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1、1.什么是化学信息学？ 化学信息学是化学领域中近几年发展起来的一种新的分支，是建立在多学科基本上的交叉学科，运用计算机技术和计算机网络技术，对化学信息进行表达，管理，分析，模拟和传播，以实现化学信息的提取，转化与共享，揭示化学信息的实质与内在联系，增进化学学科的知识创新。 化学信息学是一门应用信息学措施来解决化学问题的学科。20世纪中后期，随着着计算机技术的发展，化学家开始意识到，近年来所积累的大量信息，只有通过计算机技术才干让科学界容易获得和解决，换言之，这些信息必须通过数据库的形式存在，才干为科学界所用。这一新领域浮现后来，没有一种恰当的名称。活跃在这个领域的化学家总是说她们在“化学信息”
2、领域工作。然而，由于这一名称难以将解决化学文献的工作和发展计算机措施来解决化学信息的研究分别开来。因此，某些化学家就称之为“计算机化学”，以强调采用计算机技术来解决化学信息工作的重要性。2. 化学信息如何分类? 化学信息学的研究内容的涉及范畴，不同的学者有不同论述。缪强觉得涉及如下六个方面：“化学、化工文献学；化学知识体系的计算机表达、管理与网络传播；化学图形学；化学信息的解析与解决；化学知识的计算机推演；化学教育与教学的现代技术与远程信息资源”。徐筱杰觉得化学信息学内容涉及：“化学信息的组织、管理、检索和使用；分子构造的编码、描述、三维构造的构建；化学信息的加工、解决及深化；计算组合化学；化
3、学体系中信息的互换及传递；分子的物理化学性质预测”。邵学广等人觉得化学信息学的研究内容重要涉及：“运用计算机技术和计算机网络技术对化学信息进行表达和管理；运用计算机网络技术对化学信息进行收集、传播和共享；化学体系的计算机模拟或建模；运用计算机技术对复杂的化学信息进行解析，以快捷以便的方式最大限度地提取和运用有用信息”。3. 通过网络理解国外有哪些分子模拟及化工模拟软件，并指出每个软件的优缺陷以及应用领域。(1) GROMACSGROMACS是用于研究生物分子体系的分子动力学程序包。它可以用分子动力学、随机动力学或者途径积分措施模拟溶液或晶体中的任意分子，进行分子能量的最小化，分析构象等。它的模
4、拟程序包涉及GROMACS力场(蛋白质、核苷酸、糖等)，研究的范畴可以涉及玻璃和液晶、到聚合物、晶体和生物分子溶液。GROMACS是一种功能强大的分子动力学的模拟软件，其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势。 长处： (1) GROMACS进行了大量的算法的优化，使其计算功能更强大。例如：在计算矩阵的逆时，算法的内循环会根据自身系统的特点自动选择由C语言或Fortran来编译。GROMACS中对Altivec loops的计算，无论是在Linux还是MacOSX.系统上，它都要比其他软件快3-10倍，并且GROMACS提高计算速度的同步也保证了计算精度。 (2) GROMACS具有和
5、谐的顾客界面，拓扑文献和参数文献都以文档的形式给出。在程序运营过程中，并不用输入脚本注释语言。所有GROMACS的操作都是通过简朴的命令行操作进行的。并且运营的过程是分步的，随时可以检查模拟的对的性和可行性，可以减少时间上的挥霍。 (3) GRMACS操作简朴，功能丰富，并且对于初学者来说易于上手。并且可以通过具体的免费使用手册，顾客可以得到更多的信息。 (4) 在模拟运营的过程中，GROMACS会不断报告顾客程序的运算速度和进程。 (5) GROMACS具有良好的兼容性。输入文献和输出的轨迹文献的格式都是独立于硬件的。 (6) GROMACS能通过二进制文献来写入坐标，这样就提供了一种压缩性
