計(jì)算機(jī)代碼LAMMS手冊中文解析

1、LAMMP手S冊-中文解析一、簡介本局部大至介紹了 LAMMP的S 一些功能和缺陷。1 . 什么是LAMMPSLAMMP是S 一個(gè)經(jīng)典的分子動力學(xué)代碼，他可以模擬液體中的粒子，固體和汽體的系綜。他 可以采用不同的力場和邊界條件來模擬全原子，聚合物，生物，金屬，粒狀和粗料化體系。LAMMP可S以計(jì)算的體系小至幾個(gè)粒子，大到上百萬甚至是上億個(gè)粒子。LAMMP可S以在單個(gè)處理器的臺式機(jī)和筆記本本上運(yùn)行且有較高的計(jì)算效率，但是它是專門為并行計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。他可以在任何一個(gè)按裝了C+編譯器和MPI的平臺上運(yùn)算，這其中當(dāng)然包括分布式和共享式并行機(jī)和Beowulf型的集群機(jī)。LAMMPS是一可以修改和擴(kuò)展的計(jì)

2、算程序，比方，可以加上一些新的力場，原子模型，邊界條件和診斷功能等。通常意義上來講，LAMMP是S根據(jù)不同的邊界條件和初始條件對通過短程和長程力相互作用的分子，原子和宏觀粒子集合對它們的牛頓運(yùn)動方程進(jìn)行積分。高效率計(jì)算的LAMMPS通過采用相鄰清單來跟蹤他們鄰近的粒子。這些清單是根據(jù)粒子間的短程互拆力的大小進(jìn)行優(yōu)化過的，目的是防止局部粒子密度過高。在并行機(jī)上，LAMMP采S用的是空間分解技術(shù) 來分配模擬的區(qū)域，把整個(gè)模擬空間分成較小的三維小空間，其中每一個(gè)小空間可以分配在一個(gè)處理器上。各個(gè)處理器之間相互通信并且存儲每一個(gè)小空間邊界上的ghost 原子的信息。LAMMPS并行情況在模擬3維矩行盒

3、子并且具有近均一密度的體系時(shí)效率最高。2 . LAMMP的S功能總體功能：可以串行和并行計(jì)算 分布式MPI策略模擬空間的分解并行機(jī)制 開源高移植性C+語言編寫MPI和單處理器串行FFT的可選性(自定義)可以方便的為之?dāng)U展上新特征和功能只需一個(gè)輸入腳本就可運(yùn)行有定義和使用變量和方程完備語法規(guī)那么在運(yùn)行過程中循環(huán)的控制都有嚴(yán)格的規(guī)那么 只要一個(gè)輸入腳本試就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)模擬任務(wù)粒子和模擬的類型：(atom style命令)原子粗?；Ｗ尤泳酆衔?，有機(jī)分子，蛋白質(zhì)，DNA聯(lián)合原子聚合物或有機(jī)分子金屬粒子材料粗粒化介觀模型延伸球形與橢圓形粒子點(diǎn)偶極粒子剛性粒子所有上面的雜化類型力場：(命令

4、： pair style, bond style, an gle style, dihedral style, improper style, kspace style )對 相互作 用勢：L-J, Buck in gham, Morse, Yukawa, soft, class2(COMPASS), tabulated. 帶點(diǎn)對相互作用勢：Coulombic, poi nt-dipole.多體作用 EAM, Fi nni s/Si nclair EAM, modified EAM(MEAM), Stilli nger-Weber,Tersoff, AIREBO, ReaxFF粗?；饔脛荩篋

5、PD, GayBerne, Resquared, Colloidal, DLVO介觀作用勢：granu lar, Perid yn amics鍵角勢能:harmo nic, CHARMM, cos ine, cosi ne/squared, class2(COMPASS)二面角勢能：不合理勢能:聚合物勢能:harmo nic, CHARMM, multi-harmo ni c, helix, OPLS, class2(COMPASS)harmo nic, CVFF, class2(COMPASS)all-atom, un ited-atom, bead-spri ng, breakable水勢

6、能：TIP3P， TIP4P，SPC隱式溶劑勢能：hydrodynamic lubrication, Debye長程庫倫與分散：Ewald, PPPM, Ewald/N 針對長程 L-J作用可以有與普適化力場如 CHARM , MAMBE , R OPLS , GROMAC相S兼容的力場可以采用GPU加速的成對類型雜化勢能函數(shù)：multiple pair, bond, angle, dihedral, improper potentials 多對勢能處于更高的優(yōu)先級 原子創(chuàng)立：命 令：read data, lattice, create-atoms, delete-atoms, displac

