CN112185473A - 一种分子动力学仿真测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分子动力学仿真测试系统，具体涉及分子动力学技术领域，包括建立模块，用于建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件；所述分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型；预处理模块，对所述分子动力学数据库进行预设的连接处理，以实现所述分子动力学数据库与所述分子动力学仿真软件Materials Studio的通信连接；仿真测试模块，用于基于所述分子动力学仿真软件Materials Studio、所述分子动力学数据库，对所述分子动力学研究模型进行软硬件协同仿真测试。本发明可以确保数值计算可复现性，最大程度还原模拟过程，便于程序的移植、调试、验证和确认。
Description
技术领域
本发明涉及分子动力学技术领域，更具体地说，本发明涉及一种分子动力学仿真测试系统。
背景技术
分子动力学是一门结合物理，数学和化学的综合技术。分子动力学是一套分子模拟方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。
数值计算可复现性是指当科学计算在具有不同类型和数量的处理单元的同一台或不同的机器上运行多次时，获得相同的结果，是程序调试，验证和确认的关键。在排除随机数因素影响外，数值计算不可复现的原因是计算机表示精度有限，造成浮点的加法运算不具有结合律，即(a+b)+c不等于a+(b+c)。并行计算因其计算量大、并行执行模式复杂加剧了数值计算不可复现的问题。这导致判断是否将程序正确的移植到新的系统越来越困难，因为计算结果很快偏离基准案例。
由于计算机只能表示有限精度，表达的计算数据本身存在截断误差，同时由于动态调度，并行执行的影响使得计算顺序存在不确定性。而大规模并行计算的计算量大，截断误差累积次数更多，并行也加剧了计算次序的不确定性。
为此，本发明提出一种分子动力学仿真测试系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种分子动力学仿真测试系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分子动力学仿真测试系统，包括：
建立模块，用于建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件；所述分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建三维纳米界面模型；
第一选择模块，用于根据分子动力学研究模型的结构需求，从所述分子动力学数据库中选择目标数据；所述分子动力学数据库在所述分子动力学仿真软件MaterialsStudio中搭建；
第二选择模块，用于根据所述分子动力学的功能仿真需求，从所述服务器中选取分子动力学研究模型；
预处理模块，用于利用所述分子动力学仿真软件Materials Studio，对所述分子动力学数据库进行预设的连接处理，以实现所述分子动力学数据库与所述分子动力学仿真软件Materials Studio的通信连接；
仿真测试模块，用于基于所述分子动力学仿真软件Materials Studio、所述分子动力学数据库，对所述分子动力学研究模型进行软硬件协同仿真测试。
在一个优选的实施方式中，所述仿真测试模块包括合力模块、更新模块和统计与观测模块。
在一个优选的实施方式中，所述合力模块用于依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力。
在一个优选的实施方式中，所述更新模块用于依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息。
在一个优选的实施方式中，所述统计与观测模块用于基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测。
在一个优选的实施方式中，所述全邻居列表粒子关系矩阵基于系统中所有粒子的坐标、速度、受力关系和作用势建立；所述宏观物理量包括：动能、温度、势能和守恒量。
在一个优选的实施方式中，还包括运动分析模块，用于将粒子的运动轨迹进行分析处理，并与分子动力学数据库中的数据进行比对，然后将比对数据导出，并储存于储存模块中。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过对宏观物理量的统计、观测和粒子所受合力的计算过程中采用定序操作的方法，在规避采用高精度数据类型方法引入更大比例的计算耗时的情况下，确保数值计算可复现性，最大程度还原模拟过程，便于程序的移植、调试、验证和确认；
2、本发明通过建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件，分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件MaterialsStudio构建三维纳米界面模型，可以提高仿真测试的效率，数据库可以做到共享，从而可以共同学习进步，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明中仿真测试模块的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明一实施例的一种分子动力学仿真测试系统，包括：
建立模块，用于建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件；所述分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建三维纳米界面模型；
第一选择模块，用于根据分子动力学研究模型的结构需求，从所述分子动力学数据库中选择目标数据；所述分子动力学数据库在所述分子动力学仿真软件MaterialsStudio中搭建；
第二选择模块，用于根据所述分子动力学的功能仿真需求，从所述服务器中选取分子动力学研究模型；
