CN109637592B - 分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分子力场技术领域，具体涉及一种分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法，包括计算结果分析模块和计算任务管理模块，计算结果分析模块与计算任务管理模块连接，计算任务管理模块通过云计算接口与力场构建计算服务器连接。运行方法为（1）选择分子力场构建计算模板，（2）选择计算任务提交平台并提交计算，（3）回收计算结果，（4）分析计算结果。本发明以科研人员为主的力场构建系统使用者通常不具备强大的开放接口开发能力，提供了方便的云计算调用接口，提高力场构建的速度；全景化且直观；提供对力场构建计算结果的交互式分析方式，方便快速定位计算异常，且能支持自动化处理分析任务。

Description

分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法

技术领域

本发明属于分子力场技术领域，具体涉及一种分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法。

背景技术

在传统的分子力场构建方法中，通常使用计算机程序（即参数化系统）来实现自动化计算任务的提交、管理和计算结果的分析，以完成分子力场的自动化构建。通常此类系统包含的主要模块为：计算任务的自动化提交、计算任务的管理、计算结果的静态分析、力场参数的数据管理。总体来说，传统的分子力场构建系统提供的构建计算任务的自动化提交、管理和静态分析功能，满足了分子力场构建工作者的基础需要。

随着药物、材料和化学等工业的发展，涉及的分子类型越来越多，传统的分子力场在准确性和覆盖度上越来越无法满足研发的需求。另外，基于传统力场构建的方法的计算方式基于本地或者服务器集群的计算方式速度较慢，已经无法满足能覆盖更大化学空间的通用力场构建的需求。

力场参数的构建过程通常不是线性的，数据结构往往会呈现出图形式的数据结构，传统的任务计算任务管理和展现方式都是基于任务的某一属性的列表管理，无法直观的对应到实际力场参数化的图数据结构，造成了管理效率的低下；另外，力场参数的构建过程中的计算任务常常设计大量的数据分析，通常一个任务会设计成千上万个分子构象，传统的静态分析方法无法很好的支撑大批量分子构象的分析工作，也同时限制了自动化构建的拓展能力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法，适应新技术背景下的分子力场构建的计算管理和分析需求。

具体技术方案为：

分子力场参数生成的计算任务管理分析系统，，包括计算结果分析模块和计算任务管理模块，计算结果分析模块与计算任务管理模块连接，计算任务管理模块通过云计算接口与力场构建计算服务器连接。

其中，所述 的计算结果分析模块包括交互式分析、自定义分析、自动化分析；计算任务管理模块包括计算任务提交、图数据结构视图、计算任务模板设置、计算任务结果回收、计算路径设置；计算任务结果回收与计算结果分析模块连接，计算任务提交与云计算接口连接。

该分子力场参数生成的计算任务管理分析系统的运行方法，包括以下步骤：

（1）选择分子力场构建计算模板

对于不同类型的分子，提交分子力场构建计算任务时会需要调整不同的参数，系统根据输入的分子类型通过机器学习的算法自动推荐计算参数，同时使用者也可以根据需要对参数进行调整；如果进行自动化计算任务提交，还可以设置分子计算路径；

（2）选择计算任务提交平台并提交计算

系统将计算任务提交到本地计算服务器或集群、超算中心、云服务；

（3）回收计算结果

系统支持在计算任务完成后，回收计算结果数据至本地，清除服务器或者云端的计算数据，同时备份重要过程数据至本地；

计算任务回收后，会按照力场参数的图数据结构并以力场参数为索引展示；

4）分析计算结果

回收计算结果后，系统可以对计算结果进行分析；

如应用交互式分析功能，可以应用分析模板快速对结果的数据异常进行定位和分析；

如应用自定义分析功能，可以自定义分析图的类型和展示的数据，生成图表，进行分析；

如应用自动化分析功能，可以配合自动化计算任务提交做任务是否达标的判定。

本发明提供的分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法，计算任务管理的核心是基于分子力场构建的实际数据结构的特征来进行计算任务的管理和调度；另一方面对于计算结果采用交互式分析的方式，方便使用者快速定位问题，能够迅速获取每一个异常数据的信息，并通过函数的调用来支持自动化构建的过程。

