自定义Controller在MindSponge分子动力学模拟框架中的应用

来源：网络作者：趣玩小编发布时间：2024-05-15 18:56:23

分子动力学模拟中的控制器（Controller）可用于修改模拟过程中的原子坐标和原子速度等参量，实现对系统特定参量的控制。例如，控温器可以用于实现NVT系综，控压器可用于实现NPT系综。在MindSponge分子动力学模拟框架下，控温和控压可以基于控制器Controller来实现。更多关于MindSponge分子动力学模拟框架的信息，如安装和基本使用等，可阅读MindSponge专栏里的文章。

自定义Controller

Controller位于control路径下，除了已经定义好的一些控温控压算法之外，用户还可以直接继承Controller来实现自己需要的系统控制算法。例如，我们可以定义一个缩放原子速度的控制器：

class MyController(Controller):
def construct(self,
coordinate: Tensor,
velocity: Tensor,
**kwargs):
return super().construct(coordinate, velocity/2, **kwargs)

它的功能是保持原子当前位置不变，但是速度减半。

完整的MindSponge用例如下所示：

from mindspore import context, Tensor
context.set_context(mode=context.GRAPH_MODE, device_target='GPU', device_id=0)
from sponge import set_global_units, Sponge, Molecule, WithEnergyCell, UpdaterMD, ForceField
from sponge.function import VelocityGenerator
from sponge.callback import RunInfo
from sponge.control import Controller
# 自定义控制器
class MyController(Controller):
def construct(self,
coordinate: Tensor,
velocity: Tensor,
**kwargs):
return super().construct(coordinate, velocity/2, **kwargs)
# 设置全局分子动力学模拟单位
set_global_units('nm', 'kj/mol')
# 根据内置模板生成水分子系统
system = Molecule(template='water.spce.yaml')
# 将分子沿X轴方向复制一份，现在体系有2个水分子
system.reduplicate([0.3, 0, 0])
# 基于前面的分子系统，再复制一份，然后合并到system里面，此时一共是4个水分子
new_sys = system.copy([0, 0, -0.3])
system.append(new_sys)
# 选择SPCE力场
potential = ForceField(system, parameters='SPCE')
# 类似于深度学习中的WithLossCell，绑定了分子系统和力场的信息
withenergy = WithEnergyCell(system, potential)
# 配置MD参数
temp = 300
vgen = VelocityGenerator(temp)
velocity = vgen(system.shape, system.atom_mass)
# 构建迭代器，并且传入我们自定义的控制器
updater = UpdaterMD(
system=system,
time_step=1e-3,
velocity=velocity,
integrator='velocity_verlet',
temperature=300,
controller=MyController(system),
)
# 绑定系统、力场和迭代器三者的内容
mini = Sponge(withenergy, optimizer=updater)
# 使用回调函数，每一步都会打印输出能量、温度等信息
run_info = RunInfo(1)
mini.run(5, callbacks=[run_info])