分子模拟入门（第2版） [Understanding Molecular Simulation] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[荷] 弗兰科尔 著

图书标签:

• 分子模拟
• 分子动力学
• 蒙特卡洛
• 计算化学
• 物理化学
• 材料科学
• 统计物理
• 建模
• 模拟方法
• 科学计算

出版社： 世界图书出版公司

ISBN：9787510023996

版次：2

商品编码：10516009

包装：平装

外文名称：Understanding Molecular Simulation

开本：24开

出版时间：2010-08-01

用纸：胶版纸

页数：638

正文语种：英文

内容简介

Why did we write a second edition？ A minor revision of the first editionwould have been adequate to correct the （admittedly many） typographicalmistakes. However, many of the nice comments that we received from stu-dents and colleagues alike, ended with a remark of the type： "unfortunately,you dont discuss topic x".

内页插图

目录

Preface to the Second Edition
Preface
List of Symbols
1 Introduction
Part 1 Basics
2 Statistical Mechanics
2.1 Entropy and Temperature
2.2 Classical Statistical Mechanics
2.2.1 Ergodicity
2.3 Questions and Exercises
3 Monte Carlo Simulations
3.1 The Monte Carlo Method
3.1.1 Importance Sampling
3.1.2 The Metropolis Method
3.2 A Basic Monte Carlo Algorithm
3.2.1 The Algorithm
3.2.2 Technical Details
3.2.3 Detailed Balance versus Balance
3.3 Trial Moves
3.3.1 Translational Moves
3.3.2 Orientational Moves
3.4 Applications
3.5 Questions and Exercises
4 Molecular Dynamics Simulations
4.1 Molecular Dynamics： The Idea
4.2 Molecular Dynamics： A Program
4.2.1 Initialization
4.2.2 The Force Calculation
4.2.3 Integrating the Equations of Motion
4.3 Equations of Motion
4.3.1 Other Algorithms
4.3.2 Higher-Order Schemes
4.3.3 LiouviUe Formulation of Time-Reversible Algorithms
4.3.4 Lyapunov Instability
4.3.5 One More Way to Look at the Verlet Algorithm
4.4 Computer Experiments
4.4.1 Diffusion
4.4.2 Order-Algorithm to Measure Correlations
4.5 Some Applications
4.6 Questions and Exercises

Part 2 Ensembles
5 Monte Carlo Simulations in Various Ensembles
5.1 General Approach
5.2 Canonical Ensemble
5.2.1 Monte Carlo Simulations
5.2.2 Justification of the Algorithm
5.3 Microcanonical Monte Carlo
5.4 Isobaric-Isothermal Ensemble
5.4.1 Statistical Mechanical Basis
5.4.2 Monte Carlo Simulations
5.4.3 Applications
5.5 Isotension-Isothermal Ensemble
5.6 Grand-Canonical Ensemble
5.6.1 Statistical Mechanical Basis
5.6.2 Monte Carlo Simulations
5.6.3 Justification of the Algorithm
5.6.4 Applications
5.7 Questions and Exercises
6 Molecular Dynamics in Various Ensembles
6.1 Molecular Dynamics at Constant Temperature
6.1.1 The Andersen Thermostat 4
6.1.2 Nos Hoover Thermostat
……
Part 3 Free Energies and Phase Equilibria
Part 4 Advanced Techniques
Part 5 Appendices

精彩书摘

It is difficult to talk about Monte Carlo or Molecular Dynamics programs inabstract terms. The best way to explain how such programs work is to writethem down. This will be done in the present section.Most Monte Carlo or Molecular Dynamics programs are only a few hun- dred to several thousand lines long. This is very short compared to, forinstance, a typical quantum-chemistry code. For this reason, it is not un- common that a simulator will write many different programs that are tailor-made for specific applications. The result is that there is no such thing as a standard Monte Carlo or Molecular Dynamics program. However, the cores of most MD/MC programs are, if not identical, at least very similar. Next,we shall construct such a core. It will be very rudimentary, and efficiency has been traded for clarity. But it should demonstrate how the Monte Carlomethod works.

