分子体系模拟应用入门（第2版）（英文版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[法] Martin J.Field（M.J.菲尔德） 著

图书标签:

• 分子模拟
• 分子动力学
• 计算化学
• 材料科学
• 生物物理
• 蒙特卡洛方法
• Python
• GROMACS
• NAMD
• 模拟应用

出版社： 世界图书出版公司

ISBN：9787510084430

版次：1

商品编码：11642888

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-01-01

用纸：胶版纸

正文语种：英文

内容简介

　　《分子体系模拟应用入门（第2版）（英文版）》是一本分子体系计算机模拟的入门性及实践指导性教材，这是扩展了的第二版，大量介绍了原子层面的分子模拟技巧。书中囊括了大量的Python中的案例和程序模型，并做了详细的描述，这些实例涉及化学、生物学及材料科学。

内页插图

目录

Preface to the first edition
Preface to the second edition
1 Preliminaries
1.1 Introduction
1.2 Python
1.3 Object-oriented programming
1.4 The pDynamo library
1.5 Notation and units
2 Chemical models and representations
2.1 Introduction
2.2 The System class
2.3 Example 1
2.4 Common molecular representations
2.5 Example 2
3 Coordinates and coordinate manipulations
3.1 Introduction
3.2 Connectivity
3.3 Internal coordinates
3.4 Example 3
3.5 Miscellaneous transformations
3.6 Superimposing structures
3.7 Example 4
4 Quantum chemical models
4.1 Introduction
4.2 The Born-Oppenheimer approximation
4.3 Strategies for obtaining energies on a potential energy surface
4.4 Molecular orbital methods
4.5 The Hartree-Fock approximation
4.6 Analysis of the charge density
4.7 Example 5
4.8 Derivatives of the potential energy
4.9 Example 6
5 Molecular mechanics
5.1 Introduction
5.2 Typical empirical energy functions
5.3 Calculating a molecular mechanics energy
5.4 Example 7
5.5 Parametrizing potential energy functions
5.6 Soft constraints
Hybrid potentials
6.1 Introduction
6.2 Combining QC and MM potentials
6.3 Example 8
6.4 Covalent bonds between QC and MM atoms
6.5 Example 9
Finding stationary points and reaction paths on potential
energy surfaces
7.1 Introduction
7.2 Exploring potential energy surfaces
7.3 Locating minima
7.4 Example 10
7.5 Locating saddle points
7.6 Example 11
7.7 Following reaction paths
7.8 Example 12
7.9 Determining complete reaction paths
7.10 Example 13
8 Normal mode analysis
8.1 Introduction
8.2 Calculation of the normal modes
8.3 Rotational and translational modes
8.4 Generating normal mode trajectories
8.5 Example 14
8.6 Calculation of thermodynamic quantities
8.7 Example 15
……
Appendix 1 The pDynamo library
Appendix 2 Mathematical appendix
Appendix 3 Solvent boxes and solvated molecules

