JPH08161290A

JPH08161290A - ポテンシャルライブラリ装置

Info

Publication number: JPH08161290A
Application number: JP30226894A
Authority: JP
Inventors: Munetaka Takeuchi; 宗孝竹内; Takefumi Namiki; 武文並木; Shigekazu Masumoto; 茂和増本; Makoto Ishitobashi; 眞石戸橋; Toru Mikami; 亨三上
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-12-06
Filing date: 1994-12-06
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】ポテンシャルライブラリ装置に関し、モンテ
カルロ、分子力学および分子動力学計算を行うときに計
算対象となる系に対するポテンシャル力場を自由に設定
できるようにすることを目的とする。【構成】あらかじめ用意されているポテンシャル関数
形の情報を登録しておくポテンシャル関数形情報保存手
段１と、ポテンシャル力場の設定に必要なポテンシャル
関数形を任意に選択して一つのポテンシャルライブラリ
を構成するポテンシャルライブラリ編集手段２と、選択
されたポテンシャル関数形を一つのポテンシャルライブ
ラリとして登録しておくポテンシャルライブラリ保存手
段３とから構成され、計算に必要な複数のポテンシャル
力場をポテンシャルライブラリに対応させて追加設定す
ることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポテンシャルライブラリ
装置に関し、特にモンテカルロ、分子力学および分子動
力学計算を行うときに計算対象となる系に対するポテン
シャル力場の設定に使用されるポテンシャルライブラリ
装置に関する。

【０００２】従来、モンテカルロ、分子力学および分子
動力学計算において、これらの計算は、原子間あるいは
分子間に働く力を与えることによって可能になる。その
力をポテンシャル力場と呼んでおり、一般には様々なポ
テンシャル関数形を使用する。たとえば、クーロン力で
あれば、距離に反比例する関数形が使用される。ポテン
シャル関数形の設定は、計算対象となる個々の系に応じ
て、通常は複数のポテンシャル関数形からなるポテンシ
ャル力場を設定して行われている。

【０００３】

【従来の技術】モンテカルロ、分子力学および分子動力
学の計算を電子計算機で行う際は、ポテンシャル関数形
およびポテンシャルパラメータをプログラムソースコー
ドとして作成する必要がある。ソースコードは、計算対
象となる系ごとに作成される。この方法は、計算対象と
なる系が異なれば、それに応じてポテンシャル関数形を
新たに追加修正する必要が生じるため、系が異なるたび
にソースコードを書き換えなければならず、非常な手間
を要していた。

【０００４】これに対し、ポテンシャル関数形のみをプ
ログラムソースコードに書き込んでおき、ポテンシャル
パラメータは入力データとして外部から与える方法もあ
る。この方式では、同一のポテンシャル力場、すなわ
ち、同一のポテンシャル関数形の組み合わせを用いる系
については、プログラムソースコードを書き換える必要
がなく、異なる系への適用が可能である。しかし、ポテ
ンシャル力場が異なる場合、すなわち、ポテンシャル関
数形の組み合わせが異なる場合には、やはり、ポテンシ
ャル力場に応じて、ポテンシャル関数形を新たに追加修
正する必要が生じるため、ソースコードを書き換えてプ
ログラムを作り直していた。

