造探索方法。
（付記１５）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータに実行させるための安定構造探索プログラム。
（付記１）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出する算出部と、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算する計算部と、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する特定部と
を有する安定構造探索システム。
（付記２）
前記状態変数に含まれるＮ－１個の変数のうちのいずれかの変数を変更する探索部を更に有する、付記１に記載の安定構造探索システム。
（付記３）
前記相対座標は、前記格子空間において、前記ｉ番目の粒子を原点に配置した場合の、前記ｉ＋１番目の粒子の座標である、付記１に記載の安定構造探索システム。
（付記４）
前記算出部は、前記状態変数が変更された場合の前記ｉ＋１番目の粒子の座標を、変更後の状態変数に基づいて算出する、付記３に記載の安定構造探索システム。
（付記５）
前記算出部は、ｉ＋２番目の粒子からＮ番目の粒子の各々が、前記ｉ＋１番目の粒子の移動に伴って平行移動するものとして、前記ｉ＋２番目の粒子から前記Ｎ番目の粒子の各々の座標を算出する、付記４に記載の安定構造探索システム。
（付記６）
前記計算部は、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づいて、前記Ｎ個の粒子の間の相互作用に基づく前記エネルギの値を計算する、付記２に記載の安定構造探索システム。
（付記７）
前記エネルギには、前記Ｎ個の粒子の間の角度に応じた第１エネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の二面角に応じた第２エネルギ、前記Ｎ個の粒子の間の斥力または引力に応じた第３エネルギ、前記Ｎ個の粒子が環状構造を有する場合の、両端の粒子の間の距離に応じた第４エネルギ、のいずれかが含まれる、付記６に記載の安定構造探索システム。
（付記８）
前記計算部は、前記状態変数が更新された後の前記エネルギと、前記状態変数が更新される前の前記エネルギとの差分を計算する、付記５に記載の安定構造探索システム。
（付記９）
前記第１エネルギは、前記状態変数が変更され、前記ｉ＋１番目の粒子が移動することで変更した前記角度の、変更前の前記角度との差分に基づいて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１０）
前記第２エネルギは、前記状態変数が変更され、前記ｉ＋１番目の粒子が移動することで変更された前記二面角と、変更前の前記二面角との差分に基づいて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１１）
前記第３エネルギは、１番目の粒子から前記ｉ番目の粒子が含まれる第１のグループと、前記ｉ＋１番目の粒子から前記Ｎ番目の粒子が含まれる第２のグループとの間で、異なるグループにそれぞれ属する粒子同士の全ての組み合わせについて計算される、付記８に記載の安定構造探索システム。
（付記１２）
前記探索部は、前記計算部により計算された差分が、所定の条件を満たす場合に、前記状態変数の変更を可と判定する、付記６に記載の安定構造探索システム。
（付記１３）
前記特定部は、前記所定の更新回数の範囲で更新された前記状態変数のうち、前記探索部によって変更可と判定された場合の前記状態変数であって、前記状態変数に対応する前記エネルギが極小値となる前記状態変数を特定する、付記１２に記載の安定構造探索システム。
（付記１４）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータが実行する安定構造探索方法。
（付記１５）
列状に配置されるＮ個（Ｎは２以上の整数）の粒子が格子空間に配置されたモデルにおいて、前記列におけるｉ＋１番目の粒子の前記格子空間における座標を、前記列におけるｉ番目の粒子の前記格子空間における座標と、前記格子空間における前記ｉ番目の粒子と前記ｉ＋１番目の粒子の相対座標により表現された状態変数とを用いて算出し、
前記状態変数が変更されるごとに、前記Ｎ個の粒子の各々の前記格子空間における座標に基づき前記モデルのエネルギの値を計算し、
前記エネルギの値が極小値となる前記状態変数を特定する、
処理をコンピュータに実行させるための安定構造探索プログラム。
【0114】
なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせ等、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【0115】
８００ ：安定構造探索システム
８１０ ：端末装置
８１１ ：状態変数入力部
８１２ ：エネルギモデル入力部
８１３ ：探索指示部
８１４ ：実行指示部
８２０ ：イジング装置
９１０ ：探索部
９２０ ：最適解特定部
９３０ ：状態変換部
９４０ ：エネルギ計算部
８１０ ：端末装置
８１１ ：状態変数入力部
８１２ ：エネルギモデル入力部
８１３ ：探索指示部
８１４ ：実行指示部
８２０ ：イジング装置
９１０ ：探索部
９２０ ：最適解特定部
９３０ ：状態変換部
９４０ ：エネルギ計算部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】