7、e-atoms, replicate 從文件中讀入各個(gè)原子的坐標(biāo)在一個(gè)或多個(gè)晶格中創(chuàng)立原子刪除幾何或邏輯原子基團(tuán)復(fù)制已存在的原子屢次替換原子系綜，約束條件，邊界條件：命令：fix二維和三維體系正角或非正角模擬空間常 NVE , NVT , NPT , NPH 積分器原子基團(tuán)與幾何區(qū)域可選擇不同的溫度控制器模擬合子的有Nose/Hoover和Berendsen壓力控制器來控制體系的壓力任一維度上變形扭曲與剪切簡諧( unbrella ) 束縛力 剛體約束 搖擺鍵與鍵角約束 各種邊界環(huán)境非平行太分子動力學(xué) NEMD 各種附加邊界條件和約束積分器：Velocity-verlet 積分器Brown 積

8、分器rRESPA 繼承時(shí)間延化積分器 剛體積分器 共軛梯度或最束下降算法能量最小化器 輸出：dump 文 件( 命令： dump, restart ) 熱力學(xué)信息日志 原子坐標(biāo)，速度和其它原子量信息的文本 二進(jìn)制重啟文件 各原子量包括：能量，壓力，中心對稱參CAN等數(shù)， 用戶自定義系統(tǒng)寬度或各原子的計(jì)算信息 每個(gè)原子的時(shí)間與空間平均 系統(tǒng)寬量的時(shí)間平均原子圖像， XYZ, XTC , DCD , CFG格式數(shù)據(jù)的前處理與后處理：包里提供了一系列的前處理與后處理工具另外，可以使用獨(dú)立發(fā)行的工具組 ，它可以進(jìn)行LAMMP模S擬的設(shè)置，分析，作圖和可 視化工作。特別功能：實(shí)時(shí)的可視化與交互式 MD模

9、擬與有限元方法結(jié)合進(jìn)行原子-連續(xù)體模擬在POEM庫S中提供了剛體積分工具并行裉火并行復(fù)制動力學(xué)對低密度液體直接使用 MC模擬Peridynamic介觀建模目標(biāo)型與無目標(biāo)型分子動力學(xué)雙溫度電子模型LAMMP不S具備的功能：由于LAMMP是S對牛頓運(yùn)動方程積分的工具，所以很多必要的數(shù)據(jù)前處理與后處理功能 是LAMMP核S心不具備的。 其原因?yàn)椋罕ＷCLAMMP的S小巧性前處理與后處理不能進(jìn)行并行運(yùn)算這些功能可以有其它工具來完成原代碼開發(fā)的局限性特別地，LAMMP不S能: 通過圖形用戶界面來工作創(chuàng)立分子體系自動的加上力場系數(shù)為MD模擬提供智能化的數(shù)據(jù)分析MD的可視化為輸出數(shù)據(jù)作圖我們需要為LAMMP輸

10、S入一系列的原子類型，原子坐標(biāo)，分子拓樸信息和所有原子與鍵 的力場參數(shù)。LAMMP不S會自動的為我們創(chuàng)立分子體系與力場參數(shù)。對與原子體系，LAMMP提S供了 creat-atoms命令來為固態(tài)晶格加上原子?？梢阅苓^paircoeff,bond coeff, angle coeff等命來加上小數(shù)目的力場參數(shù)。 對于分子體系或更復(fù)雜 的模擬體系， 我們通常會用其它工具來創(chuàng)立或者是轉(zhuǎn)換LAMMPS輸出文件來做到這些事情。有的還會寫一些自已的代碼來完成這項(xiàng)任務(wù)。對于一個(gè)復(fù)雜的分子體系如，蛋白質(zhì)，我們需要為之提供上面?zhèn)€拓樸信息與力場參數(shù)。 所以我們建議用CHARM或M AMBER或其它的分子建模器來完成