预处理模块，用于利用所述分子动力学仿真软件Materials Studio，对所述分子动力学数据库进行预设的连接处理，以实现所述分子动力学数据库与所述分子动力学仿真软件Materials Studio的通信连接；
仿真测试模块，用于基于所述分子动力学仿真软件Materials Studio、所述分子动力学数据库，对所述分子动力学研究模型进行软硬件协同仿真测试。
在一个优选的实施方式中，所述仿真测试模块包括合力模块、更新模块和统计与观测模块。
在一个优选的实施方式中，所述合力模块用于依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力。
在一个优选的实施方式中，所述更新模块用于依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息。
在一个优选的实施方式中，所述统计与观测模块用于基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测。
在一个优选的实施方式中，所述全邻居列表粒子关系矩阵基于系统中所有粒子的坐标、速度、受力关系和作用势建立；所述宏观物理量包括：动能、温度、势能和守恒量。
在一个优选的实施方式中，还包括运动分析模块，用于将粒子的运动轨迹进行分析处理，并与分子动力学数据库中的数据进行比对，然后将比对数据导出，并储存于储存模块中。
实施场景具体为：建立模块，用于建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件；所述分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建三维纳米界面模型；第一选择模块，用于根据分子动力学研究模型的结构需求，从所述分子动力学数据库中选择目标数据；所述分子动力学数据库在所述分子动力学仿真软件Materials Studio中搭建；第二选择模块，用于根据所述分子动力学的功能仿真需求，从所述服务器中选取分子动力学研究模型；预处理模块，用于利用所述分子动力学仿真软件Materials Studio，对所述分子动力学数据库进行预设的连接处理，以实现所述分子动力学数据库与所述分子动力学仿真软件Materials Studio的通信连接；仿真测试模块，用于基于所述分子动力学仿真软件Materials Studio、所述分子动力学数据库，对所述分子动力学研究模型进行软硬件协同仿真测试，运动分析模块用于将粒子的运动轨迹进行分析处理，并与分子动力学数据库中的数据进行比对，然后将比对数据导出，并储存于储存模块中。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过对宏观物理量的统计、观测和粒子所受合力的计算过程中采用定序操作的方法，在规避采用高精度数据类型方法引入更大比例的计算耗时的情况下，确保数值计算可复现性，最大程度还原模拟过程，便于程序的移植、调试、验证和确认；
本发明通过建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件，分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件MaterialsStudio构建三维纳米界面模型，可以提高仿真测试的效率，数据库可以做到共享，从而可以共同学习进步，适合推广使用。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立分子动力学数据库和分子动力学仿真软件；所述分子动力学数据库储存于服务器中，且包含有各种分子动力学研究模型，基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建三维纳米界面模型；
第一选择模块，用于根据分子动力学研究模型的结构需求，从所述分子动力学数据库中选择目标数据；所述分子动力学数据库在所述分子动力学仿真软件Materials Studio中搭建；
第二选择模块，用于根据所述分子动力学的功能仿真需求，从所述服务器中选取分子动力学研究模型；
预处理模块，用于利用所述分子动力学仿真软件Materials Studio，对所述分子动力学数据库进行预设的连接处理，以实现所述分子动力学数据库与所述分子动力学仿真软件Materials Studio的通信连接；
仿真测试模块，用于基于所述分子动力学仿真软件Materials Studio、所述分子动力学数据库，对所述分子动力学研究模型进行软硬件协同仿真测试。
2.根据权利要求1所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，所述仿真测试模块包括合力模块、更新模块和统计与观测模块。
3.根据权利要求2所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，所述合力模块用于依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力。
4.根据权利要求3所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，所述更新模块用于依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息。
5.根据权利要求4所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，所述统计与观测模块用于基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测。
6.根据权利要求5所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，所述全邻居列表粒子关系矩阵基于系统中所有粒子的坐标、速度、受力关系和作用势建立；所述宏观物理量包括：动能、温度、势能和守恒量。
7.根据权利要求6所述的一种分子动力学仿真测试系统，其特征在于，还包括运动分析模块，用于将粒子的运动轨迹进行分析处理，并与分子动力学数据库中的数据进行比对，然后将比对数据导出，并储存于储存模块中。
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