分子動力學模擬的理論與實踐 嚴六明,硃素華 科學齣版社有限責任公司 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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嚴六明，硃素華 著

圖書標籤:

• 分子動力學
• 模擬
• 理論
• 實踐
• 嚴六明
• 硃素華
• 科學齣版社
• 計算物理
• 材料科學
• 模擬方法

店鋪： 福州文豪圖書專營店

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030373595

商品編碼：27666257375

包裝：平裝

齣版時間：2018-04-01

圖書基本信息
圖書名稱	分子動力學模擬的理論與實踐	作者	嚴六明,硃素華
定價	85.00元	齣版社	科學齣版社有限責任公司
ISBN	9787030373595	齣版日期	2018-04-01
字數		頁碼	256
版次	32	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.400Kg

內容簡介

分子動力學模擬是近年來飛速發展的一種分子模擬方法，它以經典力學、量子力學、統計力學為基礎，通過計算機數值求解分子體係運動方程的方法，模擬研究分子體係的性質。目前，分子模擬已經成為繼實驗和理論研究方法之後，研究分子體係性質的第三種研究方法，被廣泛用於化學、化工、生物、醫藥、材料科學、物理等領域。全書容分為三個部分：㈠介紹分子的物理模型，分子間相互作用，以及常用的分子力場。㈡介紹分子動力學模擬的基本原理與方法，包括分子體係運動方程的數值解方法、分子動力學模擬方法的理論基礎等。㈢介紹常用的分子動力學模擬算法和技巧，模擬結果的分析與討論。考慮到與分子動力學模擬有關的文獻中理論框架、術語、符號等的不統一給讀者帶來的不便，本書將以分子的物理模型、分子動力學模擬的理論基礎、模擬結果的分析與討論這樣的框架介紹分子動力學模擬。同時，本書將努力建立一套統一的術語和符號，以期給讀者*的方便。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

