lammps输入文件命令中文详解.doc

作者: 御剑江湖 收录日期: 2011-03-31 发布日期: 2011-03-24

Commands

描述了lammps输入文件的格式和在定义lammps模拟所需要的命令.

1.1 LAMMPS input script

我们用lammps做分子动力学模拟, 需要一个输入文件. lammps在执行计算的时候, 从这个文本文件中逐行读入命令. 大多数情况, lammps输入文件中各个命令的顺序并不是很重要. 但是你要注意以下几点:

(1) lammps并不是将你的输入文件全部读入之后才开始进行计算的, 或者说, 每条命令在它被读入之后就会起作用了. 注意, 下面两组命令的执行效果是不相同的.

timestep 0.5
run 100
run 100

和

run 100
timestep 0.5
run 100

(2) 有些命令只有在另一些命令已经被定义的情况下才有效. 例如如果你要设定一组原子的温度, 那么用group命令定义哪些原子属于这个组才行.

(3) 还有一种情况就是: 命令B要用到命A设置的一些数值, 这样你也不能颠倒这两个命令的顺序.

每个命令的详细介绍中的Restrictions部分会说明要使用该命令定义的时候哪些命令必须要被预先定义.

如果你的输入文件书写的格式有问题, lammps在执行的时候会提示ERROR或者WARNING , 出现类似信息时, 你可以到手册的第九章中查询原因.

1.2 Parsing rules

输入文件中的每一非空行都被认为是一条命令. lammps中命令的书写是对大小写敏感的, 不过一般的命令和参数都是小写的, 大写字母用于极少数的情况.

(1) 命令行后的 & 表示这一行跟下一行是同一条命令. 这一点跟FORTRAN很像.

(2) 命令行最开始的 # 表示这一行在执行过程中被忽略, 你可以用它来写注释.

(3) $ 是跟声明变量有关系的, 我暂时还没用到过, 具体请参阅variable命令的详细介绍.

(4) 命令行被tabs, spaces间隔成各个“words”, 注意这里的“words”可以包含字母、数字、下划线、或标点符号.

(5) 一行中第一个词是命令名, 后续的词是相关的参数.

(6) 双引号内的文字空格被整体地当作一个参数 其中的 # 或 $ 就没有前面说的作用了.

1.3 Input script structure

lammps的输入文件一般分为4个部分Initialization, Atom definition, Settings, Run a simulation

后面的两个部分可以按照需要多次重复. Remember that almost all the commands need only be used if a non-default value is desired.

(1) Initialization

在你的模拟体系定义之前, 一些参数必须要被设置. 相关的命令有:units, dimension, newton, processors, boundary, atom_style, atom_modify.

units: 选择单位系统, lammps提供了lj、real、metal三种单位系统

dimension: 2d模拟还是3d模拟, 默认是3d

boundary: 边界条件：周期性边界or自由边界

atom_style: 定义你的模拟体系中的原子属性, 注意这个style要区分后面设置力场参数时命令里提到的atom type

还有, 这些命令告诉lammps在你的模拟中使用何种力场: pair_style, bond_style, angle_style, dihedral_style, improper_style.

(2) Atom definition

lammps提供3种方式定义原子:

① 通过read_data或read_restart命令从data或restart文件读入, 这些文件可以包含分子拓扑结构信息.

② 按照晶格的方式创建原子(不包含分子拓扑信息), 你会用到这几个命令: lattice, region, create_box, create_atoms.

③ 已经设置好的原子可以用replicate命令复制以生成一个更大规模的模拟体系.

(3)Settings

原子和分子的拓扑信息定义好后, 你要制定一系列的设置: 力场系数、模拟参数、输出选项 等等.

力场系数可以通过这些命令定义: pair_coeff, bond_coeff, angle_coeff, dihedral_coeff, improper_coeff, kspace_style, dielectric, special_bonds. 注意, 其实力场系数也可以在data文件中制定, 详见read_data命令介绍.