【０００５】このため、従来より、ポテンシャル関数形
の拡張性に優れ、拡張する際に手間がかからず、あらゆ
る系に適用することができるような、汎用性のある計算
システムが望まれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一般的に、既
に完成されたプログラムに新規にポテンシャル関数形を
追加することは、プログラムソースコードの大幅な改造
が必要になるばかりでなく、入力ファイルのフォーマッ
ト変更など、システム全体の改造が必要になることが多
い。したがって、モンテカルロ、分子力学および分子動
力学の計算を行う場合は、あらかじめ用意された計算対
象の系についてしか可能でない、という問題点があっ
た。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、計算対象となる個々の系に応じて、通常は複
数のポテンシャル関数形からなるポテンシャル力場をユ
ーザが自由に設定することができるポテンシャルライブ
ラリ装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１は上記目的を達成す
る本発明の原理図である。本発明のポテンシャルライブ
ラリ装置は、モンテカルロ、分子力学および分子動力学
の計算に必要なあらかじめ用意されているポテンシャル
関数形の情報を登録しておくポテンシャル関数形情報保
存手段１と、ポテンシャル力場の設定に必要なポテンシ
ャル関数形を選択してグループ化することにより一つの
ポテンシャルライブラリを構成するようにするポテンシ
ャルライブラリ編集手段２と、選択されたポテンシャル
関数形を一つのポテンシャルライブラリとして登録して
おくポテンシャルライブラリ保存手段３とから構成され
る。

【０００９】

【作用】上述の手段によれば、計算対象となる特定の系
に対するポテンシャル力場を設定しようとするとき、ポ
テンシャルライブラリ編集手段２は、あらかじめ用意さ
れているポテンシャル関数形から必要なポテンシャル関
数形を選択してグループ化し、ポテンシャル関数形情報
保存手段１を参照して選択されたポテンシャル関数形に
ついての情報を読み出し、その特定の系に対するポテン
シャル力場を計算装置に渡せる形に設定し、これをその
特定の系に対するポテンシャルライブラリとしてポテン
シャルライブラリ保存手段３に保存する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２はポテンシャルライブラリの構成を示す説
明図である。この図において、符号Ｐはあらかじめ用意
されているポテンシャル関数形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３・・・
の集合体である。ポテンシャルライブラリ装置は、この
集合体Ｐから、ポテンシャル関数形Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，
Ｐ６を選択してグループ化し、ポテンシャルライブラリ
名「Ａ」を付けて、ある特定の計算のためのポテンシャ
ル力場を設定している。同様に、ポテンシャルライブラ
リＢはポテンシャル関数形Ｐ２，Ｐ４、ポテンシャルラ
イブラリＣはポテンシャル関数形Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７によ
って構成されている。したがって、一つのポテンシャル
力場は一つのポテンシャルライブラリに対応されている
ことになる。ここで言うポテンシャルライブラリは、そ
のポテンシャル力場を記述する、一般的には複数個のポ
テンシャル関数形から構成される、ポテンシャル関数形
の集合体である。そして、すべてのライブラリにおい
て、それらが有するポテンシャル関数形は、すべてあら
かじめ用意されたポテンシャル関数形のいずれかとす
る。

【００１１】図３はポテンシャル関数形情報ファイルの
一例を示す図である。あらかじめ用意されたポテンシャ
ル関数形は一つのファイル、ここではポテンシャル関数
形情報ファイルと呼ばれる、ポテンシャル関数形の情報
を有するファイル１０にて管理される。

【００１２】このファイル１０には、あらかじめ用意さ
れたポテンシャル関数形の数を記述する部分１１があ
り、ここではポテンシャル関数形の数は「５」であると
して示してある。これ以降の行には、各ポテンシャル関
数形についての情報が順に列記されている。一つのポテ
ンシャル関数形に対して、各行は、そのポテンシャル関
数形の識別番号を記述する部分１２と、そのポテンシャ
ル関数形が何粒子（何体力）で定義されるポテンシャル
であるか、すなわち、粒子数を記述する部分１３と、パ
ラメータの数を記述する部分１４との３種の情報から構
成される。たとえば、ポテンシャル関数形Ｐ１は、識別
番号が「００１」、粒子数が「２」、パラメータの数が
「２」であることを示している。

【００１３】このファイル１０は、モンテカルロ、分子
力学または分子動力学の計算のときに３種の情報が読み
出され、その情報は、実際に計算を行う計算装置に入力
データとして読み込まれる。

