pythonでマウスで描いた絵から構造式を推測、分子式を出力

Question

前提・実現したいこと

化学計算で用いるプログラムを作成したいと考えております。

質問は
「pythonを用いてマウスで描いた形から構造式を推測し、そこから分子式を出力させる」という最初の入り口を作りたいのですが、pythonでこの動作を作成するにはどのようにすればいいのか、ご教授いただけないでしょうか。

よろしくお願いいたします。

Answer 1

ディープラーニングを使った画像認識で原理的には可能です。

手書きのアラビア数字を識別するTHE MNIST DATABASE of handwritten digitsの28×28ピクセルの訓練用画像6万個とテスト用画像1万個を使えば10種類の数字を見分けるようなシステムを作ることができます。

これから類推すると現在可能なのは以下のレベルでしょう。

炭素数4以下の直鎖炭化水素は以下の13種類です。
アルカン：メタン、エタン、プロパン、ブタン
アルケン：エチレン、プロピレン、α-ブチレン、β-ブチレン、イソブチレン
アルキン：アセチレン、メチルアセチレン、エチルアセチレン、ジメチルアセチレン

この13種類の直鎖炭化水素を区別するには28×28ピクセルの画像は無理ですので画像サイズをかなり大きくする必要があります。また、訓練用画像は10万個程度は必要になります。
ディープラーニングは画像サイズが大きくなると必要メモリ量と訓練時間が非常に増大しますので。現在のコンピュータでは炭素数が5とか6になるとできるかどうかはわかりません。

もし、アルコール、アルデヒド、カルボン酸などを含むと、酸素を認識する必要があるため画像サイズはさらに大きくする必要があり、炭素数3以下であっても現在のコンピュータでは無理なのではないかと思います。

Comments

[Yudai.M]

ご丁寧にありがとうございます。
現状、厳しそうな状況のようですね。
なんとかして、手書きや写真撮影から分子構造を読み取らせ、そこから炭素数、などを出力させたいのですが...

[ppaul]

こういうものを欲しいと思う人はYudai.Mさんだけだと思いますか。
大学、研究機関、企業でも欲しいと思う人はたくさんいます。
日本の大学が約800校、その半分があたり年百万円払ってくれれば4億円、研究機関や企業を含めれば10億円ぐらいになるでしょう。日本のGDPの世界に占める比率は5.8％なので、世界全体では170億ぐらいの収入は可能かもしれません。これぐらいの市場規模があれば、GoogleレンズとかやっているGoogleが自前のTensorflowを使って、そういうサービスを広告収入でやると思いませんか？
明らかな需要があるにもかかわらずGoogleがやろうとしないことをYudai.Mさんが実現できるなら、今すぐソフトを開発してGoogleに売り込めば、高く買ってもらえると思います。
言い換えると、現状のハードウェア・ソフトウェアではたぶんできないことなのです。

[Yudai.M]

ppaulさん、ご丁寧にありがとうございます。
プログラミングの勉強を始めたばかりなので、相当的外れな質問をしてしまったかもしれません、失礼いたしました..
とにかく難しいことがわかりました。
もっと簡略化したプログラムを模索してみます。。
ありがとうございました。

Answer 2

化学については無知ですが、「構造式」「推測」など適当なキーワードで検索すると以下が見つかりました。
画像から構造式を抽出せよ!! (構造式をOCR?)
これは目的達成の一部として利用できないでしょうか。