20、分子模拟的实用技巧与启动策略

分子模拟的实用技巧与启动策略

在分子模拟领域，有许多实用的技巧和策略可以提高模拟的效率和准确性。下面将详细介绍一些关键的方法和步骤。

1. 模拟方法的优化

• 域分解方法 ：通过将模拟箱划分为多个子域，可以提高模拟的并行性和效率。最初，该方法在二维和三维中对多达 2 × 10⁶ 个原子的流体进行了测试。使用消息传递接口（MPI）的详细实现可以参考相关资料。
• 改进的单元格方法 ：不局限于使用长度为 rc 的单元格，可采用足够小的单元格，使得每个单元格最多只能容纳一个粒子。这样可以避免使用链表结构，程序只需遍历所有单元格，并对距离感兴趣单元格 rc 范围内的单元格进行内循环。该方法的优点是可以在程序开始时计算每个单元格“范围内”的单元格列表，并且在整个过程中保持不变，每个阶段只需进行简单的判断（单元格是否被占用？）。不过，单元格数量较多，很多单元格是空的。

2. 非键相互作用与多时间步

• 原理 ：将 Liouville 算子根据“快速”和“慢速”力分为不同部分，常见的划分是分子内作用力（如键伸缩势能产生的快速振动）和分子间非键相互作用。分子动力学软件通常将非键势能分为不同层次的项，从短程贡献（具有高梯度）到长程、变化较平缓的项，并使用相应的时间步进行处理。原因是长程对相互作用的数量远多于短程相互作用，但计算频率可以低得多。
• 示例 ：以 Lennard - Jones 势为例，根据一组截断距离 R₁ < R₂ < … < R