6、很强的轨迹数据存储措施，压缩方式的精度可以由顾客来选择。 (7) GROMACS还为轨迹分析提供了大量的辅助工具，顾客不必再为常规分析编写任何程序。GROMACS还提供了轨迹的可视程序，并且许多可视化工具都可以显示。 (8) GROMACS容许并行运算，使用原则的MPI通讯。 (9) GROMACS程序包中涉及多种常用的蛋白质和核酸的拓扑构造。涉及20种原则的氨基酸以及其变异体，4种核苷和4种脱氧核苷，以及糖类和脂类。 GROMACS的运营过程，重要由一系列的文献和命令构成。GROMACS一般的模拟过程可以提成如下三个阶段： (1) 前解决过程：生成模拟对象的坐标文献、拓扑构造文献以及平衡参数
7、及其外力作用参数等文献。 (2) 模拟过程：一方面要对系统进行能量最小化，避免构造的不合理而在模拟中浮现错误；然后是对系统升温过程，先给系统的各个原子以Boltzmen分布初速度，再模拟较短的时间以达到初步的平衡；最后进行真正的分子动力学模拟，即平衡过程。此过程一般时间步长为1fs，运营时间在ns量级，以保证模拟系统尽量找到势能的最低点。固然，对于其她的操作，如施加外力(模拟AFM加力)需要在平衡之后进行。在MD模拟的过程中，顾客可以运用配套的可视化软件，如VMD等随时观测模拟的过程及系统的状态。 (3) 后解决过程：MD模拟结束后，GROMACS会产生一系列文献，如.pdo文献(受力分析文献
8、)、.trr文献(模拟过程成果文献)、.edr文献(能量文献)等。同步，GROMACS自身还提供了多种分析程序，可以对这些文献进行分析，可以得到分子体系的多种信息。缺陷：(1) 成果可靠性差，反复性难，高档次分析工具欠缺，分析工具中bug多，并行通信量大(2) GROMACS力场对生物大分子，蛋白质的应用，较amber和charmm力场精确度差对螺旋构造的模拟效果不是较好,螺旋很容易散掉.因此很难用在应用上.不能拟定是由于力场还是由于蛋白自身构象转换(2) NAMDNAMD（NAnoscale Molecular Dynamics）是用于在大规模并行计算机上迅速模拟大分子体系的并行分子动力学代
9、码。NAMD用经验力场，如Amber，CHARMM和Dreiding，通过数值求解运动方程计算原子轨迹。 1. 软件所能模拟的体系的尺度，如微观，介观或跨尺度等 微观。 是众多md 软件中并行解决最佳的，可以支持几千个cpu 运算。在单机上速度也不久。 模拟体系常为为10,000-1,000,000 个原子。 2. 软件所属的类型，如MD，DPD，DFT，MC，量化，或交叉等 全原子md，有文献上也用它做过cgmd。 3. 软件能研究的有关领域，使用者的背景最佳是？ 使用的力场有charmm,x-plor,amber 等，适合模拟蛋白质，核酸，细胞膜等体系。 也可进行团簇和CNT 系统的模拟
10、软件原理典型，操作简朴。但需要对体系的性质足够理解。 4. 软件中重要波及的理论措施范畴 典型的md，以及用多种措施计算自由能和SMD模拟。 数据分析时候一般很少波及复杂的热力学和记录热力学的原理，但懂得某些最佳。 5.软件重要涉及的解决工具 namd 是计算部分，自身不能建模和数据分析（unix 的哲学kiss）。但vmd 同namd 系出同门，已同namd 实现无逢链接。 vmd 的tcl 脚本一定要搞懂，别的就不多简介了。2 6.与此软件密切有关的软件 vmd，及其她数据记录分析软件（excel，OOo-calc 等足够了）(3) AmberAmber是出名的分子动力学软件，用于蛋白质、
