特許 7217696 ポリマーの物性予測装置、プログラム、及びポリマーの物性予測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-01-26

(45)【発行日】2023-02-03

(54)【発明の名称】ポリマーの物性予測装置、プログラム、及びポリマーの物性予測方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/27 20200101AFI20230127BHJP

   G16C 20/30 20190101ALI20230127BHJP

【ＦＩ】

G06F30/27

G16C20/30

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019224516

(22)【出願日】2019-12-12

(62)【分割の表示】P 2019538694の分割

【原出願日】2019-03-05

(65)【公開番号】P2020074095

(43)【公開日】2020-05-14

【審査請求日】2021-12-16

(31)【優先権主張番号】P 2018043171

(32)【優先日】2018-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構超先端材料超高速開発基盤技術プロジェクト委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(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

(72)【発明者】

【氏名】南 拓也

(72)【発明者】

【氏名】奥野 好成

【審査官】松浦 功

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００８／１１６４９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００２／０７７７７２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開平０６－２７１８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２５５１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８８０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】後藤俊 外２名，ポリマー設計のための物性推算法と逆解析手法の開発，Journal of Computer Aided Chemistry [online]，Chemical Society of Japan，2009年，Vol. 10，pp. 30-37，[検索日 2019.05.15], インターネット <URL: https://www.jstage.jst.go.jp/article/jcac/10/0/10_0_30/_article/-char/ja>

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ３０／００ －３０／２８

Ｇ１６Ｃ ２０／００ －２０／９０

Ｇ０１Ｎ ３３／４４

Ｇ１６Ｃ ６０／００

Ｇｏｏｇｌｅ Ｓｃｈｏｌａｒ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

記憶部から繰り返しによりポリマーを構成する構造単位を読み込み、該構造単位を用いて、該ポリマーの部分構造の数を計算する部分構造数計算部と、
前記構造単位の原子数を計算する原子数計算部と、
前記部分構造の数と前記構造単位の原子数とから該部分構造の数密度を計算する部分構造数密度計算部と、
前記記憶部から得られる前記ポリマーの物性の実験値と、前記部分構造の数密度とを用いて、物性値を予測する回帰モデルを構築する回帰モデル構築部と、
前記物性値を予測したいポリマー構造を入力するポリマー構造入力部と、
前記回帰モデルを用いて、入力した前記ポリマー構造に対応する前記物性値を予測するポリマー物性予測部と、を備え、
前記物性は、屈折率またはガラス転移点であるポリマーの物性予測装置。

【請求項2】

前記部分構造数計算部は、前記ポリマーの部分構造の種類をアルゴリズムに基づき特定し、該種類の数を前記部分構造の数とする請求項１に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項3】

前記部分構造数密度計算部により得られた前記部分構造の数密度の一部を削除する削除部を備える請求項１又は２に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項4】

前記記憶部から得られた前記構造単位を複数用いてモデル構造を生成するモデル構造生成部を備える請求項１又は２に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項5】

前記記憶部から得られた前記構造単位を複数用いてモデル構造を生成するモデル構造生成部と、
前記部分構造数密度計算部により得られた前記部分構造の数密度を示す構造記述子の一部を削除する次元削減部とを備え、
前記部分構造数計算部と原子数計算部は、生成された前記モデル構造から、前記部分構造の数と原子の数を計算する請求項１又は２に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項6】

ポリマー物性予測部は、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、前記回帰モデル構築部によって構築された前記回帰モデルに対して、得られた該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項１に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項7】

ポリマー物性予測部は、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、得られた該部分構造の数密度の一部を削除し、前記回帰モデル構築部によって構築された前記回帰モデルに対して、該一部が削除された該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項３に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項8】

ポリマー物性予測部は、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造を複数用いてモデル構造を生成し、該モデル構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、前記回帰モデル構築部によって構築された前記回帰モデルに対して、得られた該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項４に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項9】

ポリマー物性予測部は、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造を複数用いてモデル構造を生成し、該モデル構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、得られた該部分構造の数密度を示す構造記述子の一部を削除し、前記回帰モデル構築部によって構築された前記回帰モデルに対して、該一部が削除された該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項５に記載のポリマーの物性予測装置。

【請求項10】

コンピュータに、
記憶部から繰り返しによりポリマーを構成する構造単位を読み込み、該構造単位を用いて、該ポリマーの部分構造の数を計算するステップと、
前記構造単位の原子数を計算するステップと、
前記部分構造の数と前記構造単位の原子数とから該部分構造の数密度を計算するステップと、
前記記憶部から得られる前記ポリマーの物性の実験値と、前記部分構造の数密度とを用いて、物性値を予測する回帰モデルを構築するステップと、
前記回帰モデルを用いて、前記物性値を予測したいポリマー構造を入力するステップと、
入力した前記ポリマー構造に対応する前記物性値を予測するステップと、を実行させ、
前記物性は、屈折率またはガラス転移点であるポリマーの物性予測プログラム。

【請求項11】

前記予測するステップは、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、前記回帰モデルに対して、得られた該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項１０に記載のポリマーの物性予測プログラム。

【請求項12】

コンピュータが、
記憶部から繰り返しによりポリマーを構成する構造単位を読み込み、該構造単位を用いて、該ポリマーの部分構造の数を計算するステップと、
前記構造単位の原子数を計算するステップと、
前記部分構造の数と前記構造単位の原子数とから該部分構造の数密度を計算するステップと、
前記記憶部から得られる前記ポリマーの物性の実験値と、前記部分構造の数密度とを用いて、物性値を予測する回帰モデルを構築するステップと、
前記物性値を予測したいポリマー構造を入力するステップと、
前記回帰モデルを用いて、入力した前記ポリマー構造に対応する前記物性値を予測するステップと、を実行し、
前記物性は、屈折率またはガラス転移点であるポリマーの物性予測方法。

【請求項13】

前記予測するステップは、入力した前記ポリマー構造を用いて、該ポリマー構造の部分構造の数と原子数とを計算し、得られた該部分構造と該原子数とから該部分構造の数密度を計算し、前記回帰モデルに対して、得られた該数密度を適用することで、該ポリマー構造の該物性値を予測する請求項１２に記載のポリマーの物性予測方法。

【請求項14】

請求項１２又は１３に記載のポリマーの物性予測方法により予測された物性値を有するポリマー構造を得るステップと、
前記ポリマー構造を構成するための原料を準備するステップと、
前記原料を反応させて、前記ポリマー構造で表されるポリマーを得るステップと、
を含むポリマーの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ポリマーの物性予測装置、プログラム、及びポリマーの物性予測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、機械学習を用いて、ポリマー等の有機化合物の物性をコンピュータを用いて予測するようになっている。

