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分子的势能主要由键合能和非键合力作用(如静电作用、范德华作用)组成。势能面(Potential Energy Surface,PES)是势能的几何表示,其中全局最小值对应分子最稳定的构象。通过最小化算法对势能面进行优化,可以得到最优化结构(Optimized Structure)。此过程即为结构优化。
在MS Discover中,常用以下四种最小化算法:
最陡下降法(Steepest Descent):通过迭代求导,沿能量梯度负方向优化坐标。计算简单但收敛性较差,适用于初始阶段。
共轭梯度法(Conjugate Gradient):结合前次迭代梯度与当前梯度的线性组合,得到下降方向。收敛性较好,但对初始结构要求较高,常与最陡下降法结合使用。
牛顿方法(Newton):利用二阶导数加速收敛,效率较高,常与最陡下降法联合使用。
综合法(Smart Minimizer):结合最陡下降、共轭梯度和牛顿方法的优点,可灵活选择不同的优化策略。
在Smart Minimizer中,用户可选择不同算法组合。共轭梯度法和牛顿法可单独选择,而牛顿法还可设定最大原子数,超出数值时系统会切换至预设收敛方法(如共轭梯度法),并调整收敛精度。
在分子力场方面,MS Discover使用COMPASS力场,范德华作用和库仑力采用Atom Based计算,迭代方法选择Smart Minimizer,以确保优化过程的高效和稳定。
通过Smart Minimizer算法的优化,能够获得高质量的最优化结构,满足分子模拟的需求。
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