[PPT] - A P y t h o n i n t e r f a c e f o r P a t h PowerPoint Presentation

SLIDE 1

A P y t h

i n t e r f a c e f

P a t h I n t e g r a l M

e c u l a r D y n a mi c s

i

I i s a P a t h I n t e g r a l M

e c u l a r D y n a m i c s ( P I M D ) i n t e r f a c e w r i t t e n i n P y t h

, d e s i g n e d t

e u s e d t

e t h e r w i t h a n a b i n i t i

v a l u a t i

t h e i n t e r a c t i

s b e t w e e n t h e a t

s . T h e m a i n g

l i s t

e c

p l e t h e p r

l e m

e v

v i n g t h e i

i c p

i t i

s t

a m p l e t h e a p p r

r i a t e t h e r m

y n a m i c e n s e m b l e a n d t h e p r

l e m

c

p u t i n g t h e i n t e r

t

i c f

c e s . T h e i m p l e m e n t a t i

i s b a s e d

a c l i e n t

e r v e r p a r a d i g m , w h e r e i

I a c t s a s t h e s e r v e r a n d d e a l s w i t h t h e p r

a g a t i

t h e n u c l e a r d y n a m i c s , w h e r e a s t h e c a l c u l a t i

t h e p

e n t i a l e n e r g y , f

c e s a n d t h e p

e n t i a l e n e r g y p a r t

t h e p r e s s u r e v i r i a l i s d e l e g a t e d t

e

m

e i n s t a n c e s

a n e x t e r n a l c

e , a c t i n g a s c l i e n t s . S i n c e t h e m a i n f

u s i s

p e r f

m i n g a b i n i t i

I M D – w h e r e t h e c

t

t h e f

c e e v a l u a t i

i s

e r w h e l m i n g r e l a t i v e t

h e i

i c d y n a m i c s – c l a r i t y h a s b e e n p r i v i l e g e d

e r s p e e d .

F

m

e i n f

m a t i

a b

t i

I a n d t

n l

d t h e s

r c e c

e g

t t p s : / / g i t h u b . c

/ i

i / i

i .

SLIDE 2

A P y t h

i n t e r f a c e f

P a t h I n t e g r a l M

e c u l a r D y n a mi c s

F

a b i n i t i

I M D i

I d e fj n i t e l y h a s a n u m b e r

m a j

a d v a n t a g e s

e r

h e r a p p r

c h e s :

t c a n b e u s e d w i t h d i fg e r e n t c

e s i n c l u d i n g F H I

i m s , Q u a n t u m E s p r e s s

a n d C P 2 K .

t i s a n

e n s

r c e p r

e c t a n d c a n b e e a s i l y m

i fj e d t

n c l u d e

t i

s w h i c h a r e n

a l r e a d y i n t h e c

e , s u c h a s d i fg e r e n t n e w e s t i m a t

s , d y n a m i c s c

s t r a i n s , t h e r m

y n a m i c i n t e g r a t i

, e t c . u s i n g a l l t h e a d v a n t a g e s

P y t h

l a n g u a g e .

e a c h b e a d a n i n d e p e n d e n t c

y

a b i n i t i

e c a n a n d s h

l d b e r u n t

r c h i v e t h e h i g h e s t p

s i b l e e ffj c i e n c y .

I a l l

s t

e r f

m b

h c

v e n t i

a l P a t h i n t e g r a l a s w e l l a s P a t h i n t e g r a l + G L E ( P I + G L E ) t h e r m

t a t s M D [ 1 ] f

a c c e l e r a t i n g t h e c

v e r g e n c e

t h e p

e n t i a l e n e r g y w i t h r e s p e c t t

h e n u m b e r

r e p l i c a s , a s w e l l a s t h e m

e r e c e n t P I G L E T m e t h

[ 2 ] , w h i c h a l s

c c e l e r a t e s t h e c

v e r g e n c e

t h e k i n e t i c e n e r g y .

1 . M . C e r i

t i , D . E . M a n

l

, M . P a r i n e l l

J . C h e m . P h y s . 1 3 4 ( 2 1 1 ) 8 4 1 4 . 2 . M . C e r i

t i , D . E . M a n

l

, P h y s . R e v . L e t t . 1 9 ( 2 1 2 ) 1 6 4 .

