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软物质是既不属于简单液体又不属于晶体的凝聚态物质的统称。典型的软物质包括胶体溶液、气溶胶、高分子、乳液、玻璃、凝胶、液晶、生物聚合物等。软物质的物理性质对其分子结构和相互作用微观细节大多非常敏感，通常需要作连续介质假设或平均场近似等的解析方法对于软物质理论研究作用有限，因此可以精确刻画分子结构和相互作用的分子模拟方法尤为重要。然而，软物质通常具有介观的时间和空间特征尺度，往往超出了常规的分子模拟所能达到的时空范围，改进和扩展常规分子模拟方法，对于软物质的理论研究而言是十分必要的。《软物质的分子建模与模拟》针对软物质理论研究的特点，大致包括两大部分内容：**部分介绍分子建模和模拟的基本概念和方法；第二部分介绍针对软物质研究的分子模拟领域近数十年来发展的一些技术和方法。这些技术和方法目前正在快速发展中，《软物质的分子建模与模拟》仅介绍其中的一部分，并对少量与作者的研究工作密切相关的技术和方法做了较详细的介绍。读者需要研阅更多、更新的文献，从而更全面地了解这个领域。

目录

丛书序

前言

第 1 章 绪论 1

1.1 软物质的定义和特征 1

1.2 软物质模型和模拟 2

1.3 增强抽样和加速模拟 4

1.4 总结 6

第 2 章 热力学与统计物理概要 7

2.1 宏观体系与微观态系综 7

2.1.1 微正则系综 8

2.1.2 正则系综 9

2.1.3 系综等价性 10

2.2 模型系统 11

2.2.1 理想气体 11

2.2.2 真实气体 13

2.2.3 标准溶液模型 14

第 3 章 **性原理概要 15

3.1 **性原理的出发点 16

3.2 Born-Oppenheimer 近似 16

3.3 密度泛函方法.18

3.4 DFT 算法在软物质研究中的简单应用 22

参考文献 24

第 4 章 分子建模和模拟基础. 25

4.1 分子建模 26

4.2 分子模拟基本概念 28

4.3 蒙特卡罗方法.31

4.4 分子动力学模拟 38

4.5 简单的数据分析 42

4.6 分子模拟的基本技巧 46

参考文献 48

第 5 章 基本的优化技术 51

5.1 寻找局部** 52

5.2 寻找全局** 54

5.3 寻找优化路径 56

参考文献 56

第 6 章 增强抽样与加速模拟57

6.1 概述 57

6.1.1 重要性抽样 59

6.1.2 增强抽样方法概论 60

6.2 Wang-Landau 方法 64

6.2.1 基本原理 64

6.2.2 扩展应用 66

6.3 并行回火方法.66

6.3.1 基本原理 66

6.3.2 应用特征 67

6.4 Metadynamics 方法.67

6.4.1 基本原理 67

6.4.2 扩展应用 68

6.5 广义正则系综模拟 68

6.5.1 基本原理 69

6.5.2 扩展应用 72

参考文献 74

第 7 章 系综模拟及数据分析方法 81

7.1 系综模拟数据分析方法 81

7.1.1 加权直方图分析法 82

7.1.2 马尔可夫态模型法 83

7.2 重加权系综动力学算法 84

7.2.1 方法介绍 84

7.2.2 算法应用及讨论 90

7.2.3 重加权非平衡系综动力学算法 95

7.2.4 小结 101

7.3 模拟数据分析方法 102

7.3.1 维数约化 102

7.3.2 聚类 105

7.4 轨迹映射算法 105

7.4.1 方法介绍 105

7.4.2 算法应用及讨论 109

7.4.3 轨迹映射用于增强采样 119

参考文献 124

第 8 章 多尺度建模和模拟 129

8.1 粗粒化和多尺度模拟简介 129

8.1.1 粗粒化建模与模拟 129

8.1.2 多尺度建模与模拟 131

8.2 自适应驱动的非平衡与多尺度模拟 134

8.2.1 自适应非平衡模拟 134

8.2.2 自适应驱动的多尺度模拟 139

8.3 展望 145

参考文献 146

索引 149

后记 151

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书籍介绍

软物质是既不属于简单液体又不属于晶体的凝聚态物质的统称。典型的软物质包括胶体溶液、气溶胶、高分子、乳液、玻璃、凝胶、液晶、生物聚合物等。软物质的物理性质对其分子结构和相互作用微观细节大多非常敏感，通常需要作连续介质假设或平均场近似等的解析方法对于软物质理论研究作用有限，因此可以精确刻画分子结构和相互作用的分子模拟方法尤为重要。然而，软物质通常具有介观的时间和空间特征尺度，往往超出了常规的分子模拟所能达到的时空范围，改进和扩展常规分子模拟方法，对于软物质的理论研究而言是十分必要的。本书针对软物质理论研究的特点，大致包括两大部分内容：第一部分介绍分子建模和模拟的基本概念和方法；第二部分介绍针对软物质研究的分子模拟领域近数十年来发展的一些技术和方法。这些技术和方法目前正在快速发展中，本书仅介绍其中的一部分，并对少量与作者的研究工作密切相关的技术和方法做了较详细的介绍。读者需要研阅更多、更新的文献，从而更全面地了解这个领域。