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cenwanglai荣誉版主 (知名作家)
老和山猥琐派九段
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分子动力学的结果：看系综平均还是看时间演进？ 已有3人参与
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最近在看分子动力学的计算文献，发现两类分析方法： 第一类：看snapshot. 按照分子动力学进程，观察原子局部运动变化情况，对总体的统计结果不予考虑； 第二类：分子动力学平衡后，分析统计结果。对时间演化的不同阶段不予考虑。 按照系综的观点，各态遍历的系纵平均等于宏观时间平均。那么，分子动力学结果的第一类分析是不是在原则上不符合分子动力学的要求呢？ |
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cenwanglai: 金币+5, ★★★很有帮助, 谢谢回复~ 2014-10-28 08:17:33
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和具体问题有关吧。比如你研究的是蛋白质折叠的速率这类和时间有关的问题，那可以采用第一种分析，比如你通过观察模拟轨迹发现某个蛋白的wildtype需要100ns来折叠，而它的一个mutant从20ns开始就折叠了，如果重复做几次模拟都能得到类似的结果的话我们就不妨推测这个mutant能加快蛋白质折叠。理论上说也可以用第二种分析，做很长的模拟然后统计fold/unfold两态的比例，但对于蛋白质折叠这类timescale很大的问题这样可能会太费时间（当然你可以做粗粒化模拟），做上几百个ns可能结果都还没有统计意义。而对于另外一些问题，比如用umbrella sampling计算蛋白质中某个二面角的旋转自由能势能面（PMF），就可以用统计方法（比如WHAM）而无需太多考虑体系构型随时间的演化--首先二面角旋转能垒通常不会太高，体系达到平衡后在不太长的时间里应该就能遍历数次，结果就有较大的统计意义；其次你的体系加了bias，看模拟轨迹也没有太大实际意义。 在下也是菜鸟，在此抛砖引玉～ |
2楼2014-10-28 07:06:10
cenwanglai
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我觉得2楼举的例子挺好的，5楼说的也有一定道理。 MD最初就是基于ergodicity假设来计算系综平均的，所以原则上来讲只有平衡态下MD模拟求得的均值是符合系综理论的。 但现在很多MD模拟的对象就是从一个态到另一个态的随时间变化的演化，这是一个非平衡的过程。这样的过程在我看来更像是一种仿真模拟。我觉得5楼说的用这样的方式定性研究一个演化过程是可行的，但如果要定量的话，可能还有待商榷。因为我们用MD的算法模拟一个系统在相空间的一条轨迹，我们模拟出的轨迹和系统实际的轨迹是有误差的，这个误差会随着模拟时间的增加而不断增大。但如果模拟的time step选的不是很大，观察的时间不是太长，那么单条轨迹的误差不会太大。 现在在研究传热传质的模拟中已经用到了不少非平衡态MD的方法，具体的细节我不太了解，但既然算出来的数值在合理范围内，说明还是有效的。 还有一种对非平衡态演化的轨迹求平均的方法是Steered MD （SMD），这是一种基于Jarzynski Equality的计算自由能的非平衡态的方法，系统演化的初态和终态哈密顿量都是固定的，但中间演化的轨迹不一样，初始条件也不一样，这样对多条轨迹和每条轨迹对应的功求平均即可算出初态和终态的自由能差。 |
6楼2014-11-02 05:14:39
ChemiAndy
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