【００１４】ここで、新たにポテンシャルライブラリを
追加する場合について説明する。まず、あらかじめ用意
されているポテンシャル関数形は一例として以下の５種
類であるとする。すなわち、Ｐ１：結合距離ポテンシャル関数形：Ｋ（ｒ−ｒ_o）² Ｐ２：結合角ポテンシャル関数形：Ｋ（θ−θ_o）² Ｐ３：二面角ポテンシャル関数形：Ｋ｛１＋ｃｏｓ［ｎ（ψ−ψ_o）］｝Ｐ４：ＢＭＨポテンシャル関数形：ｑｑ’／ｒ＋Ａｅｘｐ（Ｂｒ）＋Ｃ／ｒ⁶＋Ｄ／ｒ⁸ Ｐ５：レーナードジョーンズポテンシャル関数形：Ａ／ｒ¹²−Ｂ／ｒ⁶ また、既に登録済のポテンシャルライブラリは、低分子
用ポテンシャルライブラリおよびイオン性結晶用ポテン
シャルライブラリの２種類であるとする。

【００１５】図４は追加前のポテンシャルライブラリの
構成を示す説明図である。この図によれば、小さな分子
用の計算に使用される低分子ポテンシャルライブラリＬ
１には、結合距離ポテンシャル関数形Ｐ１、結合角ポテ
ンシャル関数形Ｐ２、およびレーナードジョーンズポテ
ンシャル関数形Ｐ５が含まれている。また、イオン性結
晶用の計算に使用されるイオン性結晶ポテンシャルライ
ブラリＬ２には、ＢＭＨポテンシャル関数形Ｐ４のみが
含まれている。実際に計算をするときには、計算対象に
応じて、これらのポテンシャルライブラリを直接選択す
るだけで、計算に必要なポテンシャル関数形からなるポ
テンシャル力場が設定されることになる。

【００１６】図５は追加後のポテンシャルライブラリの
構成を示す説明図である。新たに比較的大きな分子用の
計算に使用するための高分子ポテンシャルライブラリＬ
３を追加する場合は、あらかじめ用意されているポテン
シャル関数形Ｐ１〜Ｐ５の中から、その計算に必要なポ
テンシャル関数形を選択し、高分子ポテンシャルライブ
ラリＬ３として登録する。ここでは、高分子ポテンシャ
ルライブラリＬ３には、結合距離ポテンシャル関数形Ｐ
１、結合角ポテンシャル関数形Ｐ２、二面角ポテンシャ
ル関数形Ｐ３、およびレーナードジョーンズポテンシャ
ル関数形Ｐ５が含まれている。

【００１７】このように、ポテンシャルライブラリを新
たに追加登録したいときには、あらかじめ用意されてい
るポテンシャル関数形の中から必要なポテンシャル関数
形を任意に選択してライブラリを構成することができ、
これにより複数種のポテンシャル力場を設定することが
でき、計算対象となる系を増やすことができる。また、
このポテンシャルライブラリ装置では、ポテンシャルラ
イブラリの新規登録のほか、登録されたポテンシャルラ
イブラリの削除、登録されたポテンシャルライブラリの
修正などの編集を行うこともできる。

【００１８】図６はポテンシャルライブラリ編集時の作
用を示すフローチャートである。このフローチャートに
よれば、ポテンシャルライブラリ装置において、ポテン
シャルライブラリの新規登録を行う場合には、まず、新
規登録であることが判断され（ステップＳ１）、あらか
じめ用意されているポテンシャル関数形の一覧を表示さ
せる（ステップＳ２）。一覧には、ポテンシャル関数形
の名前または関数形の式、すなわち、ポテンシャル関数
形Ｐ１であれば、「Ｋ（ｒ−ｒ_o）²」が表示される。
この中から、ポテンシャル力場を構成するのに必要なポ
テンシャル関数形を選択する（ステップＳ３）。その
後、選択されたポテンシャル関数形の集合にポテンシャ
ルライブラリ名を付けて登録することになる（ステップ
Ｓ４）。