【0003】

物性を予測するために、人が設定した様々な構造記述子を用いてポリマー物性を予測する技術が知られている。また、アルゴリズムに基づき機械的に分子の部分構造パターンを識別し、構造記述子を計算する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２００４－５１４９０２号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】David Robers他、「Extended-Connectivity Fingerprints」、American Chemical Society出版、J. Chem. Info. Model., Vol. 50, No. 5, 2010, pp742-754.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来、ポリマーの構造記述子となる炭素原子の数等の構造パターンを、予め人が決定する必要があった。一方、低分子の有機分子の部分構造を自動的に抽出する手法が存在するが、ポリマーの物性を予測するには精度が悪いといった問題があった。そのため、ポリマー構造には適用されてこなかった。

【0007】

したがって、１つの側面では、ポリマーの物性を精度良く予測することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

一態様によれば、記憶部から繰り返しによりポリマーを構成する構造単位を読み込み、該構造単位を用いて、該ポリマーの部分構造の数を計算する部分構造数計算部と、前記構造単位の原子数を計算する原子数計算部と、前記部分構造の数と前記構造単位の原子数とから該部分構造の数密度を計算する部分構造数密度計算部と、前記記憶部から得られる前記ポリマーの物性の実験値と、前記部分構造の数密度とを用いて、物性値を予測する回帰モデルを構築する回帰モデル構築部と、前記物性値を予測したいポリマー構造を入力するポリマー構造入力部と、前記回帰モデルを用いて、入力した前記ポリマー構造に対応する前記物性値を予測するポリマー物性予測部と、を備えるポリマーの物性予測装置が提供される。

【0009】

また、上記課題を解決するための手段として、ポリマーの物性予測プログラム及び方法とすることもできる。

【発明の効果】

【0010】

ポリマーの物性を精度良く予測できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。

【図2】物性予測装置のハードウェア構成例を示す図である。

【図3】物性予測装置の第１の機能構成例を示す図である。

【図4】ポリマー構造・物性ＤＢのデータ構成例を示す図である。

【図5】本実施の形態における予測処理の概要を説明するための図である。

【図6】数密度の例を示す図である。

【図7】繰り返し単位の複製の有無による差異を説明するための図である。

【図8A】予測処理を説明するためのフローチャート図である。

【図8B】予測処理を説明するためのフローチャート図である。

【図9】回帰モデル管理テーブルのデータ構成例を示す図である。

【図10】物性予測装置の第２の機能構成例を示す図である。

【図11】物性予測装置の第３の機能構成例を示す図である。

【図12】物性予測装置の第４の機能構成例を示す図である。

【図13】既存の技術に基づく物性予測装置の機能構成例を示す図である。

【図14】評価結果例を示す図である。

【図15】ポリマーの製造方法の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。先ず、本実施の形態に係るシステム構成例について説明する。図１は、本実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。図１において、システム１０００は、物性予測装置１００と、複数の端末３とを有し、各端末３は、ネットワーク２を介して接続可能である。

【0013】

端末３は、ユーザによって使用される情報処理端末であり、物性予測装置１００に接続して、予測処理部４０による処理を利用する。

【0014】

物性予測装置１００は、ポリマーの物性を予測する予測処理部４０を有する情報処理装置である。物性予測装置１００では、予測処理部４０が、予め与えられたポリマー構造及びその物性を示すデータを用いて、機械学習をすることで回帰モデルを作成する。端末３からのポリマー構造６ａの受信に応じて、作成した回帰モデルを用いて受信したポリマー構造６ａに対して物性値を予測し、予測した物性値６ｂを端末３に送信する。

【0015】

また、システム１０００の構成は、図１の例に限定されない。一例として、物性予測装置１００は、スタンドアロンで利用されてもよい。この場合、ユーザの入力装置１４（図２）の操作により、ポリマー構造６ａが入力されると、物性値６ｂが表示装置１５（図２）に出力される。

【0016】

本実施の形態における物性予測装置１００は、図２に示すようなハードウェア構成を有する。図２は、物性予測装置のハードウェア構成例を示す図である。図２において、物性予測装置１００は、コンピュータによって制御される情報処理装置であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、主記憶装置１２と、補助記憶装置１３と、入力装置１４と、表示装置１５と、通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）１７と、ドライブ装置１８とを有し、バスＢに接続される。

【0017】

ＣＰＵ１１は、主記憶装置１２に格納されたプログラムに従って物性予測装置１００を制御するプロセッサに相当する。主記憶装置１２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等が用いられ、ＣＰＵ１１にて実行されるプログラム、ＣＰＵ１１での処理に必要なデータ、ＣＰＵ１１での処理にて得られたデータ等を記憶又は一時保存する。

【0018】

補助記憶装置１３には、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等が用いられ、各種処理を実行するためのプログラム等のデータを格納する。補助記憶装置１３に格納されているプログラムの一部が主記憶装置１２にロードされ、ＣＰＵ１１に実行されることによって、各種処理が実現される。主記憶装置１２、補助記憶装置１３、及び物性予測装置１００によりアクセス可能な外部記憶装置を含めて、以下、総称して、記憶部１３０という。

【0019】

入力装置１４は、マウス、キーボード等を有し、ユーザが物性予測装置１００による処理に必要な各種情報を入力するために用いられる。表示装置１５は、ＣＰＵ１１の制御のもとに必要な各種情報を表示する。入力装置１４と表示装置１５とは、一体化したタッチパネル等によるユーザインタフェースであってもよい。通信Ｉ／Ｆ１７は、有線又は無線などのネットワークを通じて通信を行う。通信Ｉ／Ｆ１７による通信は無線又は有線に限定されるものではない。
ドライブ装置１８は、ドライブ装置１８にセットされた記憶媒体１９（例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）等）と物性予測装置１００とのインターフェースを行う。

【0020】

物性予測装置１００によって行われる処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体１９によって物性予測装置１００に提供される。記憶媒体１９に、後述される本実施の形態に係る種々の処理を実現するプログラムを格納し、この記憶媒体１９に格納されたプログラムは、ドライブ装置１８を介して物性予測装置１００にインストールされる。インストールされたプログラムは、物性予測装置１００により実行可能となる。

【0021】

尚、プログラムを格納する記憶媒体１９はＣＤ－ＲＯＭに限定されず、コンピュータが読み取り可能な、データの構造（structure）を有する１つ以上の非一時的（non-transitory）な、有形（tangible）な媒体であればよい。コンピュータ読取可能な記憶媒体として、ＣＤ－ＲＯＭの他に、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）ディスク、ＵＳＢメモリ等の可搬型記録媒体、フラッシュメモリ等の半導体メモリであっても良い。