本发明提供的分子力场参数生成的计算任务管理分析系统及其运行方法，以科研人员为主的力场构建系统使用者通常不具备强大的开放接口开发能力，本系统提供了方便的云计算调用接口，方便调用更大算力，提高力场构建的速度；以力场构建特点的图数据结构的形式来管理计算任务，全景化且直观；提供对力场构建计算结果的交互式分析方式，方便快速定位计算异常，且能支持自动化处理分析任务。

附图说明

图1是本发明结构系统结构示意图；

图2是本发明应用不同分析场景条件的流程图；

图3是本发明使用手动分析场景的流程图；

图4是本发明使用自动分析场景的流程图；

图5是本发明应用于力场数据结构的计算任务管理视图；

图6是本发明的计算结果交互式分析视图；

图7是本发明分子计算路径设置的示意图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体技术方案。

如图1所示，分子力场参数生成的计算任务管理分析系统，包括计算结果分析模块和计算任务管理模块，计算结果分析模块与计算任务管理模块连接，计算任务管理模块通过云计算接口与力场构建计算服务器连接。所述 的计算结果分析模块包括交互式分析、自定义分析、自动化分析；计算任务管理模块包括计算任务提交、图数据结构视图、计算任务模板设置、计算任务结果回收、计算路径设置；计算任务结果回收与计算结果分析模块连接，计算任务提交与云计算接口连接。

针对不同的使用场景，本系统可以应用手动分析和自动化分析两种模式，其中手动分析又分为交互式分析和自定义分析；通常在需要进行大批量计算时应用自动化分析；在系统自带分析模板可以满足分析需要时使用交互式分析；需要个性化分析时使用自定义分析，如图2所示。

应用于手动分析的具体使用流程如图3所示；

应用于自动分析的具体使用流程如图4所示；

下面对图中的功能模块和流程进行说明。

通常一次完成的分子力场的构建过程是需要多次分步计算，手动分析的使用流程以其中一次典型的分子力场构建计算任务的提交到分析为例。

一般情况下会选择一批同类分子作为力场构建拟合过程的输入，输入后，要完成以下步骤：

（1）选择分子力场构建计算模板

对于不同类型的分子，提交分子力场构建计算任务时会需要调整不同的参数，本系统能够根据输入的分子类型通过机器学习的算法自动推荐计算参数，同时使用者也可以根据需要对参数进行调整，以适应自身需求。

（2）选择计算任务提交平台并提交计算

本系统支持将计算任务提交到本地计算服务器或集群、超算中心、云服务。通常力场构建工作者都是通过本地计算服务器或超算中心来计算，而随着云服务的发展，云服务显然可以提供更大的算力，以提升构建速度。但一般的科研机构不具备对云服务的开放接口开发能力，通过本系统可以克服该障碍。

（3）回收计算结果

本系统支持在计算任务完成后，回收计算结果数据至本地，同时处于安全考虑，支持清除服务器或者云端的计算数据，同时备份重要过程数据至本地。

计算任务回收后，会按照力场参数的图数据结构并以力场参数为索引展示，如图5。

（4）结果分析

（a）交互式分析

根据不同的计算模板，系统会使用对应计算模板的交互式分析组件来构建计算结果的分析报告。以常规的分子力场构建结果分析模式为例，会包括分子力学方法与量子力学方法计算出的能量、力、结构参数（键长、键角、二面角、反常二面角等）的比对。利用交互式分析功能，可以很快读取出离群异常点的所有数据，并快速定位到异常数据的分析图，以某散点图的效果为例，见图6；另外，还可以通过一些计算函数来批量筛出离群异常点。

（b）自定义分析

通常使用交互式分析自带的分析功能就足以满足常规分析需求，但也存在使用者会需要分析其他数据的情况，这时可以使用自定义分析功能来导入需要的数据来进行分析。由于计算任务提交的分子数据也是基于分子构象的编号为主索引的，因此可以按照构象拿到每个构象的属性或者计算结果。自定义分析支持多种图表类型，除常见的散点图、折线图、柱状图、饼图外，还支持箱线图、小提琴图等对偏差和分布敏感的图表，帮助使用者更清晰地发现数据的问题。

