Väitös tietotekniikan alalta, DI Olli-Pekka Koistinen

Väitöskirjan nimi on "Algorithms for Finding Saddle Points and Minimum Energy Paths Using Gaussian Process Regression"

Kemiallisia reaktioita ja muita atomien liikkeisiin perustuvia tapahtumia voidaan tarkastella teoreettisesti atomien koordinaattien muodostamassa moniulotteisessa avaruudessa määritellyn potentiaalienergiapinnan avulla. Energiapinnan paikalliset minimikohdat vastaavat systeemin vakaita tiloja, ja näitä tiloja yhdistävät minimienergiapolut kuvaavat mahdollisia reaktiomekanismeja. Erityisen mielenkiinnon kohteena on usein minimienergiapolun globaali maksimikohta, joka sijaitsee potentiaalienergiapinnan satulapisteessä ja jonka avulla voidaan arvioida kyseisen reaktion aktivoitumisenergiaa ja reaktionopeutta.
Minimienergiapolkuja ja satulapisteitä on perinteisesti etsitty potentiaalienergian gradienttivektorien avulla laskettuihin kuvitteellisiin voimiin perustuvilla iteratiivisilla menetelmillä. Koska gradienttivektorin tarkka määrittäminen on usein laskennallisesti raskasta, tulisi aikaisemmista iteraatioista saatu informaatio hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti iteraatioiden vähentämiseksi. Tilastollisten mallien avulla energiapinnalle voidaan muodostaa likimääräinen arvio, ja minimienergiapolkua tai satulapistettä voidaan etsiä likimääräiseltä pinnalta. Ratkaisu voidaan tarkistaa uusien tarkkojen havaintojen avulla, joita voidaan puolestaan käyttää mallin tarkentamiseksi mahdollisia seuraavia iteraatioita varten.
Tässä väitöskirjassa kehitetään gaussisiin prosesseihin perustuvia koneoppimisalgoritmeja minimienergiapolkujen ja satulapisteiden etsinnän tehostamiseksi. Yksinkertaisten testiesimerkkien perusteella gaussisia prosesseja hyödyntävät menetelmät voivat vähentää tarkkojen havaintojen määrän murto-osaan perinteisten menetelmien vaatimista havaintomääristä.

Vastaväittäjänä toimii professori Thomas Bligaard, Technical University of Denmark, Tanska

Kustos on professori Aki Vehtari, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, tietotekniikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: Olli-Pekka Koistinen, tietotekniikan laitos, [email protected],
p. +358400246285

Elektroninen väitöskirja

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun ilmoitustaululla Konemiehentie 2, Espoo.