【0022】

［第１の機能構成例］
図３は、物性予測装置の第１の機能構成例を示す図である。図３において、物性予測装置１００は、予測処理部４０を有する。予測処理部４０は、ＣＰＵ１１が対応するプログラムを実行することで行われる予測処理に相当する。

【0023】

記憶部１３０は、ポリマー構造・物性ＤＢ３１、モデル構造３３ａ、部分構造数３３ｂ、原子数３３ｃ、部分構造数密度３３ｄ、重要部分構造３３ｅ、回帰モデル３３ｆ、ポリマー構造６ａ、物性値６ｂ等が記憶される。

【0024】

予測処理部４０は、機械学習によりユーザが指定するポリマー構造６ａの物性を予測する回帰モデル３３ｆを求め、求めた回帰モデル３３ｆを用いて、ポリマー構造６ａの物性を予測し、得られた物性値６ｂを出力する。予測処理部４０は、モデル作成部４１と物性予測部４５とを処理部として有する。

【0025】

モデル作成部４１は、ポリマー構造・物性ＤＢ３１を用いて、構造単位を繰り返し複製して連結したポリマー構造の物性を学習し、回帰モデル３３ｆを定める。繰り返しによりポリマーを構成する構造単位を「繰り返し単位」という。ポリマー構造・物性ＤＢ３１には、ポリマーごとに、繰り返し単位と、実験で予め得られた物性の実験値とが対応付けられて記憶されている。

【0026】

モデル作成部４１は、モデル構造生成部４３ａと、部分構造数計算部４３ｂと、原子数計算部４３ｃと、部分構造数密度計算部４３ｄと、次元削減部４３ｅと、回帰モデル構築部４３ｆとを処理部として有する。モデル構造生成部４３ａ及び次元削減部４３ｅのいずれか一方又は両方の省略が可能である。

【0027】

モデル構造生成部４３ａは、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から繰り返し単位を取得し、取得した繰り返し単位を複製し連結する処理を所定回数繰り返してモデル構造３３ａを生成する。繰り返し単位は、部分構造を包含する。また、繰り返し単位は、部分構造の全体であってもよい。複数の繰り返し単位が連結されることでポリマーが表される。

【0028】

生成されたモデル構造３３ａは、記憶部１３０に記憶される。繰り返し単位及びモデル構造３３ａは、所定の形式で表されればよい。第１の機能構成例では、SMILES（Simplified Molecular Input Line Entry Syntax)）記法で繰り返し単位及びモデル構造３３ａを表す場合で説明するが、この表記形式に限定されない。

【0029】

部分構造数計算部４３ｂは、モデル構造３３ａに基づいて部分構造数３３ｂを計算する。部分構造数３３ｂは、ｎ次元のベクトルで表され、記憶部１３０に記憶される。また、原子数計算部４３ｃは、モデル構造３３ａに基づいて原子数３３ｃを計算する。得られた原子数３３ｃは、記憶部１３０に記憶される。

【0030】

部分構造数密度計算部４３ｄは、部分構造数３３ｂと原子数３３ｃとを用いて、部分構造数密度３３ｄを算出する。部分構造数密度３３ｄは、
部分構造数密度 ＝ 部分構造数 ÷ 原子数
により得られる。得られた部分構造数密度３３ｄは、部分構造数３３ｂと同じｎ次元のベクトルで表され、記憶部１３０に記憶される。

【0031】

次元削減部４３ｅは、部分構造数密度３３ｄと実験値とを用いて仮回帰モデルを構築し、予め定めた次元削減方法に基づいて仮回帰モデルの次元数を削減することで、重要部分構造３３ｅを得る。重要部分構造３３ｅは、記憶部１３０に記憶される。重要部分構造３３ｅは、部分構造数密度３３ｄにおいて、構築する回帰モデル３３ｆの予測精度に寄与するであろう要素（例えば、ベクトル）を指定したデータである。

【0032】

次元削減方法は、使用する回帰分析の手法に応じた手順を予め定めておく。例えば、ラッソ回帰を用いた場合、０の係数項を削除することで次元を削減できる。ランダムフォレスト回帰を用いた場合、説明変数の重要度を計算し、重要度が閾値以下の変数を除外することにより次元を削減できる。ステップワイズ法は、仮回帰モデルを構築する際に、説明変数を１つづつ加えていく又は減らしていくことで、最も予測精度が高い説明変数の組み合わせを探索することにより次元を削減する。

【0033】

回帰モデル構築部４３ｆは、部分構造数密度３３ｄと実験値とを用いて、次元削減部４３ｅによって得られた重要部分構造３３ｅに基づく回帰分析を行い、回帰モデル３３ｆを構築する。回帰モデル３３ｆが記憶部１３０に保存される。

【0034】

次元削減部４３ｅ及び回帰モデル構築部４３ｆにおいて、実験値はポリマー構造・物性ＤＢ３１から取得できる。そして、回帰モデル構築部４３ｆで得られる回帰モデル３３ｆは、
ｙ＝ｆ（ｘ）
で表し、部分構造数密度３３ｄを変数ｘに代入することで、ある物性の予測値ｙを得る。

【0035】

仮回帰モデル及び回帰モデル３３ｆを取得する回帰分析には、ラッソ回帰、ランダムフォレスト回帰、ステップワイズ法、部分線形回帰、リッジ回帰、カーネルリッジ回帰、サポートベクター回帰、決定木回帰、ガウス過程回帰等のいずれも適用可能である。一例として、ラッソ回帰により仮回帰モデルを取得し、ガウス過程回帰により回帰モデル３３ｆを取得することができる。

【0036】

次に、物性予測部４５は、ユーザにより指定されたポリマー構造６ａの入力に応じて、回帰モデル３３ｆを用いて、ポリマー構造６ａに基づいて、ポリマー物性を予測する。ポリマー構造６ａは、SMILES記法等により繰り返し単位が指定されればよい。そして、物性予測部４５は、ポリマー構造入力部４７ａと、ポリマー物性予測部４７ｂとを処理部として有する。

【0037】

ポリマー構造入力部４７ａは、ユーザによって指定されたポリマー構造６ａを入力し、記憶部１３０に記憶する。ポリマー構造入力部４７ａは、ポリマー構造６ａを、ネットワーク２を介して通信Ｉ／Ｆ１７が受信することにより入力してもよいし、物性予測装置１００の入力装置１４等によるユーザのポリマー構造６ａの指定に応じて入力してもよい。