如果使用自动分析功能，如图4所示，则可以通过计算路径和分析标准的设定来连续自动执行，具体步骤和相关的功能模块介绍如下：

A设置分子集合的计算路径

本系统支持多任务并行提交，需要提前设置好分子计算的路径。

例如一批分子可能有x个烷烃、y个醇醛酮类、z个含氮化合物。需要先对x个烷烃进行三次拟合计算，完成再同时对y个醇醛酮类和z个含氮化合物并行做三次拟合计算。这时的路径如图7所示。

需要在每一个路径上设置需要计算的分子、计算任务的模板、自动化分析的标准。其中自动化分析的标准用于判断当前任务的拟合过程是否达到要求，如果达到要求则进行下一步计算；如果未达到则中断进程并通知使用者重新设定计算条件。

B选择计算任务提交平台并提交计算

同交互式分析。

C回收计算结果

同交互式分析。

D自动化分析

本系统在计算结果回收后，由于之前设置了自动分析标准，可以对任务计算结果进行自动化分析，并留存分析结果，符合要求的则会继续计算直至完成。

以一次完整的分子力场构建过程的情况为例来说明效益。

某机构科研人员计划用10000个分子来构建一套新的分子力场。其中计划分100次任务，每次100个分子进行力场拟合来构建力场。

通过使用本系统，该人员可以将100次任务提前进行计算路径规划，并利用系统的自动匹配模板的功能快速设置计算模板，然后提交到云上计算，而如果使用传统方式则需要分次提交100次。由于采用了自动化分析，任务完成后可以直接继续下一任务，充分利用了空隙的时间；另外云上算力更强大，计算速度要更快，因此大大提升了分子力场的构建效率。

当计算完成后，可以在计算任务管理界面清晰地查看分子力场的构建路径、数据结构和计算任务的分布以及总量，能全景地了解此次分子力场构建的全局信息。

对于计算结果的交互式分析，如图6中，可以直接查看任一点的相关信息和分子构象，还能帮助使用者计算使用了同类参数的其他构象，用于观察是否都有异常；还可以利用一些计算函数通过对某些值的计算，快速筛出一批异常分子，大大提高了使用者的效率。

另外，如有特殊的需要，还可以使用自定义分析功能，满足了使用者的个性化需求。

Claims (1)

1.分子力场参数生成的计算任务管理分析系统，其特征在于，包括计算结果分析模块和计算任务管理模块，计算结果分析模块与计算任务管理模块连接，计算任务管理模块通过云计算接口与力场构建计算服务器连接；

计算结果分析模块包括：

（a）交互式分析

根据不同的计算模板，系统会使用对应计算模板的交互式分析组件来构建计算结果的分析报告；

（b）自定义分析

使用自定义分析功能来导入需要的数据来进行分析；由于计算任务提交的分子数据也是基于分子构象的编号为主索引的，因此按照构象拿到每个构象的属性或者计算结果；

（c）自动化分析

自动化分析的标准用于判断当前任务的拟合过程是否达到要求，如果达到要求则进行下一步计算;

计算任务管理模块包括：

（1）选择分子力场构建计算模板

对于不同类型的分子，提交分子力场构建计算任务时会需要调整不同的参数，本系统能够根据输入的分子类型通过机器学习的算法自动推荐计算参数，同时使用者根据需要对参数进行调整，以适应自身需求；

（2）选择计算任务提交平台并提交计算

本系统支持将计算任务提交到本地计算服务器或集群、超算中心、云服务；

（3）回收计算结果

本系统支持在计算任务完成后，回收计算结果数据至本地，同时出于安全考虑，支持清除服务器或者云端的计算数据，同时备份重要过程数据至本地；

计算任务回收后，会按照力场参数的图数据结构并以力场参数为索引展示；（4）分析计算结果

回收计算结果后，系统对计算结果进行分析；

如应用交互式分析功能，应用分析模板快速对结果的数据异常进行定位和分析；

如应用自定义分析功能，自定义分析图的类型和展示的数据，生成图表，进行分析；

如应用自动化分析功能，配合自动化计算任务提交做任务是否达标的判定。

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