SLIDE 3

A P y t h

i n t e r f a c e f

P a t h I n t e g r a l M

e c u l a r D y n a mi c s

R e q u i r e me n t s i

I i s P y t h

c

e a n d d

s n

n e e d t

e c

p i l e d a n d i n s t a l l e d . T h e i

i fj l e i n t h e r

d i r e c t

y

t h e d i s t r i b u t i

i s t h e m a i n ( e x e c u t a b l e ) s c r i p t , a n d c a n b e r u n a s l

g a s t h e s y s t e m h a s i n s t a l l e d : P y t h

v e r s i

2 . 4

g r e a t e r T h e P y t h

n u m e r i c a l l i b r a r y N u m P y C

n i c a t i

p r

S i n c e i

I i s d e s i g n e d t

e u s e d w i t h a w i d e r a n g e

c

e s a n d p l a t f

m s , i t h a s t

e l y

a s i m p l e a n d r

u s t m e t h

f

c

m u n i c a t i n g b e t w e e n t h e s e r v e r a n d c l i e n t . E v e n t h

g h

h e r c h

c e s a r e p

s i b l e , a n d i t s h

l d b e r e l a t i v e l y s i m p l e t

m p l e m e n t

h e r m e a n s

c

m u n i c a t i

, t h e p r e f e r r e d a p p r

c h r e l i e s

s

k e t s a s t h e u n d e r l y i n g i n f r a s t r u c t u r e . B

h I n t e r n e t a n d U n i x d

a i n s

k e t s c a n b e u s e d : t h e l a t t e r a l l

f

f a s t c

m u n i c a t i

a s i n g l e n

e , w h e r e a s t h e f

m e r m a k e i t p

s i b l e t

e a l i z e a d i s t r i b u t e d c

p u t i n g p a r a d i g m , w i t h c l i e n t s r u n n i n g

d i fg e r e n t n

e s . U n i x d

a i n s

k e t i s p r e f e r a b l e f

d e s k t

c a l c u l a t i

s a s t h e c

m u n i c a t i

i s c

s i d e r a b l y f a s t e r . T h e f

c e fj e l d s c a l c u l a t i

s s h

l d b e a l s

e w i t h t h i s

t i

i f p

s i b l e . I n t e r n e t d

a i n s

k e t i s d e s i g n e d f

h e a v y a b i n i t i

i m u l a t i

s

c l u s t e r s . I t i s i m p

t a n t t

e m e m b e r , t h a t t h e a c t u a l s p e e d w

l d b e d e fj n e d b y t h e s l

e s t i n s t a n c e

a n a b i n i t i

e u s e d , b e c a u s e t h e r e s u l t s f

a l l t h e b e a d s a r e n e e d e d t

a k e a n e x t s t e p w i t h i n i

I .

SLIDE 4

i

I & F H I

i ms

I n

d e r t

s e i

I t

e t h e r w i t h F H I

i m s t h e l a s t s h

l d b e fj r s t p r

e r l y c

p i l e d . T

p i l e F H I

i m s c

e

e h a v e t

s e M a k e fj l e . i p i f r

/ s r c f

d e r . E x a m p l e : m a k e

M a k e fj l e . i p i i p i . m p i I m p

t a n t ! U n c

m e n t c

r e s p

d i n g l i n e s i n t h e M a k e fj l e . i p i a n d d

f

g e t t

l e a n t h e / s r c f

d e r w i t h m a k e c l e a n . A s a r e s u l t

e s h

l d h a v e a i m s . 7 1 9 1 4 _ 6 . i p i . m p i . x fj l e i n t h e / b i n f

d e r w h e r e 7 1 9 1 4 _ 6 i s t h e F H I

i m s v e r s i

( c a n b e d i fg e r e n t ) . T h i s fj l e s h

l d b e u s e d t

u n a b i n i t i

a l c u l a t i

s t

e t h e r w i t h i

I w r a p p e r .

