28、模拟结果分析方法详解

模拟结果分析方法详解

1. 引言

模拟运行结束后，我们常常会想起一些重要的计算被遗漏。随着一系列模拟的展开和新现象的出现，我们可能需要重新分析配置，以计算合适的平均值和相关函数。为此，模拟运行中生成的配置通常会存储在磁盘上，以便后续分析。

在蒙特卡罗（MC）模拟中，每次尝试移动后都存储配置是不合适的，因为连续的配置是相同的或高度相关的。通常，每第五个或第十个周期结束时的配置会被存储（一个周期等于 N 次尝试移动）。每个存储的配置将包含描述原子位置的向量，对于分子流体，还包括每个分子的取向。同时，存储能量、维里和其他感兴趣属性的瞬时值也是很方便的，尽管这些属性可以从粒子的位置重构，但这通常是一个计算成本较高的过程。

在分子动力学（MD）模拟中，连续的时间步是相关的，并不包含显著的新信息。在这种情况下，将每第五个或第十个时间步存储在磁盘上进行后续分析就足够了。MD 模拟会产生大量有用的信息，通常会存储每个分子的位置（取向）、速度（角速度）和力（扭矩）向量，以及所有计算属性的瞬时值。MD 模拟中存储的信息是按时间顺序排列的，可用于计算第 2 章中讨论的时间相关函数。从 MD 模拟中存储的分子位置可能是经过周期性边界条件处理的中心盒子中的粒子位置。存储未经过这种调整但代表分子在空间中实际运动的轨迹也是有用的，这些轨迹在计算自扩散系数时特别有用。在假设分子在存储的时间步间隔内自然移动的距离不会达到盒子长度的一半的情况下，可以将中心盒子表示转换为“展开”表示，代码 8.3 中给出了实现此功能的例程。

本文将讨论如何分析一系列配置或轨迹文件，以生成结构分布函数和时间相关函数，然后探讨评估模拟结果统计误差的重要问题，最后概述一些用于校正、扩展或平滑原始数据的技术。