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yyx19840628木虫 (著名写手)
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【分享】高斯对不收敛问题的对策
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首先，我们必须理解收敛是什么意思。在自洽场(SCF)计算中，自洽循环中，首先产生一个轨道占据的初始猜测， 1)然后根据此轨道占据构造电荷密度和哈密顿量。 2)对角化哈密顿量，得到新的轨道能级和占据。 3)产生新的电荷分布和哈密顿量，重复步骤2） 经过一定次数的循环后，某次循环前和循环后的电荷密度差别小于一定的标准，我们称之为收敛。 如果以上过程不能收敛，则gaussian给出convergence failure的警告。 如果SCF计算收敛失败，你首先会采取哪些技巧呢？这里是我们强烈推荐的首选方法。 1 考虑使用更小的基组 由于一定的基组对应于一定精度和速度，所以更换基组并不在所有的情况下都适用。方法是首先用小基组进行计算，由前一个波函得到用于大基组计算的初始猜测(Guess=Read自动进行)。 2 增加最大循环步数 Gaussian默认的最大循环步数为64 (SCF=DM或SCF=QC方法则为512)，如果循环次数超过这个数目则会汇报convergence failure。在一定的情况下，不收敛的原因仅仅是因为最大循环步数不够。可以通过设置maxcyc来增大最大循环步数。更多的SCF迭代(SCF(MaxCycle=N)，其中N是迭代数)。这很少有帮助，但值得一试。 3 放宽收敛标准 如果接近SCF但未达到，收敛标准就会放松或者忽略收敛标准。这通常用于不是在初始猜测而是在平衡结构收敛的几何优化。SCF=Sleazy放松收敛标准，Conver选项给出更多的控制。 4 尝试改变初始构型 首先略微减小键长，接下来略微增加键长，接下来再对结构作一点改变。 5 尝试能级移动Level shifting (SCF=Vshift) 如果不收敛的原因是波函数的震荡行为，通常是因为在相近的能量上的泰的混合。对于这种情况，我们可以采用level shifting的方法。Level shifting的含义是人工的升高非占据轨道的能级，以防止和最高占据轨道之间的混合，以达到收敛的目的。在Gaussian中此方法的关键词为SCF=Vshift 6 使用强制的收敛方法SCF=QC SCF=QC通常最佳，但在极少数情况下SCF=DM更快。此关键字将大大增加计算时间，但是收敛的机会更大。不要忘记给计算额外增加一千个左右的迭代。应当测试这个方法获得的波函，保证它最小，并且正好不是稳定点(使用Stable关键字)。 7 对开壳层体系，尝试收敛到同一分子的闭壳层离子，接下来用作开壳层计算的初始猜测。添加电子可以给出更合理的虚轨道，但是作为普遍的经验规则，阳离子比阴离子更容易收敛。选项Guess=Read定义初始猜测从Gaussian计算生成的checkpoint文件中读取。 8 一些程序通过减小积分精度加速SCF。对于使用弥散函数，长程作用或者低能量激发态的体系，必须使用高积分精度：SCF=NoVarAcc。 9 改变模型或方法 可以考虑改变模型方法。比较常见的方法有HF,GVB,MCSCF,CASSCF,MPn等。改变模型方法通常也会收敛性质。通常，精度更高的方法更难收敛。精度比较低的方法产生的计算结果可以作为高精度计算的初始猜测。考虑使用不同理论级别的计算。这并不总是实用的，但除此之外，增加迭代数量总是使得计算时间和使用更高理论级别差不多。 10 关闭DIIS外推(SCF=NoDIIS)。同时进行更多的迭代(SCF=(MaxCycle=N))。 11 试着改用DIIS之外其它方法(SCF=SD或SCF=SSD)。 Gaussian不收敛的可能原因及对策： 1 由于体系有很多能量相近的能级，导致计算不收敛。 如果计算中采用的是Hartree-Fock方法或者其他的混合形式的交换相关势（如B3LYP）,则可以尝试一下的方法进行改进。 scf=(noincfock,conver=11,maxcyc=1025) iop(5/22=20) 用以上的命令行将强制Gaussian采用EDIIS的算法。此算法计算量更大，但是更加稳定。在命令行里也增加了最大循环数，以增加收敛的到基态的可能性。 2． 检查是否有初始文件错误 常见初级错误： a. 自旋多重度错误 b. 变量赋值为整数 c. 变量没有赋值或多重赋值 d. 键角小于等于0度，大于等于180度 e. 分子描述后面没有空行 f. 二面角判断错误，造成两个原子距离过近 g. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线 3． SCF(自洽场)不收敛 则一般是L502错误，省却情况做64个cycle迭代(G03缺省128 cycles) a. 修改坐标，使之合理 b. 