SLIDE 5

i

I & F H I

i ms

F

p r a c t i c a l a p p l i c a t i

s i

I r e q u i r e s t w

l e s : a n i n p u t fj l e ( i n x m l f

m a t ) w h i c h c

t a i n s a l l t h e i n f

m a t i

n e c e s s a r y f

P I M D s i m u l a t i

s a n d c

fj g u r a t i

fj l e ( i n p d b , x y z

c h k f

m a t ) w i t h i n i t i a l g e

e t r y . T w

i n e s s h

l d b e a l s

d d e d i n t

H I

i m s c

fj g u r a t i

fj l e : u s e _ p i m d _ w r a p p e r 1 . 2 . 4 . 2 1 2

t p u t _ l e v e l M D _ l i g h t H e r e i n t h e fj r s t l i n e 1 . 2 . 4 . 2 1 i s t h e I P a d d r e s s

t h e s e r v e r w h e r e i

I w r a p p e r w i l l b e r u n a n d c a n b e

t a i n e d f

L i n u x s y s t e m s u s i n g i f c

fj g c

m a n d f r

a t e r m i n a l a n d 2 i s t h e p

t n u m b e r w h i c h w i l l b e u s e d f

t h e c

m u n i c a t i

b e t w e e n i

I a n d F H I

i m s i n s t a n c e s . T h e p

t s h

l d b e a v a i l a b l e

h e r w i s e a n e r r

w

l d b e g e n e r a t e d . T h e s e c

d l i n e i s a n i n t r i n s i c F H I

i m s

t i

t

e d u c e t h e i n f

m a t i

i n t h e

t p u t fj l e w h i c h i s i m p

t a n t f

l

g P I M D s i m u l a t i

s t

r e v e n t c r e a t i n g h u g e u n n e c e s s a r y fj l e s . T h e g e

e t r y . i n fj l e i s n

r e a l l y n e e d e d f

p r a c t i c a l a p p l i c a t i

s a s t h e a t

i c p

i t i

s w

l d b e s e n d t

h e F H I

i m s i n s t a n c e s e a c h t i m e b y i

I . N e v e r t h e l e s s , i t i s u s e d f

i n i t i a l i z a t i

a n d t h u s m u s t c

t a i n t h e s a m e s y s t e m a s i

I c

fj g u r a t i

fj l e .

SLIDE 6

i

I & F H I

i ms

A n e x a m p l e

c

v e n t i

a l P I M D s i m u l a t i

s w i t h 8 b e a d s f

a s i n g l e H 2 O m

e c u l e a t r

t e m p e r a t u r e c a n b e f

n d a t t a c h e d . i n p u t . x ml – i s t h e m a i n fj l e f

i

I . …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . < i n i t i a l i z e n b e a d s = " 8 " > D e fj n i n g t h e n u m b e r

b e a d s u s e d f

P I M D . < fj l e m

e = " x y z " u n i t s = " a n g s t r

" > H 2 O . x y z < / fj l e > D e fj n i n g t h e f

m a t , u n i t s t y p e a n d t h e n a m e

t h e g e

e t r y i n p u t fj l e . < v e l

i t i e s m

e = " t h e r m a l " u n i t s = " k e l v i n " > 3 < / v e l

i t i e s > I n i t i a l i z i n g i n i t i a l v e l

i t i e s w i t h r

t e m p e r a t u r e 3 K . < c e l l u n i t s = " a n g s t r

" > D e fj n i n g t h e s i m u l a t i

s u n i t c e l l . [ 2 . , . , . , . , 2 . , . , . , . , 2 . ] < / c e l l > < / i n i t i a l i z e >

SLIDE 7

i

I & F H I

i ms

< f

c e s > < s

k e t m

e = ' i n e t ' p b c = ' F a l s e ' > D e fj n i n g c

m u n i c a t i

t y p e a n d r e m

i n g p e r i

i c b

n d a r y c

d i t i

s i n i

I . T h e l a t t e r i s e s s e n t i a l f

F H I

i m s a s

h e r w i s e p e r i

i c b

n d a r y c

d i t i

s w

l d b e a p p l i e d t w i c e i n i

I a n d F H I

i m s w h i c h c a n l e a d t

y s t e r i

s e r r

s . < l a t e n c y > 1 . e

< / l a t e n y > D e fj n i n g t h e n u m b e r

s e c

d s b e t w e e n e a c h c h e c k f

n e w c l i e n t s . < p

t > 2 < / p

t > P

t n u m b e r ( s a m e a s i n c

t r

. i n fj l e f

F H I

i m s ) . < t i m e

t > 6 . e + 2 < / t i m e

t > D e fj n i n g t h e n u m b e r

s e c

d s b e f

e a s s u m i n g a c a l c u l a t i

h a s d i e d . I f t h e r e i s n

i m e

t . < a d d r e s s > 1 . 2 . 4 . 2 1 < / a d d r e s s > T h e s e r v e r I P a d d r e s s t h a t t h e s