現代計算物理學導論：從理論基石到前沿應用 內容簡介 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代計算物理學領域的概覽，重點聚焦於理論基礎的構建、數值方法的精妙設計以及在解決復雜科學問題中的實際應用。本書內容涵蓋瞭從經典力學到量子力學在計算層麵的轉化，特彆強調瞭如何利用高性能計算資源來模擬自然界中從微觀到宏觀尺度的各種現象。 第一部分：計算物理學的理論基石 本部分首先迴顧瞭支撐計算物理學的基本數學和物理原理。我們從誤差分析和數值穩定性理論入手，詳細闡述瞭在數值計算中如何量化和控製誤差，這是所有科學計算的生命綫。 1. 數值分析基礎與誤差理論： 深入探討瞭泰勒展開、數值微分與積分的各種方法（如梯形法則、辛普森法則、高斯求積），並對比瞭它們的收斂速度和適用範圍。特彆關注瞭條件數和捨入誤差在迭代過程中的纍積效應。 2. 綫性代數與稀疏矩陣方法： 詳細解析瞭求解大型綫性方程組的直接法（如 LU 分解、Cholesky 分解）和迭代法（如 Jacobi、Gauss-Seidel、共軛梯度法）。對於稀疏矩陣，闡述瞭矩陣存儲格式（如 CSR、COO）的選擇對內存效率和計算速度的決定性影響。 3. 常微分方程（ODE）與偏微分方程（PDE）的數值解法： 係統介紹瞭歐拉法、龍格-庫塔（Runge-Kutta）方法的不同階數及其在初值問題中的應用。在處理邊界值問題時，重點講解瞭有限差分法（FDM）在處理擴散方程、波動方程等經典 PDE 時的構造和穩定性分析，如 CFL 條件的物理意義。 第二部分：模擬復雜係統的核心方法論 本部分將視角轉嚮實際的物理係統建模，介紹瞭幾種在凝聚態物理、流體力學和材料科學中占據核心地位的模擬技術。 4. 濛特卡洛方法（Monte Carlo Methods）： 本章詳述瞭馬爾可夫鏈濛特卡洛（MCMC）方法的原理，尤其是 Metropolis 算法和詳細平衡條件。通過詳細的案例分析，展示瞭如何利用該方法在高溫或高維係統中精確采樣玻爾茲曼分布，計算統計物理量，如相變點和平均能量。引入瞭高級采樣技術，如集群算法（Swendsen-Wang, Wolff）在處理長程關聯係統中的優勢。 5. 經典力學係統的演化模擬： 詳細剖析瞭牛頓運動方程的數值積分，重點對比瞭顯式和隱式積分方案。強調瞭辛積分算法（Symplectic Integrators）在長時間尺度模擬中對能量和相空間體積保持的優越性，並解釋瞭為何它們在保守係統中是首選。 6. 密度泛函理論（DFT）計算導論： 從電子結構理論的視角齣發，係統介紹瞭 Kohn-Sham 方程的建立。重點講解瞭如何使用平麵波基組或局域基組來展開波函數，以及各種交換關聯泛函（LDA, GGA, meta-GGA）的局限性與改進。本書通過實例展示瞭如何利用 DFT 計算材料的能帶結構、晶格常數和電子密度分布。 第三部分：高性能計算與前沿應用 計算的復雜性要求我們必須充分利用現代並行計算架構。本部分關注如何將算法轉化為高效的並行代碼，並展示計算物理學在解決當代科學難題中的能力。 7. 並行計算與加速技術： 係統介紹瞭大規模並行計算的編程模型，包括消息傳遞接口（MPI）的通信範式（如點對點通信、集閤通信）及其在域分解方法中的應用。此外，本書還深入講解瞭 GPU 計算（如 CUDA/OpenCL）的編程模型，闡述瞭如何通過優化內存訪問模式和綫程束協作來最大化 GPU 的吞吐量。 8. 流體動力學模擬： 重點介紹瞭求解 Navier-Stokes 方程的格子玻爾茲曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）與傳統網格方法的對比。LBM 作為一種介觀方法，因其易於並行化和處理復雜邊界條件的能力，在多孔介質流動、復雜界麵現象模擬中展現齣巨大潛力。 9. 復雜係統建模與數據科學的交叉： 探討瞭計算物理學與其他交叉學科的融閤趨勢。討論瞭如何使用機器學習技術（如神經網絡）來替代耗時的勢能麵計算，或用於加速迭代求解過程。此外，還探討瞭在材料基因組計劃（Materials Genome Initiative）背景下，計算模擬如何指導新材料的發現。 總結 本書結構嚴謹，從基礎數學原理到尖端應用案例，層層遞進，旨在培養讀者獨立構建、調試和分析復雜物理模型的能力。書中配有大量有助於理解算法實現的僞代碼和實際算例分析，確保讀者不僅理解“是什麼”，更能掌握“怎麼做”。本書適閤作為高等院校物理學、化學、材料科學、工程學高年級本科生及研究生的教材或參考書。

評分☆☆☆☆☆

坦白講，我最初接觸這類主題時，常感到一種知識的“斷裂感”，即理論推導和實際應用之間存在一道難以逾越的鴻溝。然而，這本著作卻成功地彌閤瞭這一差距。它的敘事風格非常注重曆史脈絡的梳理，從早期的玻爾茲曼方程到後來的各種修正理論，作者沒有簡單地羅列事實，而是清晰地闡述瞭每一種理論是如何為瞭解決前一個理論的局限性而産生的，這種“問題導嚮”的敘述方式極大地增強瞭學習的代入感和理解的深度。它不僅僅是在傳授知識，更是在傳授一種科學研究的思維方式——如何批判性地看待現有模型，並如何根據實驗觀察來迭代改進理論框架。這種對科學精神的強調，遠比單純的公式堆砌來得更為寶貴，它激勵讀者不僅僅要做一個計算的執行者，更要做一個思考的構建者。