改变初始猜 Guess=Huckel 或其他的，看Guess关键词。 c. 增加叠代次数 SCFCYC=N （对小分子作计算时最好不要增加，很可能结构不合理） d. iop（5/13=1）这样忽略不收敛，继续往下做。 4． 分子对称性改变 a. 修改坐标，强制高对称性或放松对称性 b. 给出精确的、对称性确定的角度和二面角。 如CH4的角度给到109.47122 c. 放松对称性判据 Symm=loose d. 不做对称性检查 iop(2/16=1) （最好加这个选项） iop(2/16=2) 则保持新的对称性来计算 5． Opt时收敛的问题 a. 修改坐标，使之合理 b. 增加叠代次数optcyc=N 6． 优化过渡态，若势能面太平缓，则不好找到。 iop(1/8=10) 默认30（下一个结构和该结构的差别0.3Å），可改成10。如果每一步都要用到小的步长，应该加opt(notrustupdate) 7． 在CI（组态）方法中 如QCISD(T),CCSD(T),CID方法中，省却最大循环50，若出错（L913错误） 解决方法：#P QCISD(maxcyc=N) 注：N≤512 8． 优化过渡态 opt=TS (给出过渡态) opt=qst2 (给出反应物和产物) opt=qst3 (给出反应物和产物和过渡态) a. 用G03时的出错 opt=ts 必须加FC (force constant) 写法：opt=(TS, calcFc) or opt=(TS,calchffc)计算HF力常数，对QCISD，CCSD等方法用； or opt=(TS,modRedundant) (最好写这个) b. 如果计算采用QCISD计算（不好计算FC） 则写为QCISD opt=(TS, calcHFFC) (用HF计算FC) 9. 无法写大的Scratch文件RWF a. 劈裂RWF文件 %rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1 b. 改变计算方法 MP2=Direct可以少占硬盘空间 c. 限制最大硬盘 maxdisk=N GB，****MB,有些系统写2GB会出错，可以写2000MB 10. FOPT出错 原因是变量数与分子自由度数不相等。 可用POPT 或直接用OPT 11. 优化过渡态只能做一个STEP 原因是负本征数目不对 添加 iop（1/11）=1或者noeigentest (eigentest 是表示优化过渡态检测分子振动的本征值，过渡态只有一个负值，但优化的时候往往出现两个或者更多的情况，默认的是如果出现多于一个的情况就停止优化计算，这往往时不必要的，noeigentest表示优化时不坐此检测，实际上优化过渡态的时候出现两个三个很正常的，只是第一个一般负的很大，接着的比较小，不会影响过渡态的搜寻，当然有时候需要自己判断是不是接近真实的过渡态。其实经验上也是过渡态的本征虚频越小，相对越难找。) 对于 (L502, L508, L9999)出错的对策 对于一个优化计算，它的过程是先做一个SCF计算，得到这个构型下的能量，然后优化构型，再做SCF，然后再优化构型。。。因此，会有两种不收敛的情况：一是在某一步的SCF不收敛(L502错误)，或者构型优化没有找到最后结果（L9999错误）。 预备知识:计算时保存chk文件,可以在后续计算中使用guess=read读初始猜测. 对于SCF不收敛，通常有以下的解决方法： 1. 使用小基组，或低级算法计算，得到scf收敛的波函数，用guess=read读初始波函数。 2. 使用scf=qc，这个计算会慢，而且需要用stable关键字来测试结果是否波函数稳定。如果这个还不收敛，会提示L508错误。 3. 改变键长，一般是缩小一点，有时会有用。 4. 计算相同体系的其他电子态，比如相应的阴离子、阳离子体系或单重态体系，得到的收敛波函数作为初始猜测进行计算。 对于优化不收敛,即L9999错误，实际上是在规定的步数内没有完成优化，即还没有找到极小值点。（或者对于过渡态优化，还没有找到过渡态） 这有几种可能性： 1. 看一下能量的收敛的情况，可能正在单调减小，眼看有收敛的趋势，这样的情况下，只要加大循环的步数（opt(maxcycle=200)），可能就可以解决问题了。 2. 加大循环步数还不能解决的（循环步数有人说超过200再不收敛，再加也不会有用了，这虽然不一定绝对正确，但200步应该也差不多了），有两种可能。一是查看能量，发现能量在振荡了，且变化已经很小了，这时可能重新算一下，或者构型稍微变一下，继续优化，就可以得到收敛的结果（当然也有麻烦的，看运气和经验了）；二是构型变化太大，和你预计的差别过大，这很可能是你的初始构型太差了，优化不知道到哪里去了，这时最好检查一下初始构型，再从头优化。 3. 对于L9999快达到收敛时,考虑减小优化步长有时对于能量振荡的情况也是有用的，opt(maxstep=1).(flyingheart ) |
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