各种模拟参数由这些命令设置: neighbor, neigh_modify, group, timestep, reset_timestep, run_style, min_style, min_modify.

我觉得fix命令是lammps中很重要的一个命令, 它包括很多子命令, 可以施加一系列的边界条件、时间积分、诊断选项等等.

模拟过程中通过下面的命令制定lammps进行各种计算: compute, compute_modify, variable.

输出选项由thermo, dump, restart命令设置.

(4)Run a simulation

使用run命令开始一个分子动力学模拟, 用minimize命令来实施能量最小化(molecular statics), 使用temper命令来进行parallel tempering(replica-exchange) simulation.

1.4 Commands listed by category

这一节分门别类地列出了lammps的所有命令. 注意有些命令的有些选项是特定的lammps package的一部分, 也就是说只有在编译lammps的时候包括了这些packages, 这些命令才能被使用. 默认情况下编译lammps并不包括所有的packages. 这些依赖关系在相关命令的详细介绍中Restrictions部分中列出了.

Initialization: atom_modify, atom_style, boundary, dimension, newton, processors, units

Atom definition: create_atoms, create_box, lattice, read_data, read_restart, region, replicate

Force fields: angle_coeff, angle_style, bond_coeff, bond_style, dielectric, dihedral_coeff, dihedral_style, improper_coeff, improper_style, kspace_modify, kspace_style, pair_coeff, pair_modify, pair_style, pair_write, special_bonds

Settings: communicate, dipole, group, mass, min_modify, min_style, neigh_modify, neighbor, reset_timestep, run_style, set, shape, timestep, velocity

Fixes: fix, fix_modify, unfix

Computes: compute, compute_modify, uncompute

Output: dump, dump_modify, restart, thermo, thermo_modify, thermo_style, undump, write_restart

Actions: delete_atoms, delete_bonds, displace_atoms, displace_box, minimize, run, temper

Miscellaneous: clear, echo, if, include, jump, label, log, next, print, shell, variable

作者：御剑江湖
一、各种文件的介绍：

1 in file:建立该文件以便程序的写入

2 log file：写入状态信息（if the switch is used?）

3 screen file 决定结果的是否进行屏幕输出

4 var name file 定义一个变量，name指变量名，可为字母也可为字符串，形式$x / $ {abc}

二、屏幕输出：

结果显示在屏幕上，同时在log file 中。开始前LAMMPS计算出所需的存储空间，运行中每隔几个时步显示一次热力学状态，直至输出最终状态。

Loop time of 49.002 on 2 procs for 2004 atoms 该部分显示了几个大类的计算时间

Pair time (%) = 35.0495 (71.5267)

Bond time (%) = 0.092046 (0.187841)

Kspce time (%) = 6.42073 (13.103)

Neigh time (%) = 2.73485 (5.5811)

Comm time (%) = 1.50291 (3.06703)

Outpt time (%) = 0.013799 (0.0281601)

Other time (%) = 2.13669 (4.36041)

Nlocal: 1002 ave, 1015 max, 989 min 每个处理器中特定原子的数目

Histogram: 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Nghost: 8720 ave, 8724 max, 8716 min

Histogram: 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Neighs: 354141 ave, 361422 max, 346860 min

Histogram: 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1

Total # of neighbors = 708282

Ave neighs/atom = 353.434

Ave special neighs/atom = 2.34032

Number of reneighborings = 42

Dangerous reneighborings = 2

当运用了能量最小化命令进行能量最小化时，还将出现如下所示语句：

Minimization stats:

E initial, next−to−last, final = −0.895962 −2.94193 −2.94342 （显示初终能量以及next-to-last 循环的能量）

Gradient 2−norm init/final= 1920.78 20.9992 （给出能量梯度，即所有原子的受力）

Gradient inf−norm init/final= 304.283 9.61216 2-form是力向量的长度，inf-form是最大构成？

Iterations = 36 循环次数

Force evaluations = 177 对力进行评定的次数

当程序中有kspace_style long−range Coulombics solve，将会显示以下语句：

FFT time (% of Kspce) = 0.200313 (8.34477) 完成3d FFT计算的时间及在总时间中占的百分比

FFT Gflps 3d 1d−only = 2.31074 9.19989

每秒执行的浮点指令次数（flops）为5N*log(2N),N为3维晶体中的节点数

The 3d rate is with communication; the 1d rate iswithout (just the 1d FFTs).

