Question

您需要先阅读本书才能回答我的问题。

-背景- 我正在尝试学习《分子动力学》，并且从应该被介绍的书籍开始，但是在理解方程式或它们的解释时遇到了很多麻烦。我已经尝试了6到7本书，从介绍性章节开始，然后翻阅本书中的代码，我可以复制这些代码，以便为方程提供一些上下文，因为我无法理解它们。很明显，他们希望您具有很多先决的物理知识（似乎特别是MD知识），以了解方程式如何转换为一段代码。我参加了物理课程和3D物理引擎课程，但是这些知识对这项工作没有帮助。我唯一能找到的代码在“了解分子模拟：从算法到应用程序” 中，我对此有一些疑问，我在书中找不到答案。 如果您有任何对初学者更友好的先决条件书籍或课程，可以帮助我了解本书的背景材料，那就太棒了-背景知识-

这正是代码在书中的显示方式，我读到您应该在主程序结束后放置子例程，这就是我所做的。因为我只能找到处理非常小的代码段的fortran教程，所以我不确定是否应该在所有地方都使用stop，end和return它显示在这里，如果implicit none应该在其中，并且我应该将每个子例程放在不同的文件或类似的文件中。循环与python中的循环基本相同，因此我已经可以理解一些代码了，但是我看不到大图。

我面临的主要问题是，我在书中的任何地方都没有声明过我使用的许多变量（尽管我找到了关于它们代表某些变量的解释），这可能就是程序无法运行的原因。我收到此错误消息“启动失败。找不到二进制文件。”

如何声明变量delt，tmax，f（force），en（energy），ranf，lattice_pos ，x，v，temp，xm，dt，xr，box，r2i，{ {1}}，r6i，ff和xx？其中一些甚至可能不是变量，但我不认为它们是内置在fortran中的，因为我找不到关于它们的任何信息。另外我猜tmax与npart（N个粒子）的数目相同，所以为什么他们要使用2个不同的变量？

这些变量是什么意思？（我可以找到的vi和f除外）

每个原子的x，y，z坐标存储在哪里？我假设它们将存储在1个列表（或fortran中的等效项）中，每个列表包含3个值（对于x，y，z）或3个包含每个列表中所有x，y，z坐标的列表，在en子例程中。但是，情况并非如此，因为仅init和x被循环通过。

在子例程的开头立即将v设置为0时，为什么en是force()的输入？您不能在没有输入的情况下在函数内部声明它吗？

program main
call init

t=0
do while (t.lt.tmax)
call force(f,en)
call integrate(f,en)
t=t+delt
call sample
enddo
stop
end

subroutine init
sumv=0
sumv2=0
do i=1, npart
    x(i)=lattice_pos(i)
    v(i)=(ranf()-0.5)
    sumv=sumv+v(1)
    sumv2=sumv2+v(i)**2
enddo
sumv=sumv/npart
sumv2=sumv2/npart
fs=sqrt(3*temp/sumv2)
do i=1,npart
    v(i)=(v(i)-sumv)*fs
    xm(i)=x(i)-v(i)*dt
enddo
return

subroutine force(f, en)
en=0
do i=1, npart-1
    do j=i+1, npart
        xr=xr-box*nint(xr/box)
        r2=xr**2
        if (r2.lt.rc2) then
            r2i=1/r2
            r6i=r2i**3
            ff=48*r2i*r6i*(r6i-0.5)
            f(i)=f(i)+ff*xr
            f(j)=f(j)-ff*xr
            en=en+4*r6i*(r6i-1)-ecut
        endif
    enddo
enddo
return
end

subroutine integrate(f,en)
sumv=0
sumv2=0
dp i=1,npart
    xx=2*x(i)-xm(i)+delt**2*f(i)
    vi=(xx-xm(i))/(2*delt)
    sumv=sumv+vi
    sumv2=sumv2+vi**2
    xm(i)=x(i)
    x(i)=xx
enddo
temp=sumv2/(3*npart)
etot=(en+0.5*sumv2)/npart
return
end
    implicit none
end program main

Answer 1

与许多其他教科书一样，“理解分子模拟：从算法到应用程序”中的示例代码是伪代码。它不完整（例如，缺少声明），并且比“仅是数学”要更明确地说明算法。本书令人困惑，因为他们为伪代码编写了不完整的Fortran。

这仍然是一个很好的“一般问题”：了解如何使用带有Fortran的老式教科书材料：-）

在http://www.acmm.nl/molsim/frenkel_smit/index.html（阿姆斯特丹多尺度建模中心网站）上，您可以找到本书http://www.acmm.nl/molsim/frenkel_smit/README.html的实际Fortran代码，正如伊恩·布什（Ian Bush）所写的那样，该代码是老式的，艾伦和蒂尔德斯利本书有更新的和更新的代码：https://github.com/Allen-Tildesley/

关于您的问题：

如何声明变量delt，tmax，f（force），en（energy），ranf，lattice_pos，x，v，temp，xm，dt，xr，box，r2i，r6i，ff， xx和vi？其中一些甚至可能不是变量，但我不认为它们是内置在fortran中的，因为我找不到关于它们的任何信息。另外我猜tmax与npart（N个粒子）的数目相同，所以为什么他们要使用2个不同的变量？

您必须阅读有关算法的章节才能理解变量。但是，它们的列表在本书的“ xxi”页面上。
每个原子的x，y，z坐标存储在哪里？我假设它们将存储在1个列表（或fortran中的等效项）中，每个列表包含3个值（对于x，y，z）或3个包含每个列表中所有x，y，z坐标的列表，在init子例程中。但是事实并非如此，因为只有x和v循环通过。

在这里，伪代码还是有限制的。您可以使用多个选项来声明变量：（i）作者（请参见上面的文件链接）使用“公共块”，这是Fortran特定类型的全局变量。（ii）在Fortran 90及更高版本中可用的模块变量是“更好的全局变量”。（iii）将所有数据封装为可在主程序中声明的派生类型中，然后传递给子例程。

位置（在示例中）存储为数组x(npmax)，y(npmax)和z(npmax)。 npmax是最大粒子数。伪代码中未显示。请注意，在最新版本的Fortran（90及更高版本）中，您可以编写矢量操作，例如x = x + v*dt（其中x和v是 all 粒子的位置和速度，而dt是标量时间步）。
当在子例程开始时立即将其设置为0时，为什么要输入force（）？您不能在没有输入的情况下在函数内部声明它吗？

在Fortran中，传递需要更新的变量作为子例程的参数是常见的，但不是强制性的。编程样式各不相同。

“了解分子模拟：从算法到应用程序”中有关分子动力学代码的问题

1 个答案: