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MS软件gulp模块中文翻译41-拟合势能

拟合基础

在使用原子间势程序进行任何生产运行之前,有必要获得势参数。文献中可能已经公布了您感兴趣的系统的良好参数,因此您可以输入这些参数并开始计算。不幸的是,大多数系统通常不是这样。GULP中的拟合设施(Gale1996)允许你以两种可能的方式中的任何一种导出原子间势。首先,你可以通过拟合一些更高质量计算的数据来确定参数,例如从头算模拟,通常是通过尝试再现能量超表面。其次,你可以尝试通过复制实验数据来推导经验势能。

 

无论你使用哪种拟合方法,关键量都是平方和,它衡量你的拟合效果。理想情况下,在拟合结束时,这个值应该为零——在实践中,这只会发生在可以保证势能完全再现数据的琐碎情况下(例如,将莫尔斯势能与双原子的键长、离解能和频率拟合应该总是完美的)。平方和F的定义如下:

image.png


其中:fcalcfobs是计算的量,而观测的量w是一个加权因子。没有唯一的拟合,因为根据加权因子的选择,可能有无限多的拟合。每个可观测值的加权因子的选择取决于几个因素,例如数量的相对大小和数据的可靠性(例如,晶体结构通常比弹性常数测量更可靠)。

拟合的目的是通过改变势能参数来最小化平方和。有几种解决最小二乘问题的标准技术。目前,GULP使用Newton-Raphson函数最小化方法来解决问题,而不是更传统的方法。

这是因为它避免了存储协方差矩阵。缺点是几乎多余的变量没有被消除。目前,平方和的最小化是使用数值一阶导数来执行的。使用数值导数的原因是,许多性质,尤其是从二阶导数导出的属性,很难实现解析导数。

因此,拟合过程中梯度范数输出的值只能作为收敛的粗略指南。

通常建议最初拟合少量参数,然后在随后的重新启动中逐渐增加。通常,如果允许所有参数从一开始就不同,则可能会导致非物理参数。BuckinghamLennard-Jones势能的离散项在拟合过程中特别容易表现不佳,因为它们往往趋于零或变得非常大。通常建议将这些项设置为等于物理上可感测的值(基于量子力学估计或基于极化率的公式),并保持固定,直到所有其他项都得到细化。

GULP寻找的最后一个检查是,被拟合的变量总数小于可观测的总数。


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