在GPU（图形处理单元）上的运行

三、指令系统介绍（*）

一般来说指令的顺序并不重要，胆在以下几种情况中必须注意：

1 LAMMPS并不是全部读完所有指令才执行，而是读一行执行一次，因此下面的两组语句是不同的：

timestep 0.5 以下的两个模拟其步长均为0.5 fmsec

run 100

run 100

run 100 第一个模拟采用缺省值步长为1 fmsec

timestep 0.5

run 100 第二个采用步长为0.5 fmsec

2 某些指令只在其他指令之后才生效，如要得到系统温度必须先进行各种定义

3 若A指令在B之前，B可以引用A定义的变量

四、语法规则

在LAMMPS中要区分大小写，一般指令名称用小写字母，文件及用户定义ID

Strings 用大写。

LAMMPS对每行语句的语法要求如下：

1 当语句太长一行放不下时，在语句一行结束的时候输入字符 “” 表示下一行的语句接着上一行继续。

2 在#之后输入的字符认为是评论语句，是无用的，但有例外

3 紧跟在$后定义变量（之前讲过）

4 单词间用空格隔开

5 第一个词为指令名，接下来的字母全都为自变量（arguments）

6 If you want text with spaces to be treated as a single argument, it can be enclosed in double quotes

五、输入的语句结构

一个普通的LAMMPS程序通常由以下四部分组成：

1 初始化

2 原子定义

3 设定

4 进行模拟

初始化阶段：设定所需参数，相关各项命令，引入所需的力场参数

相关命令介绍：

1 units command

语句形式：

units style

· style = lj or real or metal or si or cgs or electron

Examples:

units metal

units lj

该语句定义了单元类型，除了LJ类型，其他物理常量来自于某网，定义实际单元的热能=4.184J。

而在LJ类型中，所有变量都是无单位的（参考陈义龙的论文） 实际量换算成简化单位量有系列公式。

以下列出了换算关系及其它各种类型中所使用的标准单位。

This command cannot be used after the simulation box is defined by a read_data or create_box command.

缺省状态默认为LJ类型

2 语句形式：

dimension N

· N = 2 or 3 例如：dimension 2

一般缺省为3d模拟，2d模拟的话要在建立simulation box之前进行设定（其余省略）

COMMANDS LISTED BY CATEGORY

以下列出的LAMMPS命令以按类分好，其分类情况如下：

初始化指令：atom_modify, atom_style, boundary, dimension, newton, processors, units

原子定义指令：create_atoms, create_box, lattice, read_data, read_restart, region, replicate

力场指令：angle_coeff, angle_style, bond_coeff, bond_style, dielectric, dihedral_coeff, dihedral_style, improper_coeff, improper_style, kspace_modify, kspace_style, pair_coeff, pair_modify, pair_style, pair_write, special_bonds

设定指令：communicate, dipole, group, mass, min_modify, min_style, neigh_modify, neighbor, reset_timestep, run_style, set, shape, timestep, velocity

FIXES fix, fix_modify, unfix

Computes: compute, compute_modify, uncompute

Output:

dump, dump_modify, restart, thermo, thermo_modify, thermo_style, undump, write_restart

Actions:

delete_atoms, delete_bonds, displace_atoms, displace_box, minimize, prd, run, temper

Miscellaneous:

clear, echo, if, include, jump, label, log, next, print, shell, variable

六 how to discussions()