11、這些任務(wù)， 并把之輸?shù)揭粋€(gè) 文件中去。然后，改變其格式以到達(dá) LAMMP所S允許的輸入格式。同樣，LAMMP的S輸出文件是一種簡單的文本格式，我們也可以通過其它的工具來換專 這些格式。我們可以用以下幾個(gè)軟件來完成高質(zhì)量的可視工作：VMDAtomEyePymolRaster3dRasMol最后要說一下的是，以下這些也是自由分子動力學(xué)包，它們大多數(shù)是并行的，可能也適合來完成你的研究工作，當(dāng)然也可以與LAMMP聯(lián)S合起來使用以完成模擬工作。CHARMMAMBERNAMDNWCHEMDL_POLYTin kerCHARM，MAMBE，R NAM，D NWCHE，MTinker是專們用于模擬生物分子的。

12、二、開始本局部主要描述如何創(chuàng)立和運(yùn)行 LAMMP。S1 在LAMMP發(fā)S行包理含有：READMELICENSEBench :測式任務(wù)Doc :文本Examples :簡單的測試任務(wù)Potentials :嵌入原子方法與力場文件Src :源代碼Tools:前處理與后處理工具假設(shè)你下載的是 windows可執(zhí)行文件的話，你里面只有一個(gè)文件并行與非并行兩種2.編譯 LAMMPS之前的工作：編譯LAMMPS不是一個(gè)繁瑣的工作。首先你可能要寫一個(gè)makefile文件，里面要選擇編譯 器,附加的一些將要用到的庫等。事先裝上MPI或FFT等庫。編譯出一個(gè)可執(zhí)行 LAMMP : S在SRC目錄里頭含有C+源文

13、件和頭文件。當(dāng)然也包括一個(gè)高水平的 Makefile，在MAKE目錄里頭有幾個(gè)低水平的 Makefile.*files分別適有不同的平臺。進(jìn)入 SRC目錄，輸入make或 gmake，你將會看到一列的可選項(xiàng)。假設(shè)其中有一種符合你的機(jī)器，你可以輸入像下面一樣的命令：Make linuxGmake mac注意，在一個(gè)多處理器或多核處理器的平臺上你可以進(jìn)行平行編譯，在make命令中使用“ -j選項(xiàng)就可以，這樣編譯起來會更快一些。在此過程中不發(fā)生錯(cuò)誤的話，你可以得到一個(gè)類似于lmp-linux的可執(zhí)行文件。在編譯過程當(dāng)中將會發(fā)生的常見錯(cuò)誤:(1) 如果編譯過程當(dāng)中發(fā)生錯(cuò)誤，并提示不能找到一個(gè)含有通配符

14、*為名的文件的話，說 明你機(jī)器上的 make器允許makefile中使用通配符。 那就償式使用gmake。女口還 不行的話，就試試參加-f選項(xiàng)，用作為make對像。如：Make makelistMake - f linuxGmake f mac(2) 當(dāng)你使用低水平的 makefile時(shí)，可能由于對機(jī)器的設(shè)置不正確，會導(dǎo)致一些錯(cuò)誤。假設(shè)你的平臺叫“ foo ,的話，你將要在MAKE目錄中創(chuàng)立一個(gè)。使用任何一個(gè)與你機(jī) 器 相近的文件作為開始總是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。(3) 如你在鏈接的時(shí)候出現(xiàn)庫喪失或少了依賴關(guān)系的話，可能是由于：你編譯的包需要一個(gè)附加的庫，但卻沒有事先編譯需要的package lib

15、aray.你要鏈接的庫在你的系統(tǒng)中不存在沒有連接到必要的系統(tǒng)庫后兩種問題出現(xiàn)，你就需要修改你的低水平編輯一個(gè)新的低水平：(1 )在#后的句子中，替換foo，不管你寫成什么，這一行將會出現(xiàn)在屏幕上，如果 你只輸入make命令的話。(2)在complier/linker settings 局部為你的C+編譯器列出編譯器與鏈接器的設(shè)置,包括優(yōu)化符號。你可以在任何UNIX系統(tǒng)中使用G+編譯器。當(dāng)然你也可 以用MPICC ,如果你的系統(tǒng)中安裝了 MPI的話如過在編譯過程當(dāng)中需要符加的庫的話，你必需在LIB變量中列出來。DEPFLAGS設(shè)置可以讓C+編譯器創(chuàng)立一個(gè)源文件的依賴關(guān)系列表，當(dāng)源文件或頭文件 改