【００１９】登録されているポテンシャルライブラリを
削除する場合には、新規登録でないことが判断され（ス
テップＳ１）、ポテンシャルライブラリ名の一覧を表示
する（ステップＳ５）。次に、削除であることが判断さ
れると（ステップＳ６）、一覧表示の中から削除したい
ポテンシャルライブラリを選択して削除する（ステップ
Ｓ７）。

【００２０】登録されているポテンシャルライブラリの
内容を修正する場合には、ステップＳ６において、削除
でないと判断されるので、一覧表示の中から修正したい
ポテンシャルライブラリを選択する（ステップＳ８）。
次に、選択されたポテンシャルライブラリを構成してい
るポテンシャル関数形を削除するのかあらかじめ用意さ
れているポテンシャル関数形を追加するのかが判断され
る（ステップＳ９）。ポテンシャル関数形の削除の場合
は、そのポテンシャルライブラリを構成しているポテン
シャル関数形の一覧を表示して、その中から不要なポテ
ンシャル関数形を選択して削除し、再度、登録のし直し
を行う（ステップＳ１０）。このとき、必要に応じて、
ポテンシャルライブラリ名を変更するようにすることも
できる。ポテンシャル関数形の追加の場合には、あらか
じめ用意されているポテンシャル関数形の一覧を表示し
て、その中から、追加したいポテンシャル関数形を選択
して追加し、再度、登録のし直しを行う（ステップＳ１
１）。このときも、必要に応じて、ポテンシャルライブ
ラリ名を変更するようにすることもできる。

【００２１】図７は計算システムの全体構成図である。
計算システム２０は、ポテンシャルライブラリ装置と計
算装置とで構成される。ポテンシャルライブラリ装置は
ポテンシャル関数形の情報を格納するポテンシャル関数
形情報ファイル２１と、ポテンシャルライブラリおよび
ポテンシャル関数形の新規登録、削除、修正を行うポテ
ンシャルライブラリ編集装置２２と、編集されたポテン
シャルライブラリを格納するポテンシャルライブラリフ
ァイル２３とで構成される。ポテンシャルライブラリフ
ァイル２３には、また、あらかじめ用意されたポテンシ
ャル関数形を表した数式、ポテンシャルライブラリを構
成しているポテンシャル関数形を表した対応表ファイル
が格納されている。計算装置はポテンシャルライブラリ
ファイルの情報を元にして計算に必要なデータを入力す
る入力データ作成装置２４と、作成されたデータを格納
する入力データファイル２５と、入力データファイル２
５に納められたデータを元にモンテカルロ、分子力学ま
たは分子動力学計算を行う計算プログラム２６と、その
計算結果を格納する計算結果ファイル２７とで構成され
る。入力データ作成装置２４では、計算対象となる分子
・原子の決定、ポテンシャルライブラリの選択、および
その他計算に必要な条件の入力を行う。計算プログラム
２６はソースプログラム２８をコンパイルしたロードモ
ジュールである。

【００２２】この計算システム２０では、ポテンシャル
関数形の拡張性を考慮した汎用性のある構成にしてい
る。すなわち、通常のシステムでは、ポテンシャル関数
形は固定であって追加することができない構成になって
おり、仮に、追加するにしてもソースプログラムの大幅
な改造が必要であるのに対して、この計算システム２０
ではポテンシャル関数形を拡張する際の手間が最小限と
なるような構成にしている。

【００２３】そのために、まず、ポテンシャルライブラ
リ装置ではあらかじめ用意されたポテンシャル関数形を
一つのポテンシャル関数形情報ファイル２１にて管理す
るようにしている。また、計算装置の入力データファイ
ル２５ではポテンシャル関数形の数、種類に依存しない
ようにフォーマットを固定して、ポテンシャル関数形を
追加する場合に読み込みルーチンを変更する必要がない
ようにしている。さらに、計算プログラム２６では、一
つのポテンシャル関数形を一つの副プログラム（サブル
ーチン）に対応させている。これらのポテンシャル関数
形の計算副プログラムの引数はすべて同一とし、他の副
プログラムに影響が及ばないようにする。主な引数は、
ポテンシャルを定義する粒子数、パラメータの数および
ポテンシャルパラメータの値である。