前言/序言

　　Why did we write a second edition？ A minor revision of the first editionwould have been adequate to correct the （admittedly many） typographicalmistakes. However, many of the nice comments that we received from stu-dents and colleagues alike, ended with a remark of the type: "unfortunately,you dont discuss topic x". And indeed, we feel that, after only five years,the simulation world has changed so much that the title of the book was nolonger covered by the contents.The first edition was written in 1995 and since then several new tech-niques have appeared or matured. Most （but not all） of the major changesin the second edition deal with these new developments. In particular, wehave included a section on.

探索材料科学与生命科学的基石：先进分子模拟技术概览 引言 在现代科学研究中，理解物质在原子和分子层面的行为是推动技术进步和解决复杂科学问题的关键。从新型药物的发现到高性能材料的开发，再到对气候变化机制的深入认识，分子模拟已成为理论与实验之间的重要桥梁。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，介绍当前最前沿、最强大的分子模拟方法及其在不同科学领域的应用。我们不侧重于基础的入门概念，而是将焦点放在如何利用这些高级工具来解决实际的、具有挑战性的科学问题。 第一部分：理论基础与高级算法 本部分将深入探讨分子模拟背后的核心物理学原理和计算方法学。我们将超越传统的分子力学（MM）基础，重点剖析如何处理量子效应和复杂多体相互作用。 1. 量子化学计算方法的前沿进展 我们将详细审视现代量子化学计算的局限性与突破。重点内容包括： 密度泛函理论（DFT）的进阶应用： 不仅限于标准交换关联泛函，更深入讨论了如何选择和构建更精确的泛函（如混合泛函、长程修正泛函）以准确描述色散力、激发态过程以及在凝聚相体系中的应用挑战（例如，如何有效处理周期性边界条件下的电子结构计算）。 后-Hartree-Fock（Post-HF）方法的性能考量： 探讨耦合簇理论（Coupled Cluster, CCSD(T)）在小分子体系中的精度极限，以及如何将其计算成本降低到可接受范围，例如通过线性化耦合簇方法（LCC）或在半经验方法中引入更高阶的修正项。 多尺度模拟中的量子信息传递： 详细介绍如何有效地将高精度的量子化学计算结果（如势能面或电荷分布）嵌入到更大尺度的分子动力学或蒙特卡洛模拟中，特别是“从头算分子动力学”（AIMD）的效率优化策略，包括基于机器学习的势能面构建。 2. 经典分子模拟的拓展框架 在经典模拟领域，我们关注如何提升采样效率和更精确地描述相互作用。 高级采样技术： 重点介绍如何克服势能面上的能量陷阱。详细讨论Metadynamics（元动力学）在高维反应坐标上的应用，特别是如何通过适应性网格划分和局部增强自由能计算来加速收敛。同时，探讨Replica Exchange Molecular Dynamics (REMD) 在处理复杂蛋白质折叠或晶体相变问题中的具体实施细节和参数优化。 势能函数的构建与验证： 剖析现代力场的构建哲学，尤其关注如何利用大量的实验数据和高精度量子化学数据（QM/MM数据）来训练参数。讨论靶向势能函数（Targeted Force Fields）的开发，例如用于描述离子液体或高熵合金的非成键相互作用。 介观与粗粒化建模的精度校准： 探讨如何从原子级模型精确地映射到粗粒化模型，以确保宏观性质（如粘度、扩散系数）的一致性。重点分析不同类型的粗粒化方案（如基于能量或基于密度匹配的方案）在描述界面现象时的适用性。 第二部分：多尺度建模与前沿应用 本部分将跨越尺度界限，展示如何将第一部分讨论的理论工具整合起来，解决当今科学界面临的重大挑战。 3. 复杂生物系统的模拟 生物系统的高复杂性和高自由度对模拟提出了严峻的挑战。本书将聚焦于突破性的应用领域： 膜蛋白的动力学与功能： 探讨如何利用超长程分子动力学模拟（皮秒到毫秒尺度）来解析离子通道的开闭机制和配体结合过程。重点分析如何精确模拟脂质双分子层与蛋白质之间的润滑和界面效应。 核酸与蛋白质的动态结合机制： 深入研究RNA折叠动力学和酶促反应的过渡态结构。讨论如何利用QM/MM方法精确描述催化位点中的电子转移和质子转移，并结合自由能微扰（FEP）技术预测结合亲和力。 药物发现中的动态筛选： 不仅仅是静态对接，更侧重于基于动力学的虚拟筛选。讨论如何利用“稀缺事件模拟”（如Transition Path Sampling, TPS）来重建药物从结合到失活的完整反应路径。 4. 凝聚态物质与材料设计 在材料科学领域，模拟是指导实验合成的关键工具。 界面与表面物理： 详细分析异质结的电子结构和电荷转移过程。重点讨论如何使用第一性原理方法模拟催化剂表面的吸附与解吸动力学，特别是高压和高温条件下的反应活性。 新型电池电解质与固态界面的研究： 模拟锂离子在固态电解质中的跳跃机制和扩散路径。探讨如何利用蒙特卡洛模拟来确定电荷传输层的缺陷浓度和迁移率，从而优化电池性能。 高熵合金与无序体系的结构解析： 针对传统周期性模型难以处理的无序材料，介绍如何构建大尺寸随机模型，并结合AIMD来解析局部结构特征、体相性质以及热力学稳定性。 5. 随机过程与数据驱动的模拟 现代模拟越来越依赖于数据科学和机器学习的融合。 机器学习势能的构建与验证： 不仅是介绍基础的神经网络势能（NNP），而是深入探讨如何保证NNP在远离训练集的化学空间中仍具有可靠的预测能力（外推性）。讨论激活学习（Active Learning）在系统性探索势能面上的应用。 数据同化与实验反馈： 介绍如何将实验测量到的宏观数据（如光谱数据、散射数据）通过贝叶斯方法或卡尔曼滤波方法，实时反馈到模拟的采样过程中，以加速对真实物理过程的收敛。 稀有事件和非平衡态模拟的统计推断： 探讨如何从有限的模拟轨迹中，通过偏差控制（Variance Reduction）技术，以更少的计算资源获得对非平衡过程（如相变过程中的过冲）的可靠统计推断。 结语 本书旨在为已经掌握基础分子模拟概念的研究人员提供一个进阶的、面向应用和前沿方法的指南。通过对这些复杂理论和先进算法的深入剖析，读者将能够设计和执行更具挑战性、更具创新性的模拟项目，从而在各自的研究领域取得突破性进展。