16、 變的時(shí)候可以加快編譯速度。有些編譯器不能創(chuàng)立依賴關(guān)系列表，或者你可以用選 項(xiàng)一D來 實(shí)現(xiàn)。G+可以使用-D。如果你的編譯器不能創(chuàng)立依賴關(guān)系文件的話，那么你 就需要?jiǎng)?chuàng) 建一個(gè)來與它用一系列的不需要依賴文件的規(guī)劃相對應(yīng)。3“ system-specific settings 局部有四個(gè)小局部：A LMP INC變量，包括一些與系統(tǒng)相關(guān)的條件選項(xiàng)。B 3個(gè)MPI變量用于指定 MPI庫。如你要進(jìn)行并行計(jì)算的話，那么你必須在你的平臺上安上MPI庫。如你想用 MPI內(nèi)置C+編譯器的話，你可以讓這三個(gè)變量空著，如你不用MPICC的話，那么，你要指定MPINC文件在哪，MPIMPI_PATH庫在哪，還有庫名

17、MPI_LIB.如果你想自已安裝 MPI的話，我們建議用或。LAMM PI也可以。如果我的是大平始的話， 你的供應(yīng)商已經(jīng)為你裝上了MPI，其可能比MPICH或LAM更快，你可以把找出來并與之鏈接。如你用LAM或MPICH，你必需要設(shè)置他并編譯他使之適合你的平臺。如果你想在單處理器的機(jī)器上運(yùn)行的話，你可以用STIBS庫，這樣你就可以不用在你 的系統(tǒng)中安裝MPI庫。防照，看是如果設(shè)置這三個(gè)變量的。當(dāng)然你在編譯LAMMP之S前你必需創(chuàng)立STUBS庫。在STUBS目錄中，輸入make，不出錯(cuò)的話你將會得到一個(gè)文件 可 供鏈接到LAMMP。S當(dāng)出錯(cuò)，你那么要修改 STUBS下的MAKEFILE。STUB

18、S有/ 一個(gè) CPU計(jì)時(shí)器 MPI_Wtime可以調(diào)用 gettimeofday.如你的系統(tǒng)不支持 gettimeofday，那么你就要插入一句代碼來調(diào)用另一個(gè)計(jì)時(shí)器，要注意的是， clock函數(shù)在一個(gè)小時(shí)之后會歸 0,所以對于一個(gè)長時(shí)間的 LAMMP模S擬來說這是不夠用的C FTT變量用于指定FFT庫，當(dāng)要用到kspace-style命令來計(jì)算長程庫倫作用時(shí)使用 PPPM 選項(xiàng)時(shí)要用到。要使用此選項(xiàng)，你必須要在你的機(jī)器上安裝一個(gè)一維的FFT庫?？梢阅苓^開關(guān)一DFFTXXX來指定，其中XXX=INTE，L DEC，SGI，SCSL，或FFTW。沒有方法的情況下可以 用供應(yīng)商提供的庫。FFTW是

19、一個(gè)快速的，可移植性的庫，它可以在任何一個(gè)平臺上 運(yùn)行。最好本。編譯FFTW庫時(shí)只要用./configure;make就可以。不任你是用哪一種 FFT 庫，你都要在中正確的設(shè)置咱們的FFT_INC,FFT_PATH,FFT_LI。B當(dāng)然，你如果不用PPPM的話，你將沒有必要安裝FFT庫。這種情況下，你可以把FFT_INC 設(shè)成-DFFT-NONE并讓其它幾個(gè)變量空著。你也可以在編譯 LAMMP時(shí)S把KSPACE包剔 除。D幾個(gè)SYSLIB和SYSPATH變量你可以忽略，除非你在編譯LAMMPS時(shí)其中有一個(gè)或幾個(gè)包要用到附加的系統(tǒng)庫。所有這些包都的的名稱都將會是SYSLIB和SYSPATH變量的前輟。SYSLIB變量將列出系統(tǒng)庫。SYSPATH那么是路徑，只有當(dāng)這些庫為非默認(rèn)路徑 時(shí)才有設(shè)定。最后，當(dāng)你正確的寫好了和預(yù)編譯好了所有的其它庫MPI,FFT,包庫等之后，你只要在SRC目錄下輸入下面其中一個(gè)命令就可以了Make fooGmake foo不出意外，你將會得到lmp_foo的可執(zhí)行文件。附加建義1為多平臺編譯 LAMMPS你可以在同一個(gè)SRC目錄下為多平臺編譯LAMMP o S每一個(gè)目標(biāo)都有他自已的目標(biāo)路徑，Obj_name用于存貯指定系統(tǒng)的目標(biāo)文件。2清理輸入 make clear-