[发明专利]一种并行分子动力学模拟方法及系统

权利要求书

1.一种并行分子动力学模拟方法，该法为基于空间分解的分子动力学划分方法，其特征在于，包括：

依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力；以粒子间距离或列表粒子序作为标识，建立索引结构；依据所述计算索引结构的顺序，利用所述矩阵中第i行数据计算系统中第i个粒子所受合力；

依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息；

基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测；包括利用调整函数对每个粒子的速度和位置信息进行排序，确定累加统计顺序，所述调整函数的操作步骤包括：

步骤1：如果当前时间步需要输出统计结果；

步骤2：规约所有数据到0号处理器；

步骤3：0号处理器对于获得数据按照预定粒子序进行排序；

步骤4：通过公式累加输出统计结果；

所述全邻居列表粒子关系矩阵基于系统中所有粒子的坐标、速度、受力关系和作用势建立；所述宏观物理量包括：动能、温度、势能和守恒量。

2.如权利要求1所述的并行分子动力学模拟方法，其特征在于，所述全邻居列表粒子关系矩阵的建立还包括确定矩阵中各元素的值；若两个粒子间存在作用关系，则两个粒子在所述全邻居列表粒子关系矩阵中对应的元素的值为1；

若两个粒子间不存在作用关系，则两个粒子在所述全邻居列表粒子关系矩阵中对应的元素的值为0。

3.如权利要求1所述的并行分子动力学模拟方法，其特征在于，所述依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力包括：依据所述全邻居列表粒子关系矩阵的顺序，利用所述矩阵中第i行元素计算系统中第i个粒子所受合力，所述i表示正整数，直至计算系统中所有粒子所受的合力。

4.如权利要求3所述的并行分子动力学模拟方法，其特征在于，所述第i个粒子所受合力按下式进行计算：

式中，N：系统中与粒子i存在作用势的粒子的个数；h(i,j)：粒子i和粒子j间的关系函数；f(i,j)：粒子i和粒子j间的作用势函数。

5.如权利要求4所述的并行分子动力学模拟方法，其特征在于，所述粒子i和粒子j间的关系函数h(i,j)如下式所示：

所述粒子i和粒子j间的作用势函数f(i,j)如下式所示：

式中：r：粒子i和粒子j间的距离。

6.如权利要求1所述的并行分子动力学模拟方法，其特征在于，所述依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息包括：

依据所述每个粒子所受合力，通过同一个随机数发生器生成相同的速度生成命令随机数，利用Verlet速度积分算法计算和更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息。

7.一种并行分子动力学模拟系统，其特征在于，所述系统包括：合力模块、更新模块、统计与观测模块；

合力模块：用于依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力；

更新模块：用于依据所述每个粒子所受合力计算并更新所述全邻居列表粒子关系矩阵中所有粒子的速度和位置信息；

统计与观测模块：用于基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测；

所述全邻居列表粒子关系矩阵基于系统中所有粒子的坐标、速度、受力关系和作用势建立；所述宏观物理量包括：动能、温度、势能和守恒量；

所述模拟系统基于空间分解的分子动力学划分方法建立，包括：

依据预先建立的全邻居列表粒子关系矩阵的顺序计算每个粒子所受合力；以粒子间距离或列表粒子序作为标识，建立索引结构；依据所述计算索引结构的顺序，利用所述矩阵中第i行数据计算系统中第i个粒子所受合力；

基于所有粒子的速度和位置信息对系统宏观物理量进行统计与观测；包括利用调整函数对每个粒子的速度和位置信息进行排序，确定累加统计顺序，所述调整函数的操作步骤包括：

步骤1：如果当前时间步需要输出统计结果；

步骤2：规约所有数据到0号处理器；

步骤3：0号处理器对于获得数据按照预定粒子序进行排序；

步骤4：通过公式累加输出统计结果。