【0038】

ポリマー物性予測部４７ｂは、ポリマー構造６ａからモデル構造、部分構造数、及び原子数を得て部分構造数密度を計算し、記憶部１３０に記憶された回帰モデル３３ｆを用いて物性値を予測する。ポリマー構造６ａに基づく、モデル構造、部分構造数、原子数、及び部分構造数密度の取得方法は、モデル作成部４１と同様である。

【0039】

予測した物性値６ｂが記憶部１３０に出力される。ネットワーク２を介してポリマー構造６ａが指定された場合には、得られた物性値６ｂはユーザの端末３に送信され表示される。物性予測装置１００でのユーザの操作によりポリマー構造６ａが指定された場合、得られた物性値６ｂは表示装置１５に物性値６ｂが表示される。

【0040】

図４は、ポリマー構造・物性ＤＢのデータ構成例を示す図である。図４において、ポリマー構造・物性ＤＢ３１は、ポリマーごとに、繰り返し単位、屈折率等の種々の物性の実験値等を管理するデータベースであり、ポリマー名、繰り返し単位、屈折率、ガラス転移点等の項目を有する。

【0041】

ポリマー名は、ポリマー構造を特定する特定情報を示す。SMILES記法で繰り返し単位を示した例で説明するが、繰り返し単位の表記方法は、SMILES記法に限定されない。屈折率、ガラス転移点等は、予め実験により得られたポリマーの様々な物性の一例であり、物性の名称ごとに実験値が示される。

【0042】

この例では、ポリマー名「poly(ethylene)」に対して繰り返し単位「*CC*」が対応付けられ、屈折率「1.472」等の実験値が示されている。他のポリマーについても同様に、各物性の実験値が示される。

【0043】

モデル作成部４１において、参照されるデータ、生成されたデータ等を作業テーブル３２で管理してもよい。作業テーブル３２は、部分構造数密度３３ｄを求めたポリマーの繰り返し単位ごとに、算出した値を記録したテーブルであり、ポリマー名、繰り返し単位、原子数、部分構造数密度等の項目を有する。

【0044】

ポリマー名は、ポリマー構造・物性ＤＢ３１に登録されたポリマー名を示す。部分構造数は、部分構造数計算部４３ｂによって得られた部分構造数３３ｂを示す。原子数は、原子数計算部４３ｃによって得られた原子数３３ｃを示す。部分構造数密度は、部分構造数密度計算部４３ｄによって得られた部分構造数密度３３ｄを示す。

【0045】

作業テーブル３２の部分構造数密度と、ポリマー構造・物性ＤＢ３１の物性の実験値とが回帰分析による機械学習に用いられる。このことから、作業テーブル３２は、ポリマー名によって、ポリマー構造・物性ＤＢ３１と関連付けられてもよい。なお、図４に示すポリマー構造・物性ＤＢ３１及び作業テーブル３２のデータ構成例は、一例に過ぎず、この例に限定されない。

【0046】

予測処理部４０による予測処理全体の概要を、繰り返し単位の一例を用いて説明する。図５は、本実施の形態における予測処理の概要を説明するための図である。図５より、予測処理部４０のモデル作成部４１において、モデル構造生成部４３ａがポリマー構造・物性ＤＢ３１から繰り返し単位を取得する（図５（ａ））。例えば、繰り返し単位「*CCO*」を得る。以下、SMILES記法において、ある構造を表す開始及び終了を示す「*」を省略して説明する。

【0047】

モデル構造生成部４３ａは、取得した部分構造を繰り返し単位とし、繰り返し単位を複製してモデル構造３３ａを生成する（図５（ｂ））。この例では、モデル構造生成部４３ａは、繰り返し単位「CCO」を右側に予め定めた回数分繰り返して複製し、複数の繰り返し単位「CCO」が連結された「CCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO」のモデル構造３３ａを記憶部１３０に生成する。

【0048】

部分構造数計算部４３ｂは、構造モデル３３ａの部分構造数ベクトルｘ０（部分構造数３３ｂ）を生成する（図５（ｃ））。部分構造数ベクトルｘ０は、ECFP（Extended Circular FingerPrint）、Atom Pair、Topological Torsion、Neural Finger Print等の構造記述子によりｎ次元で表される。第１の機能構成例では、C原子数、O原子数、COC数等で表される構造記述子で説明するが、この構造記述子に限定されない。

【0049】

この構造モデル「CCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO」の場合、Ｃ原子数「２０」、Ｏ原子数「１０」、・・・、ＣＯＣ数「９」によるｎ次元の部分構造数ベクトルｘ０が生成される。「C」、「O」、「COC」等の各ベクトルに割り当てられた構造がポリマーの部分構造の種別を示している。なお、ｎは任意の自然数である。通常２５６～２０４８程度になることが多い。

【0050】

そして、原子数計算部４３ｃは、モデル構造３３ａに含まれる原子数を計算する（図５（ｄ））。構造モデル「CCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO」の場合、原子数は「３０」個である。

【0051】

部分構造数密度計算部４３ｄは、図５（ｂ）において部分構造数計算部４３ｂによって得られた部分構造数ベクトルｘ０（部分構造数３３ｂ）と、図５（ｃ）において原子数計算部４３ｃによって得られた原子数３３ｃで割ることにより、部分構造数密度ベクトルｘ（部分構造数密度３３ｄ）を生成する（図５（ｅ））。

【0052】

具体的には、構造モデル「CCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCOCCO」の場合、部分構造数ベクトルｘ０の各値を原子数「３０」で割ることにより、Ｃ原子数の密度「２／３（＝２０／３０）」、Ｏ原子数の密度「１／３（＝１０／３０）」、・・・・、ＣＯＣの密度「９／３０」を示す部分構造数密度ベクトルｘを得る。部分構造数密度ベクトルｘの次元数は、部分構造数ベクトルｘ０と同じｎ次元ベクトルである。

【0053】

ポリマー構造・物性ＤＢ３１の各レコードに対して図５（ａ）から図５（ｅ）を繰り返す。得られた部分構造数３３ｂ、原子数３３ｃ、及び部分構造数密度３３ｄを、ポリマー名に対応付けて作業用テーブル３２に記憶してもよい。

【0054】

回帰モデル３３ｆを構築する前に、次元削減部４３ｅにより仮回帰モデルが構築され、次元削減が行われる（図５（ｆ））。これにより、ｎ次元をｎ'次元（ｎ'＜ｎ）に削減することができる。次元削減により、予測精度に寄与する重要部分構造３３ｅが特定される。なお、ｎ'は、ｎより少ない自然数であり、通常１６～１２８程度になることが多い。