重启一个模拟。有3种方法继续长的LAMMPS程序。在同一个程序中可多次使用运行命令。每次运行都会接着上一条运行指令（run command）进行。Binary file 使用restart command将binary files存入硬盘中，之后用read-restart命令可将binary file读出。或者可转为text data files，经read-data命令读出。restart2data

涉及到的命令：

1 run command

syntax

run N keyword values……(N= # of timesteps; zero or more keyword/value pairs may be appended; keyword= upto or start or stop or pre or post or every)

Examples:

run 10000 # 运行10000步；N=0意味着直接把现系统的热力学值输出

run 1000000 upto # 从当前开始一直运行至upto所指定的数值（该语句意为运行至10000000步止）

run 100 start 0 stop 1000

run 1000 pre no post yes

run 100000 start 0 stop 1000000 every 1000 "print Protein Rg = $r"

run 100000 every 1000 NULL

（补充说明 fix 指令：

Syntax:

fix ID group−ID style args

· ID = user−assigned name for the fix ID是用户自己定义的名字，便于通过fix定义

· group−ID = ID of the group of atoms to apply the fix to

· style = one of a long list of possible style names (see below)

· args = arguments used by a particular style

Examples:

fix 1 all nve

fix 3 all nvt temp 300.0 300.0 0.01

fix mine top setforce 0.0 NULL 0.0

fix指令的用途是对一组原子进行定义，可以用于更新原子的位置、速度、控制温度、加常力、施加边界条件等。当两个或更多fix在同一过程中作用时，根据程序中的先后顺序执行fix指令。Fix指令可通过unfix指令来消除，形式为unfix fix-ID)

对于run 100 start 0 stop 1000 这个语句来说，主要与fix语句配合使用。

fix 1 all nvt 200.0 300.0 1.0 这两个指令的功能是在接下来的1000步运行中，每

run 1000 步的温度都要从200度升到300度

fix 1 all nvt 200.0 300.0 1.0 对于左侧的一组指令，温度随着从0到10000步的执行

run 1000 start 0 stop 10000 逐渐升至300.0度，是一个发生在整个过程的渐变行为

run 1000 start 0 stop 10000

...

run 1000 start 0 stop 10000（共10个）

至于pre and post大概是这样的，pre no 的意思是跳过初始设定阶段，如果以下的计算是承接之前运行命令的话（意思是采用之前的参数） 但是如果该run指令是第一个指令是，该设定会被忽略。

注意：当两次运行指令之间使用了修改设定值的命令时（比如fix等），pre no是不允许的，必须重新设定，否则报错

若是post no，则跳过full timing summary, 输出one-line summary timing

Every 的作用是将一个run分成一系列较短的runs

variable q equal x[100]

run 6000 every 2000 "print Coord = $q"

每运行2000步输出一次某原子的x坐标值

Default:

The option defaults are start = the current timestep, stop = current timestep + N, pre = yes, and post = yes. 在run语句中的缺省值

2 restart command (将binary files存入硬盘) restart文件是lammps的一种输出文件形式

Syntax:

restart 0 N = write a restart file every this many timesteps

restart N root root = filename to which timestep # is appended

restart N file1 file file1,file2 = two full filenames, toggle between them when writing file

Examples:

restart 0

restart 1000 poly.restart

restart 1000 restart.*.equil

restart 10000 poly.%.1 poly.%.2

restart 0 意味着不输出restart files。与dump文件一样，restart不能包含两个wild card characters（即通配符）。若filename中含有*号，则它会被目前的值所代替（该情况只在仅有一个filename的情况下成立）

作者：wuchenwf
不错

作者：sg18408926
:D:D:D:D

作者：zb1123
:tiger37:

作者：Camilleyuxia
给力，给力！:D:D

作者：Camilleyuxia
可以再增加点哦，对于我们新手来说真的很给力啊

作者：jiangtao9571
很详细，很有用！

作者：hwt010101
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