高分子溶解度参数模拟软件gromacs里不同力场中同一种键的参数是一样的吗

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2016-11-22 06:47 标签： 分子结构参数
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GROMACS-分子动力学模拟并行计算的研究与实现.pdf5页
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【求助】amber99中的非键参数问题
对于amber99力场中CT原子类型的非键参数存在两个版本，在tinker软件中为vdw& && && & 1& && && && &&&1.9080& &&&0.1094，这个与原始文献一致！在gromacs中为amber99_11& & CT& &&&0.0&&A& &3.3.57730e-01，其中1.67e-01是指sigma值，而0.730e-01是指epsilon值，对于epsilon我知道这两个不同的数值是怎么转化的，前者是kcal/mol,后者是kj/mol,两者之间差了4.184的倍数关系。但是对于sigma值我就不理解了，它们之间是通过什么转化的？它们的单位都是“埃”啊！请高手们指教！谢谢！
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随时随地聊科研为什么在大分子体系的力场计算中都采用了cut-off值？
【傅渥成的回答(9票)】:
至少可以列出以下理由：
最重要的是，引入截断距离，让计算的时间复杂度从 O(N*N) 变成了 O(N*z)，其中 N 是全体原子的数目， z 是一个原子平均近邻的原子数，引入了截断之后大大减少了计算的次数。如果是真的遇到了长程相互作用舍不得截断，可以像
所说的那样，通过
来处理，那个可以把计算的复杂度从 O(N*N) 降低到 O(NlogN)。大量的远程相互作用在实际问题中其实也是有限力程的，例如看起来是很长程的电荷相互作用。以生物分子的在水溶液中的分子模拟为例来讨论，平时在在电解质溶液中，因为有各种离子存在，因此实际上的电荷相互作用也会存在一个特征的衰减长度（），平时在模拟计算的时候，我们通常首先是考虑分子在水溶液电中性环境下的模拟，这时候实际上选择的就是一个包含了
的力场（根据 ），这时候的电荷相互作用是有一个指数衰减项的，也可以就直接认为是近程的。此外，现在的统计物理理论如果不进行一些修改，通常也只能只能解决短程相互作用的问题，是短程相互作用保证了系统的可加性。举个例子，考虑一个盒子里面装满了气体分子，用一块板子将盒子分成两个小的体系，左侧的体系内，气体分子的能量为 E1，右侧为 E2，我们平时常常会说，这个体系的总能量就是 E1+E2。这其实已经暗含了短程作用的假定，真正的逻辑是这样的：左侧气体的能量是 E1，这一部分的能量与左侧的气体分子数成正比；右侧气体的能量是 E2，这一部分的能量与右侧的气体分子数成正比，气体分子数是跟体积量成正比的；
还需要估计左侧的气体分子与右侧的气体分子的相互作用 E0，这个相互作用的能量是因为我们认为的分割界面而产生的，如果都是短程作用，那么 E0 可以人物与我们用的那块板子隔断了它附近的多少的相互作用成正比，我们划分这一部分的能量我们就叫它界面能，这一部分的能量是跟一个面积量成正比的，这个面积量跟体积量相比总是可以忽略的，因此 E0 可以忽略，所以总能量近似于 E1+E2；可是如果真的存在长程相互作用，那么那块板子隔断的可不是它附近的跟面积成正比的那一点点相互作用，如果有长程相互作用，这一部分的能量也会是跟体积量成正比的，这种时候还把这部分忽略那就太不靠谱了。面对长程相互作用，很多的统计物理基础（例如强度量、广延量的定义）都可能要重写，有许多反常的物理现象出现。自从引入了截断距离，妈妈再也不担心我们传统的统计物理用不起来了。
【刘书乐的回答(15票)】:
因为在分子模拟中，通常都采用周期性边界条件(periodic boundary condition，PBC)，如图所示。理论上来讲处在中心的系统可以和它任意多的peridic image相互作用来计算体系中粒子的能量和受力，但这样无疑会增加计算量。而事实上除了长程相互作用外（这个后面会提到），距离系统较远的的periodic image对于体系的贡献是非常小的，并且这些较远的periodic image对体系能量的贡献是可以通过体系的密度估计的。所以就有了cutoff，也就是所谓的截断半径。一般cutoff的选取都是小于盒子边长的一半，这样的话就只用考虑系统与它相邻的periodic image的相互作用，大大节省计算资源。而距离系统较远的的periodic image对于体系的能量贡献则可用以下式子修正
为体系密度，
为系统作用势。
于是回到前面提到的长程相互作用力中，对于长程相互作用势，比如静电势于是回到前面提到的长程相互作用力中，对于长程相互作用势，比如静电势
和偶极势，把它们代入上式（1）中积分是会发散的，这时是不是说采用cutoff就没有用了呢？但是人们有更聪明的办法来处理这些，例如对于静电势，可以采用Ewald Summation，把静电势分解成一个短程势和长程势
（2）式等号右边第一项仍然是短程势，因此仍然可以运用cutoff来计算，第二项是长程作用，但可以通过傅里叶变换把它变成
空间的求和并且是条件收敛的。
Cutoff和周期性边界条件是分子模拟中最基本的概念和处理方法。可以在以下书籍中看到详细解释：
1. Daan Frenkel and Berend Smit: Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, Chapter 3
2. M. P. Allen and T. J. Dildesley:Computer Simulation of Liquids, Chapter 1
【赵亮的回答(1票)】:
以分子动力学软件GROMACS为例:
1. 对于van der Waals（vdW）相互作用，通常用12-6势场来表征，即两个原子i 和 j间的相互作用形式为：
对于一般原子而言，
的一般在0.4-0.7 nm的数量级。在r & 1 nm 时，V(r) 已经很接近这个函数的“尾巴”部分。所以：
(I)为vdW设置Cutoff，会牺牲一部分精确性，但是却大大的提高了计算的速度。在GROMACS中，这个值通常设为1.0 nm. 越大越精确，但是要保证这个值必须小于模拟盒子长度的一半，否则会和把镜像中的自己的相互作用算进去。同时大大降低运算速度。
(II)由于在Cutoff之外，相互作用为0，所以为了修正一部分由于Cutoff带来的误差，引入switch/shift函数，即在Cutoff之外的能量，并非突变到0，而是慢慢衰减到0.
2. 对于静电这种长程相互作用，Cutoff的设置是针对实空间（短程）而言的，还有一部分能量放在K空间（长程）用傅里叶变换完成。这个Cutoff的设置是人为的，为了把相互作用强制分为短程和长程部分。如GROAMCS中，Cutoff一般设置为1.0 nm 或者更大，如1.2 nm. 常用的处理静电的方法选择PME.
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