【0055】

回帰モデル構築部４３ｆは、重要部分構造３３ｅに基づいて、物性値の予測に用いる回帰モデル３３ｆを構築する（図５（ｇ））。数十次元にまで削減された回帰モデル３３ｆを得る。回帰モデル３３ｆは、部分構造数密度ベクトルｘ（部分構造数密度３３ｄ）によってポリマー物性の予測値ｙを得る式（１）
ｙ＝ｆ（ｘ） （１）
で表される。次元が削減されない場合、部分構造数密度ベクトルｘの個数は、次元数のｎであるが、次元削減後には、部分構造数密度ベクトルｘの次元はｎ'個となる。重要部分構造３３ｅにより、予測精度に寄与する次元のみを用いて予測値を算出するため、効率よく物性予測処理を行える。

【0056】

上述した図５（ａ）～図５（ｅ）による処理が、モデル作成部４１のモデル作成処理に相当する。モデル作成処理が行われた後、ユーザから所望のポリマー構造６ａの入力を受け付けると、物性予測部４５による物性予測処理が行われる。

【0057】

物性予測部４５では、物性を求めたいポリマー構造Ａの入力に応じて、部分構造数密度ベクトルｘＡを生成し、物性値ｙＡを予測する（図５（ｈ））。ポリマー構造入力部４７ａがポリマー構造Ａを入力し、ポリマー物性予測部４７ｂが回帰モデル３３ｆを用いて物性値ｙＡを予測する。

【0058】

所望のポリマー構造Ａに対する物性値ｙＡは、上記式（１）に部分構造数密度ｘＡを代入することで、
ｙＡ＝ｆ（ｘＡ） （２）
により得られる。

【0059】

１つの物性に対する回帰モデル３３ｆのみである場合には、予め定められた物性の値が予測される。様々な物性のそれぞれに対して回帰モデル３３ｆを取得している場合、ユーザは、ポリマー構造Ａと、それら全て又は特定の物性とを指定すればよい。この場合、ポリマー物性予測部４７ｂは、物性ごとに対応する回帰モデル３３ｆと重要部分構造３３ｅとを用いて物性値６ｂを予測する。

【0060】

なお、図５（ｃ）における部分構造数３３ｂの計算処理と図５（ｄ）における原子数の計算処理の順番は問わない。原子数３３ｃの計算処理を行った後、部分構造数３３ｂの計算処理を行ってもよいし、並列に行ってもよい。また、本実施の形態において、物性の「予測値」と、予測した「物性値」とは同義である。

【0061】

第１の機能構成例では、予測処理部４０の部分構造数密度計算部４３ｄにより、同じポリマー構造を認識することができる。図６は、数密度の例を示す図である。図６では、ポリエチレンオキサイドの炭素数を例として説明する。

【0062】

図６を参照して、構造Ａと構造Ｂとを比較すると、構造Ｂは、構造Ａより表記が長く異なっている。しかしながら、構造Ａと構造Ｂのそれぞれで表されるポリマーは全く同じポリマーである。

【0063】

単に、部分構造数を構造記述子とした既存の技術では、構造Ａの炭素数は「２」であり、構造Ｂの炭素数は「４」となり構造Ａとは異なっているため、誤って異なるポリマーであると認識してしまう。つまり、この例から、繰り返し単位の長さが異なるポリマーを比較する場合は、部分構造の数は、適切にポリマーの構造的特徴を捉えることが出来ないことがわかる。

【0064】

一方、第１の機能構成例では、部分構造数密度計算部４３ｄにより、構造Ａと構造Ｂに対して同じ部分構造数密度（炭素数密度）「２／３」を得る。従って、次元削減部４３ｅと、回帰モデル構築部４３ｆとにおいて、構造Ａと構造Ｂは、正しく同じポリマーを表していると認識できる。このような例に基づき、発明者は、部分構造数密度３３ｄを用いることで、繰り返し単位の長さが異なるポリマーでも等価に扱えることを見出した。

【0065】

また、発明者は、繰り返し単位を連結しながら複製することにより、予測精度が悪い既存の技術を改善できることを見出した。複製の有無による差異について図７で説明する。図７は、繰り返し単位の複製の有無による差異を説明するための図である。図７においても、ポリエチレンオキサイドを例とするが、繰り返し単位は、複製の有無とにおいて同一である。

【0066】

複製しない場合、繰り返し単位の両端に、本来存在する部分構造「COC」が存在しない。したがって、ＣＯＣの数密度は「０」となる。一方で、第１の機能構成例では、繰り返し単位が複製され、繰り返し単位の右側が次の繰り返し単位の左側の酸素原子と連結される。２つの繰り返し単位により、部分構造「COC」が出現し、本来の存在する部分構造「COC」の数密度に関して「１／６」を得られる。第１の機能構成例では、このようにして得られた部分構造数密度３３ｄを用いて回帰モデル３３ｆを取得するため、既存の技術の予測精度を改善できる。

【0067】

上述より、予測処理部４０による予測処理は、図８Ａ及び図８Ｂに示すように行われる。図８Ａ及び図８Ｂは、予測処理を説明するためのフローチャート図である。先ず、モデル作成部４１によりモデル作成処理Ｐ５１を行う。

【0068】

モデル作成部４１において、モデル構造生成部４３ａは、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から１レコードを選択して読み込み、繰り返し単位と実験値とを取得する（ステップＳ５１１）。そして、モデル構造生成部４３ａは、取得した繰り返し単位を複製して連結する操作を所定回数繰り返し、モデル構造３３ａを生成する（ステップＳ５１２）。

【0069】

部分構造数計算部４３ｂは、モデル構造３３ａの部分構造数３３ｂを、予め定めた構造記述子（例えば、ECFP等）を用いて計算する（ステップＳ５１３）。また、原子数計算部４３ｃは、モデル構造３３ａの原子数３３ｃを計算する（ステップＳ５１４）。なお、ステップＳ５１４を行った後、ステップＳ５１３を行ってもよい。或いは、ステップＳ５１３及びＳ５１４を並列に処理してもよい。

【0070】

部分構造数密度計算部４３ｄは、部分構造数３３ｂを原子数３３ｃで割ることにより部分構造数密度３３ｄを算出する（ステップＳ５１５）。上述したように、部分構造数３３ｂ及び部分構造数密度３３ｄは、ｎ次元ベクトルで表される。

