Искусство молекулярной динамики

Аннотация

Метод молекулярной динамики является мощным инструментом исследований. Моделирование методом молекулярной динамики включает в себя решение классической задачи многих тел в контексте исследования материи на атомном уровне. Никакой другой подход не способен справиться с таким широким кругом задач с требуемым уровнем детализации, поэтому молекулярная динамика оказалась незаменимым инструментом как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях. Данная книга сочетает в себе учебник и сборник рецептов. Таким образом, для новичков книга может служить в качестве введения в предмет, а для продвинутых пользователей — в качестве справочного издания. Книга состоит из ряда примеров, которые шаг за шагом научат читателя формулировать задачу, создавать необходимые программы и использовать их для проведения конкретных вычислений.

Содержание

Предисловие к первому изданию
Предисловие ко второму изданию
О программном обеспечении

ГЛАВА 1. Введение
1.1. Исторические предпосылки
1.2. Компьютерное моделирование
1.3. Молекулярная динамика
1.4. Структура книги
1.5. Литература для дальнейшего изучения

ГЛАВА 2. Основы молекулярной динамики
2.1. Введение
2.2. Жидкость с мягкими дисками
2.3. Методология
2.4. Программирование
2.5. Результаты
2.6. Дополнительные задания

ГЛАВА 3. Моделирование простых систем
3.1. Введение
3.2. Уравнения движения
3.3. Потенциальные функции
3.4. Расчет взаимодействий
3.5. Методы интегрирования
3.6. Начальное состояние
3.7. Оценка производительности
3.8. Чувствительность траекторий
3.9. Дополнительные задания

ГЛАВА 4. Равновесные свойства простых жидкостей
4.1. Введение
4.2. Термодинамические измерения
4.3. Структура
4.4. Исследования упаковки
4.5. Кластерный анализ
4.6. Дополнительные задания

ГЛАВА 5. Динамические свойства простых жидкостей
5.1. Введение
5.2. Коэффициенты переноса
5.3. Измерение коэффициентов переноса
5.4. Пространственно-временные функции корреляции
5.5. Измерения
5.6. Дополнительные задания

ГЛАВА 6. Альтернативные ансамбли
6.1. Введение
6.2. Методы с обратной связью
6.3. Методы с ограничениями
6.4. Дополнительные задания

ГЛАВА 7. Неравновесная динамика
7.1. Введение
7.2. Однородные и неоднородные системы
7.3. Прямые измерения
7.4. Модифицированная динамика
7.5. Дополнительные задания

ГЛАВА 8. Жесткие молекулы
8.1. Введение
8.2. Динамика
8.3. Конструирование молекул
8.4. Измерения
8.5. Представление посредством матриц поворота
8.6. Дополнительные задания

ГЛАВА 9. Гибкие молекулы
9.1. Введение
9.2. Описание молекулы
9.3. Подробности реализации
9.4. Свойства
9.5. Моделирование формирования структуры
9.6. Модели поверхностно-активных веществ
9.7. Поведение ПАВ
9.8. Дополнительные задания

ГЛАВА 10. Молекулы с геометрическими ограничениями
10.1. Введение
10.2. Геометрические ограничения
10.3. Решение задачи ограничений
10.4. Внутренние силы
10.5. Подробности реализации
10.6. Измерения
10.7. Дополнительные задания

ГЛАВА 11. Внутренние координаты
11.1. Введение
11.2. Координаты цепи
11.3. Кинематические и динамические соотношения
11.4. Рекурсивное описание динамики
11.5. Решение рекурсивных уравнений
11.6. Подробности реализации
11.7. Измерения
11.8. Дополнительные задания

ГЛАВА 12. Взаимодействие многих тел
12.1. Введение
12.2. Силы в системе трех тел
12.3. Подход погруженного атома
12.4. Дополнительные задания

ГЛАВА 13. Дальнодействующие взаимодействия
13.1. Введение
13.2. Метод Эвальда
13.3. Подход древовидного кода
13.4. Быстрый метод мультиполей
13.5. Реализация быстрого метода мультиполей
13.6. Результаты
13.7. Дополнительные задания

ГЛАВА 14. Ступенчатые потенциалы
14.1. Введение
14.2. Вычислительный подход
14.3. Управление событиями
14.4. Свойства
14.5. Обобщения
14.6. Дополнительные задания

ГЛАВА 15. Зависящие от времени явления
15.1. Введение
15.2. Открытые системы
15.3. Тепловая конвекция
15.4. Затрудненный поток
15.5. Дополнительные задания

ГЛАВА 16. Динамика сыпучих сред
16.1. Введение
16.2. Модели сыпучих сред
16.3. Вибрирующий сыпучий слой
16.4. Волновые структуры
16.5. Дополнительные задания

ГЛАВА 17. Алгоритмы для суперкомпьютеров
17.1. Введение
17.2. В поисках производительности
17.3. Методы параллельных вычислений
17.4. Распределенные вычисления
17.5. Параллельные вычисления с совместно используемой памятью
17.6. Методы векторной обработки данных
17.7. Дополнительные задания

ГЛАВА 18. Подробнее о программном обеспечении
18.1. Введение
18.2. Структуры и макроопределения
18.3. Присвоение памяти массивам
18.4. Служебные функции
18.5. Организация входных данных
18.6. Файлы моментальной конфигурации
18.7. Выполнение широкомасштабных вычислений
18.8. Файлы заголовков

ГЛАВА 19. Будущее
19.1. Роль моделирования
19.2. Пределы развития
19.3. Визуализация и интерактивность
19.4. Заключение

Приложение
Литература
Список функций
Предметный указатель
Колофон