k e t w i l l r u n

( s a m e a s i n c

t r

. i n fj l e f

F H I

i m s ) . < / s

k e t > < / f

c e s >

SLIDE 8

i

I & F H I

i ms

< t

a l _ s t e p s > 1 < / t

a l _ s t e p s > T h e t

a l n u m b e r

s t e p s f

P I M D s i m u l a t i

s . <

t p u t p r e fj x = " H 2 O " > D e fj n i t i

t p u t fj l e s w i t h p r e fj x H 2 O . < p r

e r t i e s fj l e n a m e = ' e n e r g i e s ' s t r i d e = ' 1 ' > [ s t e p , t i m e { p i c

e c

d } , p

e n t i a l { k e l v i n } , k i n e t i c _ c v { k e l v i n } ] < / p r

e r t i e s > S t e p n u m b e r , s i m u l a t i

t i m e , p

e n t i a l a n d k i n e t i c e n e r g i e s i n K e l v i n w r i t t e n i n H 2 O . e n e r g y fj l e e v e r y s t e p . < t r a j e c t

y fj l e n a m e = ' p

' s t r i d e = ' 1 ' f

m a t = ' x y z ' c e l l _ u n i t s = ' a n g s t r

' > p

i t i

s { a n g s t r

} < / t r a j e c t

y > A t

i c p

i t i

s i n a n g s t r

s w r i t t e n i n H 2 O . p

_ * . x y z fj l e s e v e r y s t e p . < t r a j e c t

y fj l e n a m e = ' f

c e ' s t r i d e = ' 1 ' f

m a t = ' x y z ' c e l l _ u n i t s = ' a n g s t r

' > f

c e s { p i c

e w t

} < / t r a j e c t

y > A t

i c f

c e s i n p i c

e w t

s w r i t t e n i n H 2 O . f

c e _ * . x y z fj l e s e v e r y s t e p . < c h e c k p

n t s t r i d e = " 1 "

e r w r i t e = " f a l s e " fj l e n a m e = " c h k " / > H 2 O . c h k i s a c h e c k p

n t fj l e w h i c h c a n l a t e r b e u s e d a s i n p u t fj l e , w i t h a l l t h e i n f

m a t i

r e q u i r e d t

e s t

e t h e s t a t e

t h e s y s t e m t

h e p

n t a t w h i c h t h e fj l e w a s c r e a t e d . T h e n e w d a t a w

l d b e a d d e d t

h e e n d

t h e fj l e e v e r y 1 s t e p s . < /

t p u t >

SLIDE 9

i

I & F H I

i ms

< p r n g > < s e e d > 1 5 < / s e e d > T h i s i s t h e s e e d n u m b e r u s e d t

e n e r a t e t h e i n i t i a l s t a t e

t h e r a n d

n u m b e r g e n e r a t

. < / p r n g > < e n s e m b l e m

e = ' n v t ' > T h e e n s e m b l e t h a t w i l l b e s a m p l e d d u r i n g t h e s i m u l a t i

. ’ r e p l a y ’ h e r e m e a n s t h a t a s i m u l a t i

i s r e s t a r t e d f r

a p r e v i

s s i m u l a t i

. < t h e r m

t a t m

e = ' p i l e _ g ' > D e fj n i n g t h e t h e r m

t a t t y p e . < t a u u n i t s = " f e m t

e c

d " > 2 < / t a u > T h e f r i c t i

c

ffj c i e n t f

w h i t e n

s e t h e r m

t a t s i n f e m t

e c

d s . < / t h e r m

t a t > < t i m e s t e p u n i t s = " f e m t

e c

d " > . 5 < / t i m e s t e p > S i m u l a t i

t i m e s t e p i n f e m t

e c

d s . < fj x c

> F a l s e < / fj x c

> T h i s d e s c r i b e s w h e t h e r t h e c e n t e r

m a s s

t h e p a r t i c l e s i s fj x e d . P l e a s e r e m e m b e r , t h a t t h e e s t i m a t