【0071】

モデル作成部４１は、ポリマー構造・物性ＤＢ３１の全レコードを終了したか否かを判断する（ステップＳ５１６）。全レコードを終了していない場合（ステップＳ５１６のＮＯ）、モデル作成部４１は、ステップＳ５１１に戻り、上述同様の処理を行う。

【0072】

全レコードを終了した場合（ステップＳ５１６のＹＥＳ）、次元削減部４３ｅにより、重要部分構造３３ｅに対応する部分構造数密度３３ｄを変数ｘ'とし、実験値ｙ'として、仮回帰モデルｆ'を求める１回目の回帰分析を行う。次元削減部４３ｅは、予め定めた次元削減方法により仮回帰モデルｆ'の次元を削減して、重要部分構造３３ｅを取得する（ステップＳ５１７）。

【0073】

次に、回帰モデル構築部４３ｆによる２回目の回帰分析が行われる。回帰モデル構築部４３ｆは、重要部分構造３３ｅに対応する部分構造数密度３３ｄを変数ｘとし、実験値ｙとして、回帰モデルｆを求める（ステップＳ５１８）。実験値ｙは、ポリマー構造・物性ＤＢ３１において、ポリマー名と物性とで特定される値である。回帰モデルｆ、即ち、回帰モデル３３ｆが記憶部１３０に記憶される。

【0074】

ポリマー構造・物性ＤＢ３１に登録されている物性の全て又は一部について回帰モデルｆを求める場合には、物性ごとに実験値を取得して、ステップＳ５１７からＳ５１８を繰り返し行えばよい。

【0075】

その後、物性予測部４５による物性予測処理Ｐ５５が行われる。予測処理部４０において、ポリマー構造入力部４７ａは、ポリマー構造６ａを受け付けると（ステップＳ５２１）、ポリマー構造６ａを繰り返し単位として、モデル構造、部分構造数、原子数、及び部分構造数密度を得る（ステップＳ５２２）。ポリマー構造６ａのモデル構造、部分構造数、原子数、及び部分構造数密度は、モデル作成処理Ｐ５１におけるステップＳ５１２～Ｓ５１５と同様の処理を行うことにより得られる。

【0076】

ポリマー物性予測部４７ｂは、ステップＳ５１７で得られた重要部分構造３３ｅに基づいて、ポリマー構造６ａの部分構造数密度の次元を削減して、ステップＳ５１８で得られた回帰モデルｆ（記憶部１３０に記憶された回帰モデル３３ｆ）を用いて、物性値６ｂを予測する（ステップＳ５２４）。得られた物性値６ｂは、端末３へ送信又は表示装置１５に表示される。

【0077】

複数の物性のそれぞれに対応する回帰モデル３３ｆを作成した場合、図９に示すようなテーブルで作成した回帰モデル３３ｆを管理しておくことが望ましい。図９は、回帰モデル管理テーブルのデータ構成例を示す図である。

【0078】

図９において、回帰モデル管理テーブル３３ｋは、物性ごとの回帰モデル３３ｆを管理するテーブルであり、物性、回帰モデル、重要部分構造等の項目を有する。物性は、屈折率、ガラス転移点等の物性を特定するための名称を示す。回帰モデルは、回帰モデル構築部４３ｆで構築された、物性に対応する回帰モデル３３ｆを示す。

【0079】

重要部分構造は、回帰モデル３３ｆを用いるための、次元削減後に得られた部分構造数密度３３ｄのベクトルのうち有効とするベクトル（次元削減後の有効ベクトル）を特定する。次元削減処理を省略する場合には、重要部分構造の項目は省略される。

【0080】

物性予測部４５において、ポリマー物性予測部４７ｂは、回帰モデル管理テーブル３３ｋから、予測する物性に対応付けられた回帰モデル３３ｆと重要部分構造３３ｅとを取得すればよい。

【0081】

発明者は、後述される、種々の機能構成の違いによる予測精度の検証を行っている。検証結果によれば、上述した第１の機能構成例が最も予測精度を改善できた。また、モデル構造生成部４３ａ及び次元削減部４３ｅのいずれか一方又は両方が省略された構成であっても十分に予測精度を改善できることが、発明者により検証されている。

【0082】

先ず、予測精度を検証した他の機能構成例について以下に説明する。モデル構造生成部４３ａ及び次元削減部４３ｅの両方を省略した場合を第２の機能構成例とし、モデル構造生成部４３ａを省略した場合を第３の機能構成例とし、次元削減部４３ｅを省略した場合を第４の機能構成例として説明する。第２の機能構成例～第４の機能構成例では、図３に示す第１の機能構成例と同様の処理部には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0083】

［第２の機能構成例］
図１０は、物性予測装置の第２の機能構成例を示す図である。図１０において、第２の機能構成例では、図３に示す第１の機能構成例のうち、モデル構造生成部４３ａと次元削減部４３ｅとが省略され、したがって、モデル構造３３ａと重要部分構造３３ｅとは生成されない。

【0084】

モデル作成部４１において、部分構造数計算部４３ｂ及び原子数計算部４３ｃは、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から繰り返し単位を取得して、部分構造数３３ｂ及び原子数３３ｃを取得する。

【0085】

第２の機能構成例においても、部分構造数密度計算部４３ｄにより部分構造数密度３３ｄが計算される。そして、回帰モデル構築部４３ｆは、計算された部分構造数密度３３ｄと、物性の実験値とを用いて、回帰モデル３３ｆを得る。

【0086】

物性予測部４５では、ポリマー構造入力部４７ａがポリマー構造６ａを入力すると、ポリマー物性予測部４７ｂは、モデル構造３３ａを作成せず、ポリマー構造６ａを用いて、部分構造数及び原子数を計算する。そして、ポリマー物性予測部４７ｂは、得られた部分構造数を原子数で割ることにより部分構造数密度を取得し、部分構造数密度３３ｄを用いて、回帰モデル３３ｆにより物性値６ｂを取得する。

【0087】

第２の機能構成例では、回帰分析は１回のみ行われる。また、回帰モデル３３ｆの次元数は、部分構造数密度３３ｄと同じであり、重要部分構造３３ｅは特定されない。しかしながら、部分構造数密度３３ｄにより、その値が同じであれば、繰り返し単位の長さが異なるポリマーであっても等価に扱うことができ、予測精度を十分に改善できる。

【0088】

［第３の機能構成例］
図１１は、物性予測装置の第３の機能構成例を示す図である。図１１において、第３の機能構成例では、図３に示す第１の機能構成例のうち、モデル構造生成部４３ａが省略され、したがって、モデル構造３３ａは生成されない。