评分☆☆☆☆☆

对于《分子模拟入门（第2版）》这本书，我的期望很高，因为它肩负着我深入理解计算化学领域的重要任务。我一直认为，掌握一种新的研究方法，不仅要理解它的理论基础，更要熟悉它的实践操作。这本书能否提供一些关于如何进行分子模拟软件安装、配置以及基本使用的指导？比如，书中会介绍哪些主流的分子模拟软件，它们各自有什么特点？同时，我也关注在实际模拟过程中可能会遇到的一些常见问题，例如收敛性问题、模拟周期选择、以及如何进行误差评估等。我希望书中能够提供一些解决这些问题的经验性建议和技巧，避免我走弯路。此外，了解如何评价模拟结果的可靠性也是我非常看重的一点。书中是否会涉及一些关于验证模拟结果与实验数据一致性的方法，或者讨论如何评估模拟的精度和局限性？这些都是将理论知识转化为实际研究能力的关键环节。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我当初选择《分子模拟入门（第2版）》这本书，很大程度上是看中了它“第2版”的标签。这意味着它很可能在原有基础上进行了内容的更新和优化，尤其是在发展如此迅速的计算科学领域，一本及时更新的教材至关重要。我非常好奇书中是否涵盖了近年来分子模拟领域的一些新进展和新兴技术。例如，随着计算能力的飞速提升，一些更高级的模拟方法，如基于机器学习的势能面构建，或者量子蒙特卡洛方法，是否有所提及？我希望这本书不仅仅局限于经典的模拟算法，也能给我一个窥探行业前沿的机会。另外，我对如何有效地进行模拟计算和数据分析也非常感兴趣。一篇成功的分子模拟研究，往往离不开精心的实验设计、高效的计算执行以及深入的数据解读。这本书能否提供一些关于如何优化计算性能，如何利用专业软件进行数据可视化和统计分析的实用建议，这将对我非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