s i m p l e m e n t e d i n i

I a r e d e s i g n e d f

F a l s e

t i

. U s i n g T r u e h e r e l e a d s t

r

g r e s u l t s f

s m a l l s y s t e m s . < t e m p e r a t u r e u n i t s = " k e l v i n " > 3 < / t e m p e r a t u r e > S i m u l a t i

t e m p e r a t u r e i n K e l v i n . < / e n s e m b l e > …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SLIDE 10

i

I & F H I

i ms

C 6 H 6 . x y z – i s a s t a n d a r d x y z f

m a t g e

e t r y fj l e w h e r e t h e t

a l n u m b e r

a t

s , a t

s a n d t h e i r C a r t e s i a n c

d i n a t e s a r e s p e c i fj e d . …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 O 2 . 8 8 8 6 . 4 4 5 . 3 6 6 H 2 . 5 8 6 5 . 7 9 4 . 8 1 8 H 3 . 4 4 8 6 . 9 4 6 4 . 7 7 …. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

SLIDE 11

H

t

u n t h e s i mu l a t i

s

F i r s t

a l l

e s h

l d u s e t h e f

l

i n g c

m a n d t

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I s c r i p t : n

u p p y t h

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d e r / i

i i n p u t . x m l > i

i .

t & N e x t t h e r e q u i r e d n u m b e r

F H I

i m s i n s t a n c e s s h

l d b e s t a r t e d e i t h e r b y h a n d

b y a s c r i p t . T h e i

I w i l l d i s t r i b u t e t h e j

b e t w e e n a l l t h e a v a i l a b l e c

i e s

a b i n i t i

e , t h u s i t w i l l n

k i l l t h e s i m u l a t i

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e

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e F H I

i m s i n s t a n c e s w i l l d i e . O n e c a n a l s

d d m

e i n s t a n c e s

t h e c

e d u r i n g t h e s i m u l a t i

s . A s i m p l e e x a m p l e

t h e s c r i p t f

a d e s k t

i s : # ! / b i n / s h

a i m s _ x = / h

e / n a m e / P r

r a m s / f h i

i m s . 7 1 9 1 4 _ 6 / b i n / a i m s . 7 1 9 1 4 _ 6 . i p i . m p i . x P = 8 n

u p p y t h

/ h

e / n a m e / P r

r a m s / i

i

a s t e r / i

i i n p u t . x m l > i

i .

t & s l e e p 1 ; f

i i n ` s e q 1 $ P ` d

l e e p 2 ; m p i r u n

1 $ a i m s _ x > a i m s _ $ i .

t & d

e w a i t

SLIDE 12

S

t e x i t a n d R E S T A R T

A s w e l l a s

t p u t t i n g c h e c k p

n t fj l e s d u r i n g a s i m u l a t i

r u n , i

I a l s

r e a t e s a c h e c k p

n t a u t

a t i c a l l y a t t h e e n d

t h e s i m u l a t i

, w i t h fj l e n a m e “ R E S T A R T ” . I t c

t a i n s t h e f u l l s t a t e

t h e s i m u l a t i

. I t c a n b e u s e d t

e a m l e s s l y r e s t a r t t h e s i m u l a t i

i f t h e u s e r d e c i d e s t h a t a l

g e r r u n i s n e e d e d t

a t h e r s u ffj c i e n t s t a t i s t i c s ,

i f i

I i s t e r m i n a t e d b e f

e t h e d e s i r e d n u m b e r

s t e p s h a v e b e e n c

p l e t e d . i

I w i l l t r y t

e n e r a t e a R E S T A R T fj l e w h e n i t t e r m i n a t e s , e i t h e r b e c a u s e t

a l _ t i m e h a s e l a p s e d ,

b e c a u s e i t r e c e i v e d a ( s

t ) k i l l s i g n a l b y t h e

e r a t i n g s y s t e m . A s

t e x i t c a n a l s

e f

c e d b y c r e a t i n g a n e m p t y fj l e n a m e d “ E X I T ” i n t h e d i r e c t

y i n w h i c h i

I i s r u n n i n g . T h i s i s a c

r e c t w a y t

e r m i n a t e c a l c u l a t i

s

c l u s t e r s b e c a u s e i n t h i s c a s e t h e p

t u s e d w i l l b e a l s

v a i l a b l e a g a i n . O t h e r w i s e t h e p

t c a n b e b l

k e d f