【0089】

第２の機能構成例と同様に、モデル作成部４１では、部分構造数計算部４３ｂ及び原子数計算部４３ｃが、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から繰り返し単位を取得して、部分構造数３３ｂ及び原子数３３ｃを取得する。部分構造数密度計算部４３ｄにより部分構造数密度３３ｄを得る。そして、次元削減部４３ｅにより重要部分構造３３ｅを取得し、部分構造数密度３３ｄの次元を削減して、回帰モデル構築部４３ｆにより回帰モデル３３ｆが出力される。

【0090】

物性予測部４５では、ポリマー構造入力部４７ａがポリマー構造６ａを入力すると、ポリマー物性予測部４７ｂは、モデル構造３３ａを作成せず、ポリマー構造６ａを用いて、部分構造数及び原子数を計算する。そして、ポリマー物性予測部４７ｂは、得られた部分構造数を原子数で割ることにより部分構造数密度を取得し、部分構造数密度３３ｄに基づいて部分構造数密度の次元数を削減したのち、回帰モデル３３ｆを用いて物性値６ｂを出力する。

【0091】

第３の機能構成例では、部分構造数密度３３ｄにより、その値が同じであれば、繰り返し単位の長さが異なるポリマーであっても等価に扱うことができる。また、モデル構造３３ａは生成されないが、次元削減部４３ｅにより重要部分構造３３ｅが特定されるため、回帰モデル構築部４３ｆによって生成された回帰モデル３３ｆの予測精度をより改善できる。

【0092】

［第４の機能構成例］
図１２は、物性予測装置の第４の機能構成例を示す図である。図１２において、第４の機能構成例では、図３に示す第１の機能構成例のうち、次元削減部４３ｅが省略され、したがって、重要部分構造３３ｅは生成されない。

【0093】

モデル作成部４１では、モデル構造生成部４３ａによってモデル構造３３ａが作成され、部分構造数計算部４３ｂ及び原子数計算部４３ｃによって、モデル構造３３ａに基づく部分構造数３３ｂ及び原子数３３ｃが得られる。

【0094】

物性予測部４５では、ポリマー構造入力部４７ａがポリマー構造６ａを入力すると、ポリマー物性予測部４７ｂは、モデル構造３３ａを作成して、モデル構造３３ａを用いて部分構造数及び原子数を計算する。そして、ポリマー物性予測部４７ｂは、得られた部分構造数を原子数で割ることにより部分構造数密度を取得し、部分構造数密度３３ｄを用いて、回帰モデル３３ｆにより物性値６ｂを得る。ポリマー構造６ａから得られた部分構造数密度の次元は削減されない。

【0095】

第４の機能構成例では、部分構造数密度３３ｄにより、その値が同じであれば、繰り返し単位の長さが異なるポリマーであっても等価に扱うことができる。また、重要部分構造３３ｅは作成されないが、モデル構造３３ａと部分構造数密度３３ｄとにより、回帰モデル構築部４３ｆによって生成された回帰モデル３３ｆの予測精度を改善できる。

【0096】

次に、既存の技術に基づく機能構成例を比較例として説明する。
［既存の機能構成例］
図１３は、既存の技術に基づく物性予測装置の機能構成例を示す図である。図１３において、物性予測装置９は、既存の技術に基づく機能構成を有する。図１３に示す比較例では、物性予測装置９の予測処理部９０は、モデル作成部９１と、物性予測部９５とを有する。

【0097】

モデル作成部９１は、回帰モデル８３ｆを作成する処理部であり、部分構造数計算部９３ｂと、回帰モデル構築部９８ｆとを有する。部分構造数計算部９３ｂは、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から繰り返し構造を取得し、部分構造数８３ｂを求めて記憶部１３０に記憶する。回帰モデル構築部９３ｆは、部分構造数８３ｂと、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から得られる実験値とを用いて回帰分析を行って回帰モデル８３ｆを構築し、記憶部１３０に記憶する。

【0098】

物性予測部９５は、ユーザが所望するポリマー構造６ａに対して、回帰モデル８３ｆに適用することにより、物性値を予測する処理部であり、ポリマー構造入力部９７ａと、ポリマー物性予測部９７ｂとを有する。ポリマー構造入力部９７ａは、ポリマー構造６ａを受け付けると記憶部１３０に記憶する。ポリマー物性予測部９７ｂは、ポリマー構造６ａの部分構造数を求めて、得られた部分構造数を回帰モデル８３ｆに適用することで予測された物性値６ｂを得る。物性値６ｂはユーザに提示される。

【0099】

［予測精度の検証］
次に、比較例としての機能構成例、第１～第４の機能構成例のそれぞれの予測精度を検証した結果を説明する。各機能構成例において、発明者は、屈折率を予測する場合で検証を行った。

【0100】

（実施例１）
実施例１では、モデル構造生成部４３ａと次元削減部４３ｅとが省略される第２の機能構成例（図１０）で検証を行った。実施例１では、モデル構造３３ａは生成されない。また、回帰分析は、回帰モデル構築部４３ｆにより１回のみ行われる。

【0101】

上述した第２の機能構成例において、ポリエチレン、ポリプロピレンなど一般的な無限直鎖ポリマー５１種の構造（即ち、繰り返し単位）と、屈折率の実験値とを訓練データとした。構造記述子として、ECFP4を用いた。ここでECFP4は、半径４、１０２４次元のECFPを表す。以下、ECFP記述子という。

【0102】

ECFP記述子は、ベクトルにより表され、各次元が部分構造の種類を表し、各次元の値が部分構造の数に相当する。ECFP記述子の生成には、RDKit等のソフトウェアを用いた。便宜上、ECFP記述子を部分構造数記述子と定義する。その後、構成原子数で部分構造数記述子の各成分を割ることにより、部分構造数密度記述子を得る。

【0103】

回帰手法として、ガウス過程回帰を用いた。説明変数として部分構造数密度記述子を用い、目的変数として屈折率の実験値を用いて回帰モデル３３ｆを構築した。

【0104】

リーブワンアウト交差検証によりデータセットを学習用と検証用とに分割し、学習用データセットを用いて、ハイパーパラメータチューニングを実施したのち回帰モデルを構築し、検証用データセットを用いて非学習ポリマーの屈折率の予測精度を検証した。予測精度の評価指標として、決定係数Ｒ２と平均二乗誤差平方（RMSE:Root Mean Squared Error）とを用いた。Ｒ２の定義式は様々存在するが、今回は以下の定義式を用いた。