【００２４】これにより、新たなポテンシャル関数形の
追加を行う場合には、第１にポテンシャル関数形情報フ
ァイル２１の追加修正を行い、第２に計算プログラムに
一つの副プログラム（サブルーチン）を作成して追加す
ることおよびこの副プログラムを呼んでいる副プログラ
ムにＣＡＬＬ文を一行追加することのみで、対応が可能
になる。

【００２５】次に、この計算システム２０に、新たにポ
テンシャル関数形を追加する場合の一例について説明す
る。ここでは、追加するポテンシャル関数形を面外角ポ
テンシャル関数形「Φ＝Ｋ（ｄ−ｄ_o）²」とし、ポテ
ンシャル関数形名を「Ｐ６」とする。ここに、ｄは３原
子で定義される平面からの４番目原子の距離、Ｋは力の
定数、ｄ_oは平衡距離である。

【００２６】図８は修正されたポテンシャル関数形情報
ファイルの一例を示す図である。この図によれば、関数
識別番号「００１」〜「００５」のポテンシャル関数形
Ｐ１〜Ｐ５に新たにポテンシャル関数形Ｐ６を追加する
場合には、ポテンシャル関数形情報ファイル２１に対し
ては、その最終行に、新たなポテンシャル関数形の情報
を追加する。ここでは、関数識別番号「００６」、ポテ
ンシャルが定義される粒子数「４」、およびパラメータ
数「２」を含む一行が追加される。この追加修正はポテ
ンシャルライブラリ装置のポテンシャルライブラリ編集
装置２２にて行われる。

【００２７】次に、計算プログラムの変更を行う。始め
に、追加する面外角ポテンシャル関数を計算するサブル
ーチンを作成する。図９はサブルーチンの一例を示す図
である。この図において、サブルーチン名はＰ６として
ある。このサブルーチン名は、関数名と特に一致させる
必要はないが、ここでは同じ名前にしている。このと
き、サブルーチンの引数は、すべてのポテンシャル関数
計算サブルーチンで同一であるため、作成は容易であ
る。

【００２８】次に、次々とポテンシャル関数計算サブル
ーチンＰ１，Ｐ２，・・・をコールしていく親ルーチン
（ここでは「サブルーチンＡ」とする）を修正する。図
１０はポテンシャル関数計算サブルーチンの親ルーチン
の一例を示す図である。図示のサブルーチンＡにおい
て、「ＮＦＵＮ」は指定したライブラリの有するポテン
シャル関数形の数であり入力データとして与えられる。
「ＦＩＤ（Ｉ）」は関数識別番号、「Ｐ６」は新たに追
加された面外角ポテンシャル関数計算サブルーチン名を
示している。

【００２９】このサブルーチンＡによれば、ポテンシャ
ル関数形の追加に伴うポテンシャル関数計算サブルーチ
ンに関する修正は、ＤＯ文の中にサブルーチンＰ６をコ
ールする文、すなわち、「ＩＦ（ＦＩＤ（Ｉ）．Ｅ
Ｑ．００６）ＣＡＬＬＰ６（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）」の一
行を追加するのみでよい。このとき、サブルーチンＡの
作成と同様に、サブルーチンの引数は、すべてのポテン
シャル関数計算サブルーチンで同一であるため、作成は
容易である。

