Kodomo

Пользователь

Учебная страница курса биоинформатики,
год поступления 2009

Вычисление параметров для молекулярной механики

Отчёт по заданию должен появиться на сайте к следующему занятию. Отчёт должен иметь ссылки на файлы с результатами счёта.



  1. Вам предоставлена оптимизированная структура этана в виде z-matrix : 

   1  $DATA
   2 eth
   3 C1
   4  C   
   5  C      1   cc 
   6  H      2   ch   1   cchv 
   7  H      2   ch   1   cch   3   d1 0
   8  H      2   ch   1   cch   3   d2 0
   9  H      1   ch   2   cch   3   d3 0
  10  H      1   ch   2   cch   5   d3 0
  11  H      1   chv  2   cch   4   d3 0
  12 
  13 cc=1.52986
  14 ch=1.08439
  15 chv=1.08439
  16 cch=111.200
  17 cchv=111.200
  18 d1=120
  19 d2=-120
  20 d3=180
  21  $END

Как вы видите, вместо значений длин и углов связей стоят переменные. Наша цель состоит в том, что бы создать порядка 20 разных файлов для расчёта энергии в Gamess с разными значениями по длине одной из связей. Для этого в представленных координатах одна связь или угол отличается названием переменной, но не её значением.

  1. Конечно можно сделать эти файлы вручную, но давайте попробуем автоматизировать процесс с помощью скрипта на bash. Bash это интерпретатор командной строки который автоматически запускается при присоединении к kodomo.

Составьте файл-заготовку для размножения, пусть имя файла будет et.inp. Для этого к координатам добавьте шапку для dft из предыдущего практикума. Только надо изменить информацию о типе входных координат: замените COORD=CART на COORD=ZMT. Проверьте работает ли Ваш файл-заготовка, т.е. запустите GAMESS если выходной файл не содержит ошибок, то переходим к следующему пункту.

  1. Теперь давайте создадим текстовый файл скрипта make_b.bash со следующим содержанием: 

   1 #!/bin/bash
   2 ### делаем цикл от -10 до 10 ##### 
   3 
   4 for i in {-10..10}; do 
   5 
   6 #### нам надо рассчитать новую длину связи #####
   7 #### с шагом 0.02 ангстрема,               #####
   8 #### воспользуемся калькулятором bc        #####
   9 #### и результат поместим в переменную nb  #####
  10 
  11      nb=$(echo "scale=5; 1.001 + $i/50" | bc -l)
  12 
  13 #### пролистаем файл et.inp и заменим указание переменной ###
  14 #### на новое значение и пере направим результат в файл   ###
  15 
  16      sed "s/cc=1.001/cc=$nb/" et.inp  > b_${i}.inp
  17 
  18 done

Поправьте скрипт так, что бы стартовая длина изменяемой связи соответствовала файлу et.inp. Запустите Ваш скрипт : 

   1  bash ./make_b.bash

Проверьте результат. У Вас должен быть 21 inp файл и в каждом разное значение для переменной сс.

  1. Давайте запустим расчёт для этих файлов, для этого перед строчкой с : 

   1 done

вставим запуск Gamess: 

   1 gms b_${i}.inp 1 > b_${i}.log

Запустите скрипт и через какое-то время расчёт закончится. Теперь нам надо извлечь значение энергии из log файла. Удобно воспользоваться awk.
Сначала в нашем скрипте комментируем запуск Gamess поставив в начало строчки c gms # . Не пропустите это шаг! Добавим после за комментированной строчки вызов awk, при этом мы ищем строчку с TOTAL ENERGY и печатаем 4ое поле считая что поля разделены пробелами: 

   1 awk '/TOTAL ENERGY =/{print $4}'  b_${i}.log

Запустите скрипт. На экране должно появится 21 значение энергии. Теперь удобно было бы выводить и значение длины связи, для этого добавьте перед вызовом awk распечатку переменой nb. Распечатаем переменную и несколько пробелов без переноса строки: 

   1 echo -n "$nb    "

Теперь запустите скрипт и если результат Вам подходит, т.е. есть две колонки цифр, то можно пере направить поток в файл : 

   1 bash ./make_b.bash > bond

  1. У вас есть зависимость энергии молекулы от длины одной связи. Эту зависимость можно построить в Excel. Вам предлагается сделать это в gnuplot.

Запустите Xming->XLaunch. Выберите тип расположения окон, удобно использовать Multiple windows. Next. Выберите Start Program. Run Remote-> Putty. Дальше всё как обычно: kodomo, username.
Перейдите в рабочую директорию. Запустите Gnuplot: 

   1 gnuplot

Постройте зависимость энергии от длины связи, просто введите : plot "bond" У вас должен появиться график с точками похожими на параболу. Теперь нам надо найти коэффициенты в функции f(x)=a+k(x-b)^2 которые бы позволили наиболее близко описать наблюдаемую зависимость. Для этого воспользуемся возможностями Gnuplot. Сначала зададим функцию в развернутом виде, в строке gnuplot введём:  f(x)=a + k*x*x - 2*k*x*b + k*b*b  И зададим стартовые значения коэффициентов: 

   1 a=-80
   2 k=1
   3 b=1.5

Проведём подгонку коэффициентов под имеющиеся точки в файле bond:  fit f(x) "bond" via a,k,b  Сохраните значения коэффициентов. Постройте графики функции и значений энергии из Gamess.  plot "bond", f(x) 

Сохраните изображение для отчёта. В отчёте обсудите причину не точного совпадения точек и функции.

  1. Проделайте аналогичные операции для валентного угла HCH, его значения должны изменяться от 109.2 до 113.2. Сохраните полученные коэффициенты в отчёт. Примечание: не перезаписывайте файл со значениями энергий они Вам нужны для отчёта. Сравните полученные константы с данными из статьи о GAFF. Укажите возможные причины расхождений ваших результатов и публикацией.
  2. Проделайте аналогичные операции для торсионного угла d3, его значения должны изменяться от -180 до 180 c шагом 12. Подгонку проводить не надо. Сохраните изображение и укажите в отчёте количество минимумов функции.
  3. * Увеличьте шаг до 0.1 ангстрема при расчёте связи. Постройте зависимость. Укажите какой функцией можно было бы аппроксимировать наблюдаемую зависимость.