【0105】

【数1】

ここで、ｙｉはｉ番目のポリマーの実験値、ｙ_barは実測の平均値、ｆｉはｉ番目のポリマーの予測値である。

【0106】

上述において、構成原子数は繰り返し単位の原子数に相当し、部分構造数記述子は部分構造数３３ｂに相当し、部分構造数密度記述子は部分構造数密度３３ｄに相当する。

【0107】

（実施例２）
実施例２では、モデル構造生成部４３ａが省略される第３の機能構成例（図１１）で検証を行った。モデル構造３３ａが生成されないため、ポリマー構造・物性ＤＢ３１の繰り返し単位から部分構造数密度３３ｄが求められる。回帰分析は、次元削減部４３ｅと、回帰モデル構築部４３ｆとで２回行われる。

【0108】

回帰モデル３３ｆを構築する前に、部分構造数密度３３ｄと、ポリマー構造・物性ＤＢ３１から得られるポリマーの物性の実験値から、次元削減部４３ｅによって、ラッソ回帰モデル（仮回帰モデルに相当）を構築し、係数が０である変数を除外して次元削減を行った。また、回帰モデル構築部４３ｆでは、実施例１と同様に、ガウス過程回帰により回帰モデル３３ｆを構築した。そして、実施例１と同様の方法によって、屈折率の予測精度の検証を実施した。

【0109】

（実施例３）
実施例３では、次元削減部４３ｅが省略される第４の機能構成例（図１２）で検証を行った。重要部分構造３３ｅは取得されない。部分構造数密度３３ｄの次元数で回帰モデル３３ｆが構築される。

【0110】

先ず、１０個の繰り返し単位をモデル構造３３ａとして生成したのち、部分構造数記述子と原子数とを算出し、部分構造数密度記述子を算出した。部分構造数密度記述子を算出した後は、実施例１と同様の方法によって屈折率の予測値を求め、予測精度の検証を行った。

【0111】

（実施例４）
実施例４では、重要部分構造３３ｅ及び次元削減部４３ｅを含む第１の機能構成例（図３）で検証を行った。

【0112】

先ず、１０個の繰り返し単位をモデル構造３３ａとして生成したのち、部分構造数記述子と原子数とを算出し、部分構造数密度記述子を算出した。また、次元削減部４３ｅによって、ラッソ回帰モデル（仮回帰モデルに相当）を構築し、係数が０である変数を除外して次元削減したのち、ガウス過程回帰により回帰モデル３３ｆを構築した。そして、実施例１と同様の方法によって、屈折率の予測精度の検証を実施した。

【0113】

（比較例１）
比較例１では、部分構造数計算部９３ｂと回帰モデル構築部９３ｆのみで回帰モデル８３ｆを求める既存の機能構成例（図１３）で検証を行った。

【0114】

部分構造数計算部９３ｂによって、繰り返し単位を用いて得られた部分構造数８３ｂ（部分構造数記述子）と、屈折率の実験値とから回帰モデル８３ｆを得る。回帰モデル８３ｆは、実施例１と同様の方法で、ガウス過程回帰を用いて構築した。また、予測精度の検証も実施例１と同様の方法で行った。

【0115】

図１４は、評価結果例を示す図である。図１４では、上述したように、比較例１、実施例１～実施例４のそれぞれに対して行った屈折率の予測精度の評価結果を示している。評価結果として、R2とRMSEの各結果を示している。

【0116】

R2の評価結果では、比較例１の「-0.063」に対して、実施例１では「0.890」、実施例２では「0.900」、実施例３では「0.932」、そして、実施例４では「0.950」を示した。R2では、「１」に近づくほど予測精度が高い。従って、この評価結果より、本実施の形態におけるいずれの機能構成例であっても、有意に予測精度を改善できることが分かる。

【0117】

また、RMSEの場合、比較例１の「0.084」に対して、実施例１では「0.027」、実施例２では「0.026」、実施例３では「0.021」、そして、実施例４では「0.018」を示した。RMSEでは、「０」に近づくほど予測精度が高い。従って、この評価結果においても、本実施の形態における全ての機能構成例において、有意に予測精度を改善できることが分かる。

【0118】

このような評価結果から、本実施の形態における、発明者が着目した部分構造数密度３３ｄが予測精度の改善に大きく貢献しているといえる。

【0119】

物性予測装置１００を利用することで、予め物性値を予測しておくことができるため、製造すべきポリマー構造６ａを精度よく選別することが可能となる。従って、ポリマー製造に係る費用、時間等の無駄を削減できる。

【0120】

以上より、本実施の形態によれば、ポリマーの構造に基づいて構造記述子を生成することで、高精度にポリマー物性を予測できる。

【0121】

次に、所望のポリマー構造６ａと、予測した物性値とを用いて、ポリマーを製造する方法について説明する。図１５は、ポリマーの製造方法の一例を示す図である。

【0122】

図１５より、本実施形態におけるポリマーの製造方法は、本実施形態におけるポリマーの物性予測方法により予測された物性値を有するポリマー構造を得るステップ（Ｓ６０１）と、上記ポリマー構造を構成するための原料を準備するステップ（Ｓ６０２）と、上記原料を反応させて、上記ポリマー構造で表されるポリマーを得るステップ（Ｓ６０３）と、を含む。

【0123】

Ｓ６０１においては、入力したポリマー構造の中から、所定の物性値を有すると予測されるポリマーの構造を適宜選択する。例えば、入力したポリマー構造の中から、屈折率が所定の範囲内であるポリマー構造を選択する。

【0124】

Ｓ６０２においては、Ｓ１において、選択されたポリマー構造を構成するための、原料として、モノマー、オリゴマー等の原料を準備する。例えば、選択されたポリマー構造がポリエチレンである場合、エチレンを準備する。

【0125】

Ｓ６０３においては、Ｓ６０２において、準備された原料を反応させて、Ｓ６０１において、選択されたポリマー構造で表されるポリマーを得る。例えば、エチレンを重合して、ポリエチレンを合成する。

【0126】

本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、主々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0127】

２ ネットワーク
３ 端末
６ａ ポリマー構造
６ｂ 物性値
３１ ポリマー構造・物性ＤＢ
３３ａ モデル構造
３３ｂ 部分構造数
３３ｃ 原子数
３３ｄ 部分構造数密度
３３ｅ 重要部分構造
３３ｆ 回帰モデル
４０ 予測処理部
４１ モデル作成部
４３ａ モデル構造生成部
４３ｂ 部分構造数計算部
４３ｃ 原子数計算部
４３ｄ 部分構造数密度計算部
４３ｅ 次元削減部
４３ｆ 回帰モデル構築部
４５ 物性予測部
４７ａ ポリマー構造入力部
４７ｂ ポリマー物性予測部
１００ 物性予測装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】