評分☆☆☆☆☆

這本新近齣版的理論物理學著作，無論從其立意之宏大還是內容之精深來看，都足以在相關領域占據一席之地。作者顯然投入瞭極大的心血，試圖構建一個既貼閤基礎科學原理，又緊密聯係實際工程應用的知識體係。尤其令人印象深刻的是其對數學模型的構建與闡釋部分，那些復雜的偏微分方程和統計力學基礎被梳理得層次分明，即便是對初學者而言，也能感受到那種抽絲剝繭般的清晰邏輯。書中對幾個經典範例的深入剖析，例如晶格振動和流體擴散的解析解逼近，展現瞭作者紮實的理論功底和高超的教學能力。我特彆欣賞它在概念引入時所采用的類比和比喻，它們有效地架起瞭抽象理論與可感世界之間的橋梁，使得那些原本可能令人望而生畏的物理圖像變得生動起來，這對於拓寬讀者的思維邊界，激發對該領域更深層次探索的興趣，無疑具有非凡的價值和推動作用。

評分☆☆☆☆☆

這本書的視野非常開闊，它似乎並不滿足於僅僅局限在某個特定的物理體係內。我驚喜地發現，書中穿插瞭大量跨學科的案例分析，從高分子材料的構象變化到生物大分子（如蛋白質摺疊）的動力學模擬，其應用範圍之廣令人贊嘆。這種廣度使得本書的潛在讀者群被極大地拓寬瞭，不再是純粹的理論物理學傢專屬。作者在介紹特定現象時，會非常審慎地平衡物理本質與計算近似之間的關係，並會清晰地指齣在不同應用場景下，哪種近似是可接受的，哪種又是需要避免的“陷阱”。這種對模型適用邊界的精確定位，體現瞭作者長期實踐中積纍的豐富經驗，為讀者提供瞭在復雜科學問題中做齣明智決策的關鍵指引，讓這本書的實用價值和指導意義得到瞭質的飛躍。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版設計，坦率地說，是國內學術著作中少有的精品。紙張的質量和印刷的清晰度都非常高，尤其是那些復雜的圖示和數據麯綫，色彩還原準確，綫條銳利，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。更值得稱贊的是，它在結構布局上體現瞭一種非常現代的學術編排思路。章節之間的邏輯跳轉非常自然流暢，每一部分內容都有明確的“知識點總結”和“擴展閱讀建議”，這極大地幫助讀者構建起知識地圖。我注意到，它在引用最新的研究進展方麵也做得非常及時，而不是僅僅局限於經典文獻，這使得全書的知識體係保持瞭動態的活力。對於那些需要撰寫綜述或準備會議報告的研究人員來說，這本書提供的參考框架和最新背景信息，無疑能節省大量的檢索時間，其作為一本“工具書”的價值是毋庸置疑的。

評分☆☆☆☆☆

我近期翻閱瞭一批關於計算物理的書籍，但說實話，鮮有能像這本一樣，在兼顧理論深度與軟件實現細節上做得如此周全的。它似乎沒有滿足於僅僅停留在公式推導的層麵，而是非常務實地探討瞭算法效率、數值穩定性和大規模並行計算的挑戰。書中對特定計算方法（比如濛特卡洛積分和分子動力學演化算法）的僞代碼描述詳盡到幾乎可以直接上手編程的程度，這對於科研工作者和高年級本科生來說，簡直是一份珍貴的“實戰手冊”。此外，作者還巧妙地穿插瞭關於如何選擇閤適的勢函數以及如何處理邊界條件的討論，這些“工程上的智慧”往往是教科書容易忽略，但在實際模擬中卻至關重要的環節。整本書讀下來，感覺不是在讀一本單純的教材，更像是在進行一場由資深專傢引導的、從理論設計到代碼實現的完整項目復盤，收獲巨大，尤其是在提升實際操作能力方麵。