Potopt 分子動力學套件

Potopt 是一個用分子動力學軟體，用ISO C11實現，並利用MPI進行並行處理。

本手冊記錄了該軟體的預釋出版本，釋出於 2014 年 2 月 26 日。實現和使用者介面的詳細資訊尚未確定，並且在第一個版本釋出之前很可能發生重大變化。

概述

$ perl yaml2pob.perl \
      < Initial-state.yaml > Initial-state.pob 
$ mpirun -n N \
      potopt Split [Iterations [Step [Tau2]]] \
      < Initial-state.pob > Output.log 2>&1 

摘要

Potopt 是一個基於 ISO C11 和 MPI 的程式碼（分別用 GCC 4.8.2 和 Open MPI 1.6.5 測試），它可以求解使用者指定質量、初始位置和速度的粒子系統運動方程。這些方程基於Morse 勢，每個相互作用的粒子對（可能是共享化學鍵或以其他方式相關的粒子）都指定了引數。

給定於 mpirun(1) 的 -n N 引數指定要執行的程序數。有關更多資訊，請參閱所用 MPI 實現的文件。

Split 引數當前是必需的，它是一個用空格分隔的正整數字符串，用於指定每個程序要模擬的粒子數。當然，這些數字應該加起來等於所考慮系統中的粒子總數，例如，在單個程序 (-n 1) 內模擬 22 個原子的石墨烯樣本系統，可以使用 22，兩個程序 (-n 2) 可以使用 '11 11'，三個程序 (-n 3) 可以使用 '7 8 7'，等等。

Iterations 是要執行的迭代次數，預設為 64。65536 或更大的值可能更實際。

Step 是初始時間步長（以秒為單位），預設為 1e-18（或 1 as），但約為 2e-19 的值可能是更合適的選擇。然而，該軟體將持續嘗試找到最佳的時間步長，基於 main_loop () 中設定的約束條件（檢視那裡的 redo_p 區域性變數）。

Tau2 是系統應失去一半動能的特徵時間，預設為 4e-18（或 4 as）。

基於 YAML 的輸入格式

模擬程式碼需要一個特定於應用程式（並且可能依賴於平臺）的二進位制編碼流，該流由使用輔助 yaml2pob.perl Perl 指令碼從YAML 流中生成。

輸入 YAML 流可能如下所示（對於單個六元碳環，忽略氫原子）。

---
xyz:
  - { a: 0, xyz: [ 0.0, 7.104999999999999e-11, 0 ] }
  - { a: 1, xyz: [ 1.2306220987776874e-10, 0.0, 0 ] }
  - { a: 2, xyz: [ 2.461244197555375e-10, 7.104999999999999e-11, 0 ] }
  - { a: 3, xyz: [ 0.0, 2.1315e-10, 0 ] }
  - { a: 4, xyz: [ 1.2306220987776874e-10, 2.842e-10, 0 ] }
  - { a: 5, xyz: [ 2.461244197555375e-10, 2.1315e-10, 0 ] }
bonds:
  - { a: 0, b: 1 }
  - { a: 0, b: 3 }
  - { a: 1, b: 2 }
  - { a: 2, b: 5 }
  - { a: 3, b: 4 }
  - { a: 4, b: 5 }

xyz 部分指定了粒子（原子），而 bonds 指定了用於模擬化學鍵的w:Morse 勢的引數。

引數如下。

粒子

• a – 唯一的粒子識別符號（可以是任何字串）；
• xyz – 粒子的初始位置；
• v – （可選） 粒子的初始速度；預設為零向量；
• m – （可選） 粒子的質量；預設為 1.660539e-27，或 1.660539 × 10⁻²⁷ g，這可能是單個w:碳原子的質量近似值。

鍵

• a, b – 共享鍵的粒子的識別符號；
• aa, r, D – （可選） Morse 勢引數；預設為 2.625e10, 1.421e-10, 和 6.03105e-19，這些是 C─C 單鍵的可能值。

請注意，除了表示轉換之外，所描述的 Perl 輔助程式將稍微改變粒子的初始位置和速度，根據程式碼中的 $perturb 和 $pert_v 變數（指定相應變化的標準差）。這是作為測試措施和一種可能的方式來推動系統脫離區域性最小值，如果初始狀態對應於區域性最小值。

輸出

結果系統狀態將傳送到stdout，格式為用空格分隔的值。這些值是質量、位置（3 個值）和速度（3 個值）。

構建

Potopt 可執行檔案可以用GNU C 編譯器構建，在GNU Make下執行，如下所示。（不需要 Makefile）。

$ cp -- ns8xrqxiojtkiin4drpx4ne19y.c potopt.c 
$ LC_ALL=C make CC=mpicc CFLAGS='-g -O2 -Wall -std=gnu11' \
      LDFLAGS=-lm   potopt 

或者，可以使用以下簡單的 GNUmakefile 檔案，GNU Make 呼叫變為 $ LC_ALL=C make potopt。

VPATH   = $(srcdir)
CC      = mpicc
CFLAGS  = -g -O2 -Wall -std=gnu11
LDFLAGS = -lm

all: potopt

錯誤

Split 引數應該被設定為可選。

模擬程式碼以特定於應用程式（並且可能依賴於平臺）的編碼讀取二進位制檔案。使用X.690（DER 或 BER）中指定的編碼，或者可能是NetCDF，可能是一個更好的選擇。

更糟糕的是，雖然模擬程式碼從二進位制檔案讀取初始系統狀態（該檔案可以從YAML 基文字流建立），但結果狀態改為儲存為Awk 和Gnuplot 友好的用空格分隔的值形式，這需要一個單獨的程式（在此未提供）將其轉換為適合繼續模擬的東西。

一些詳細資訊以某種冗長且不易解析（例如，使用 Awk 或 Gnuplot）的文字格式報告到stderr 上的每次迭代。對於數萬次迭代，結果流的大小最終可能達到數十兆位元組。

沒有適當的錯誤報告。該程式碼改為依賴於一堆 assert () 宏呼叫。

也沒有適當的命令列介面。

還請檢視程式碼中的 FIXME: 註釋。

可用性

此處記錄的 Potopt 元件的預釋出版本可從以下位置獲得

• http://am-1.org/~ivan/src/ns8xrqxiojtkiin4drpx4ne19y.c – 模擬程式碼本身；
• http://am-1.org/~ivan/src/gpqfyhge73tgcr4dkfp9xydju8.perl – YAML 到二進位制轉換程式碼；
• http://am-1.org/~ivan/doc-files/qdzyppoeigu1f8gj4mh3m41b1d.yaml – 22 個原子的石墨烯樣本系統。

作者

Potopt 由 Ivan Shmakov 編寫。

Potopt 是自由軟體：您可以在 BSD 類 許可證（包含在程式碼中）的條款下重新分發和/或修改其當前版本。請注意，但是，許可證可能會在 0.1 版本釋出之前或時更改為 GNU 通用公共許可證 版本 3。

此文件是 Wikibooks 上正在進行的免費協作專案，並且根據 知識共享署名-相同方式共享許可證 (CC BY-SA) 版本 3.0 提供。

此頁面內容基於作者早期的 帖子，該帖子釋出在 news:alt.sources 上，似乎沒有傳播開來。

另請參閱

• w:Graphene
• v:User:Ivan Shmakov/Potopt 2014
• v:ru:Участник:Ivan Shmakov/Параллельные вычисления в моделировании графена 2014