11、核酸、糖等生物大分子的计算模拟。Amber也指一种经验力场(empirical force fields)。 力场和代码是分开的， 某些软件中涉及amber力场, 而其她的力场也涉及在此amber的软件中。 AMBER提供两部分内容：用于模拟生物分子的一组分子力学力场（无版权限制，也用于其他某些模拟程序中）；分子模拟程序软件包，涉及源代码和演示。AMBER重要程序Leap：用于准备分子系统坐标和参数文献，有两个程序： xleap：Xwindows版本的leap，带GUI图形界面 tleap：文本界面的Leap Antechamber：用于生成少见小分子力学参数文献的。有的时候某些小分子Leap
12、程序不结识，需要加载其力学参数，这些力学参数文献就要antechamber生成 Sander：MD数据产生程序，即MD模拟程序，被称做AMBER的大脑程序。 Ptraj：MD模拟轨迹分析程序。(4) Simsci PRO/II Simsci PRO/II 流程模拟程序,广泛地应用于化学过程的严格的质量和能量平衡。SIMSCI公司是工业应用软件和有关服务的重要提供商。这些软件被广泛的应用在石油、石化、工业化工以及工程和制造有关专业。SIMSCI设计的软件产品可以减少顾客的成本、提高效益、提高产品质量、增强管理决策。PRO/II合用于：油/气加工、炼油、化工、化学、工程和建筑、聚合物、精细化工/制
13、药等行业，重要用来模拟设计新工艺、评估变化的装置配备、改善既有装置、根据环境规则进行评估和证明、消除装置工艺瓶颈、优化和改善装置产量和效益等。(5) Aspen PlusAspen Plus是一种生产装置设计、稳态模拟和优化的大型通用流程模拟系统。Aspen Plus是大型通用流程模拟系统，源于美国能源部七十年代后期在麻省理工学院（MIT）组织的会战，开发新型第三代流程模拟软件。该项目称为“过程工程的先进系统”（Advanced System for Process Engineering，简称ASPEN），并于1981年终完毕。1982年为了将其商品化，成立了AspenTech公司，并称之为
14、Aspen Plus。该软件通过20近年来不断地改善、扩大和提高，已先后推出了十多种版本，成为举世公认的原则大型流程模拟软件，应用案例数以百万计。1）产品具有完备的物性数据库物性模型和数据是得到精确可靠的模拟成果的核心。人们普遍觉得AspenPlus 具有最合用于工业、且最完备的物性系统。许多公司为了使其物性计算措施原则化而采用Aspen Plus 的物性系统，并与其自身的工程计算软件相结合。 Aspen Plus 数据库涉及将近6000 种纯组分的物性数据 1. 纯组分数据库，涉及将近6000 种化合物的参数。 2. 电解质水溶液数据库，涉及约900 种离子和分子溶质估算电解质物性所需的参数
15、。 3. 固体数据库，涉及约3314 种固体的固体模型参数。 4. Henry 常数库，涉及水溶液中61 种化合物的Henry 常数参数。 5. 二元交互作用参数库，涉及RidlichKwong Soave、Peng Robinson、Lee Kesler Plocker、BWR Lee Starling，以及Hayden OConnell状态方程的二元交互作用参数约40,000 多种，波及5,000 种双元混合物。 6. PURE10 数据库，涉及1727 种纯化物的物性数据，这是基于美国化工学会开发的DIPPR 物性数据库的比较完整的数据库。 7. 无机物数据库，涉及2450 种组分（大部分是无机化合物）的热化学参数。 8. 燃烧数据库，涉及燃烧产物中常用的59 种组分和自由基的参数。 9. 固体数据库，涉及3314 种组分，重要用于固体和电解质的应用。 10. 水溶液数据库，涉及900 种离子，重要用于电解质的应用。 Aspen Plus 是唯一获准与DECHEMA 数据库接口的软件。该数据库收集了世界上最完备的气液平衡和液液平衡数据，合计二十五万多套数据。顾客也可以把自己的物性数据与Aspen Plus 系统连接。 2