【００３０】最後に、サブルーチンＡとサブルーチンＰ
６とをリコンパイルして、実行ロードモジュールを作成
し、計算システム２０に組み込んで、このロードモジュ
ールを新たな計算プログラム２６とする。これにより、
計算システム２０は面外角ポテンシャル関数を計算する
機能が追加されたことになる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、計算対
象となる系に対するポテンシャル力場を構成するポテン
シャル関数形をまとめてライブラリ化し、そのライブラ
リの有するポテンシャル関数形をあらかじめ用意された
ポテンシャル関数形から自由に選択して構成するように
した。このため、モンテカルロ、分子力学および分子動
力学の計算に必要な複数のポテンシャル力場をポテンシ
ャルライブラリに対応させてあらかじめ追加設定してお
くことができる。

【００３２】また、ポテンシャル関数形の追加が容易な
ため、ポテンシャル関数形の拡張性に優れ、あらゆる系
に適用することができる汎用の計算システムを構成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す図である。

【図２】ポテンシャルライブラリの構成を示す説明図で
ある。

【図３】ポテンシャル関数形情報ファイルの一例を示す
図である。

【図４】追加前のポテンシャルライブラリの構成を示す
説明図である。

【図５】追加後のポテンシャルライブラリの構成を示す
説明図である。

【図６】ポテンシャルライブラリ編集時の作用を示すフ
ローチャートである。

【図７】計算システムの全体構成図である。

【図８】修正されたポテンシャル関数形情報ファイルの
一例を示す図である。

【図９】サブルーチンの一例を示す図である。

【図１０】ポテンシャル関数計算サブルーチンの親ルー
チンの一例を示す図である。

【符号の説明】

１ポテンシャル関数形情報保存手段２ポテンシャルライブラリ編集手段３ポテンシャルライブラリ保存手段１０ポテンシャル関数形情報ファイル１１ポテンシャル関数形の数を記述する部分１２ポテンシャル関数形の識別番号を記述する部分１３粒子数を記述する部分１４パラメータの数を記述する部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増本茂和神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者石戸橋眞青森県青森市大字野木字山口245番９（番地なし）株式会社富士通青森システムエンジニアリング内 (72)発明者三上亨青森県青森市大字野木字山口245番９（番地なし）株式会社富士通青森システムエンジニアリング内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポテンシャル力場の設定に使用されるポ
テンシャルライブラリ装置において、物体間の相互作用力の計算に必要なあらかじめ用意され
ているポテンシャル関数形の情報を登録しておくポテン
シャル関数形情報保存手段と、ポテンシャル力場の設定に必要な少なくとも一つのポテ
ンシャル関数形を選択して一つの計算対象となる系に対
するポテンシャルライブラリを構成するポテンシャルラ
イブラリ編集手段と、選択されたポテンシャル関数形を一つのポテンシャルラ
イブラリとして登録しておくポテンシャルライブラリ保
存手段と、を備えていることを特徴とするポテンシャルライブラリ
装置。
【請求項２】前記ポテンシャルライブラリ編集手段
は、登録されたポテンシャルライブラリの削除機能およ
び登録されたポテンシャルライブラリを構成するポテン
シャル関数形の追加削除機能を有することを特徴とする
請求項１記載のポテンシャルライブラリ装置。
【請求項３】前記ポテンシャル関数形情報保存手段
は、個々のポテンシャル関数形の関数識別番号、関数で
定義される粒子数、およびポテンシャルパラメータ数か
らなる情報を含みあらかじめ用意されたポテンシャル関
数形を管理するポテンシャル関数形情報ファイルである
ことを特徴とする請求項１記載のポテンシャルライブラ
リ装置。
【請求項４】前記ポテンシャルライブラリ保存手段
は、ポテンシャルライブラリとこれを構成しているポテ
ンシャル関数形との関係を表した対応表ファイルを有す
ることを特徴とする請求項１記載のポテンシャルライブ
ラリ装置。
【請求項５】前記ポテンシャルライブラリ編集手段
は、ポテンシャル関数形情報の追加または削除機能を有
することを特徴とする請求項１記載のポテンシャルライ
ブラリ装置。