拿到《分子模拟入门（第2版）》已经有一段时间了，我一直都在仔细地阅读和消化其中的内容。这本书的编排设计得相当人性化，整体逻辑清晰，从基础概念的引入到高级方法的探讨，过渡自然流畅，让我在阅读过程中很少感到迷茫。我个人最感兴趣的部分是书中关于分子模拟在解决实际科学问题中的应用案例。科学研究的最终目的都是为了更好地认识和改造世界，而分子模拟作为一种强大的工具，它的应用前景无疑是十分广阔的。我希望书中能包含一些具体的、有代表性的研究案例，比如在药物设计、新材料开发、甚至生物过程模拟等方面，看看分子模拟是如何发挥其独特作用的。了解这些实际应用，不仅能让我更直观地感受到分子模拟的价值，也能激发我思考如何将所学知识应用到自己的研究领域。同时，我也很期待书中能够对不同模拟方法的优缺点进行深入的比较分析，比如在精度、效率、适用性等方面，这样我才能根据不同的研究需求，选择最适合的模拟技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对计算模拟充满热情的研究生，《分子模拟入门（第2版）》这本书对我来说是必不可少的学习资料。我特别希望这本书能够深入浅出地讲解分子模拟的统计力学基础。毕竟，一切的模拟都是建立在统计力学原理之上的。书中会详细介绍系综理论、自由能计算方法（如吉布斯自由能、亥姆霍兹自由能）、以及如何通过模拟来获取宏观热力学性质吗？这些理论知识的扎实掌握，是我进一步理解各种模拟算法的关键。同时，我也非常期待书中能够讲解如何将模拟结果与实验数据进行对比分析，以及如何利用模拟结果来解释和预测实验现象。这本书能否提供一些关于如何设计合理的模拟实验来验证理论模型，或者如何利用模拟数据来指导实验设计的案例？这将极大地提升我运用分子模拟解决实际问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本《分子模拟入门（第2版）》我关注了好久了，一直听说它在领域内很有分量，这次终于下定决心入手了。拿到书的那一刻，沉甸甸的手感就让我对它的内容充满期待。我一直对计算机模拟在理解物质微观世界的神奇力量感到着迷，尤其是在化学和材料科学领域，分子模拟更是打开了一扇全新的大门。这本书的标题“入门”二字，让我这种对这个领域接触不深但又充满好奇的读者感到一丝欣慰，同时也有一点点小小的担忧，生怕过于深奥的内容会让我望而却步。我希望这本书能够像一位经验丰富的向导，能够循序渐进地带领我了解分子模拟的基本原理，比如它究竟是如何“看到”原子和分子的运动，又是如何通过数学模型来描述这些微观世界的？我尤其关注书中会不会介绍一些核心的模拟方法，像是蒙特卡洛和分子动力学，它们各自有什么样的优势和适用范围？而且，我对于如何设置模拟参数，如何选择合适的力场，以及如何解读模拟结果这些实际操作层面的问题也充满疑问。希望这本书能够提供清晰的解释和生动的例子，让我能够建立起对分子模拟一个扎实而全面的初步认识，为我今后深入学习打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

分子模拟入门（第2版）

评分☆☆☆☆☆

帮人买的

评分☆☆☆☆☆

比较详细，比较初级，附带一些代码。。。还是不错的书，系统的认识下。

评分☆☆☆☆☆

很好

评分☆☆☆☆☆

一分钱一分货，需要就买吧。

评分☆☆☆☆☆

Why did we write a second edition？ A minor revision of the first editionwould have been adequate to correct the （admittedly many） typographicalmistakes. However, many of the nice comments that we received from stu-dents and colleagues alike, ended with a remark of the type: "unfortunately,you dont discuss topic x". And indeed, we feel that, after only five years,the simulation world has changed so much that the title of the book was nolonger covered by the contents.The first edition was written in 1995 and since then several new tech-niques have appeared or matured. Most （but not all） of the major changesin the second edition deal with these new developments. particular, wehave included a section on.

评分☆☆☆☆☆

感觉写得不错，打算仔细阅读的书目。

评分☆☆☆☆☆

送货很快，书不错，对学习很有帮助

评分☆☆☆☆☆

Why did we write a second edition？ A minor revision of the first editionwould have been adequate to correct the （admittedly many） typographicalmistakes. However, many of the nice comments that we received from stu-dents and colleagues alike, ended with a remark of the type： "unfortunately,you dont discuss topic x".