一种基于约束正则模式的复杂函数极小值搜索方法

摘要

本发明属于计算化学和物理技术领域，具体为一种基于约束正则模式的复杂函数极小值搜索方法。本发明利用输入的原子坐标，已知的势能面能量函数，能量函数对坐标的一阶导数，求解能量极小值对应的原子坐标。其步骤为，从一个极小值对应的坐标体系开始，随机产生并优化得到一个约束的正则模式，通过在该模式方向上持续添加偏置势函数并重复能量极小值优化，达到越过势能面能量极大值的目的，最终优化得到新的极小值对应的坐标体系。本发明能快速搜索全局极小值的效果，并适用于复杂函数体系，同时具有搜索最优反应通道的功能。可用于遍历复杂分子、周期性晶体体系的势能面。

主权项

1.一种基于约束正则模式的复杂函数极小值搜索方法，其特征在于，利用输入的原子坐标q_i, i=1,2,…n，已知的势能面能量函数E=f(q_i), i=1,2,…n，能量函数对坐标的一阶导数F=g(q_i), i=1,2,…n，求解能量所有极小值对应的原子坐标，以及连接这些极小值的反应通道，具体步骤如下：步骤一、输入一个能量极小值坐标A，并随机产生一个模式N0；步骤二、在随机产生的模式N0基础上，通过约束双子方法优化得到一个约束的正则模式N；步骤三、在原有的势函数基础上，新添加该N方向的一个偏置高斯势函数，则总势能面V_tot可以表示为真实势能面V_real和偏置势函数V_G的和，即，沿着该N方向外推当前坐标，到由偏置势函数和原有势函数叠加产生的能量极小值附近；步骤四、能量极小值优化当前坐标；步骤五、判定是否达到最多的偏置高斯势函数个数（NG）的上限，或达到预设的能量阈值E_r ；达到则转到步骤六，否则重复步骤二、步骤三、步骤四；步骤六、去掉所有添加的偏置高斯势函数，能量极小值优化得到新的坐标体系B；步骤七、采用Metropolis 蒙特卡洛方法，判定B是否接受；如果接受，A被B替代；步骤八、重复步骤一到步骤七，寻找下一个能量极小值，或程序结束。