前言/序言

现代计算化学与材料科学前沿进展 本书聚焦于当前计算化学和材料科学领域的核心方法与最新突破，旨在为科研人员和高级学生提供一个深入理解和应用先进模拟技术的平台。 本书的叙事结构围绕着如何利用高精度计算工具解决复杂化学和物理问题展开，内容涵盖了从基础理论到尖端应用的多个层面。我们摒弃了对特定应用实例的罗列，转而着重于方法的内在逻辑、局限性分析以及未来发展的趋势，确保读者能够构建起坚实的理论框架，以应对不断变化的科研需求。 第一部分：计算模拟的理论基石与精度控制 本部分深入探讨了现代计算模拟方法的理论基础，重点剖析了不同层次计算方法的适用范围和精度瓶颈。 第一章：量子化学计算的精确性探究 本章详细分析了当前主流的电子结构计算方法，如密度泛函理论（DFT）的最新发展。我们不仅回顾了经典泛函（如LDA, GGA）的不足，更侧重于探讨后DFT时代的改进方案，包括混合泛函、轨道依赖型泛函（如Hubbard U方法）以及元泛函（Meta-GGA）的构建哲学。 章节中对高精度方法如耦合簇理论（Coupled Cluster, CCSD(T)）的计算成本、适用体系大小进行了深入的理论推导和限制分析。重点讨论了不完备基组误差的系统性修正方法，以及如何通过随机量子蒙特卡洛（Quantum Monte Carlo, QMC）方法绕开波函数展开的维度灾难，实现对基态能量的独立验证。 第二章：多尺度模拟的桥接技术 现代科学问题往往涉及从原子到宏观尺度的多尺度耦合。本章聚焦于实现这种跨尺度连接的衔接算法与数据映射技术。 我们详细讨论了从量子力学到分子力学的映射（QM/MM接口），强调了电荷转移、极化效应在连接区域处理上的挑战与前沿解决方案。此外，对粗粒化（Coarse-Graining, CG）方法的理论基础进行了细致剖析，特别是如何设计能够精确保留关键自由能的力场参数化策略，而非仅仅匹配局部结构。重点分析了时间尺度的拓展问题，例如如何通过加速分子动力学（Accelerated MD）技术，如Metadynamics或Replica Exchange，来有效采样高能垒过程。 第二部分：复杂系统的动力学与统计物理 本部分着重于如何利用动力学模拟来理解体系随时间演化的过程，并结合统计物理原理进行有效的计算采样。 第三章：高级分子动力学与采样优化 本章超越了标准牛顿运动学积分，关注于如何处理高自由度、高能垒体系的采样问题。 重点剖析了稀有事件模拟（Rare Event Simulation）的理论框架，包括反应路径分析、伞形采样（Umbrella Sampling）的优化部署，以及路径积分分子动力学（Path Integral MD）在处理零点能和量子隧穿效应中的实际应用。特别强调了温度与压力耦合算法的收敛性分析，以及如何识别模拟结果中隐藏的非平衡态伪影。对于涉及长程相互作用的体系，如电解质溶液，本章也探讨了长程修正的效率与准确性权衡。 第四章：统计力学在计算中的应用 本章将计算模拟结果置于统计力学框架下进行解释。我们探讨了自由能的计算范式，对比了端态积分（Thermodynamic Integration, TI）、自由能微扰（Free Energy Perturbation, FEP）的收敛速度与计算成本。 重点关注非平衡态热力学在耗散过程中的应用，以及如何通过Flory-Huggins理论等统计模型来指导聚合物体系的构象搜索。此外，本章还涵盖了基于贝叶斯推理的参数修正方法，即如何利用实验数据，以最小化偏差的方式迭代优化分子模型参数。 第三部分：前沿应用领域的计算方法论 本部分将理论和动力学方法应用于当前材料科学和生物物理领域面临的重大挑战，侧重于方法学的创新和适用性。 第五章：界面与表面现象的精确建模 本章专注于固-液、固-气界面的复杂结构和反应性。讨论了范德华力（如vdW-DF和更先进的修正）在描述吸附、润湿行为中的不可替代性。 针对催化剂的设计，我们深入探讨了表面反应机理研究中如何结合电化学势（Electrochemical Potential）的概念，实现对电荷转移过程的精确控制和模拟。对于多孔材料，本章分析了气体吸附容量与选择性的计算预测，强调了孔道环境对吸附物构象变化的影响建模。 第六章：复杂软物质与生物系统的计算框架 本章探讨了在研究聚合物、液晶以及蛋白质折叠等复杂软物质系统时，传统原子级模拟所遭遇的局限性。 重点分析了连续介质模型（Continuum Models）如Poisson-Boltzmann方程在处理离子强度和电荷分布时的适用边界。对于生物大分子，本章讨论了蛋白质-溶剂相互作用的有效势场构建，以及如何利用拓扑重构（Topological Reconstruction）方法在保持关键结构特征的前提下，实现对溶剂环境的粗粒化，从而将模拟时间尺度推至微秒乃至毫秒级别，以捕捉重要的构象转变事件。 本书致力于提供一个高阶的、面向方法论创新的计算化学视角，鼓励读者批判性地评估现有工具的潜力与局限，并指导其开发下一代模拟技术。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷，是希望它能帮助我更有效地利用现有的分子模拟软件。这本书在软件应用方面的讲解，确实超出了我的预期。它不仅介绍了一些主流的分子模拟软件的基本操作，更重要的是，它讲解了如何将理论知识与软件应用相结合，如何根据研究目标来选择合适的软件和参数。书中提供了一些具体的软件使用技巧和注意事项，这些都是在官方文档中可能很难找到的。我尝试按照书中的指导，在一些常用的软件中进行了一些操作，发现效率大大提升。而且，它还强调了结果的分析和解读，这对于科研工作者来说至关重要。这本书就像一个经验丰富的“老炮”，将自己多年的实践经验毫无保留地分享出来，让我少走了很多弯路。它让我意识到，学会使用一个软件，远不止于了解它的菜单，更在于理解其背后的原理和应用逻辑。

评分☆☆☆☆☆

我个人非常看重一本技术类书籍的“上手性”，特别是对于一个初学者而言。这本书在这一点上的表现非常出色。从一开始的章节设置，就循序渐进地引导读者进入分子模拟的世界，而不是上来就抛出大量晦涩难懂的理论。它似乎深谙初学者的痛点，从最基础的概念入手，一步一步地构建知识体系。我特别喜欢它提供的那些案例分析，每一个案例都紧密结合了实际应用，让我能清晰地看到分子模拟是如何解决科研和工程领域中的实际问题的。书中给出的代码示例也非常实用，清晰明了，甚至连一些非常细微的操作步骤都一一列举，这对于想立刻动手实践的读者来说简直是福音。我尝试跟着书中的例子进行了一些简单的模拟，发现过程异常顺畅，几乎没有遇到什么阻碍。这种“手把手”的教学方式，极大地降低了学习门槛，让我感觉自己不再是孤军奋战，而是有一个经验丰富的向导在旁边指引。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常吸引我。作为一本英文原版书籍，它在用词上非常精准，但又不会显得过于枯燥或生硬。作者似乎很注重与读者的沟通，行文中充满了启发性和引导性。我常常在阅读的过程中，会有一种“原来如此”的顿悟感。它不像有些学术著作那样，充斥着大量冗余的学术术语，而是用一种更易于理解的方式来传达复杂的概念。我特别喜欢它在解释一些难点问题时，会采用一些形象的比喻或者类比，这使得那些抽象的理论变得生动起来，更容易被接受。而且，它的句子结构也很多样，长短句结合，使得阅读过程不会显得单调。有时，我会停下来，仔细回味作者的措辞，从中体会到一种智慧的闪光。这本书让我感受到，学习一门技术，也可以是一种愉悦的智力探索过程。

评分☆☆☆☆☆

这本《分子体系模拟应用入门》（第2版）（英文版）的装帧设计真是令人眼前一亮，封面配色沉静而富有科技感，硬壳封面也提供了良好的保护，手感扎实。拿到书的那一刻，我就被它精美的排版和清晰的字体所吸引。纸张的质感也相当不错，翻页时没有刺耳的摩擦声，墨迹印刷清晰，即使长时间阅读也不会感到疲劳。更值得一提的是，书中大量的插图和图表都绘制得非常精细，色彩运用得当，使得原本可能枯燥的理论知识变得生动形象，直观易懂。我尤其欣赏它在细节上的处理，比如章节标题的字体大小、段落之间的留白、参考文献的格式等等，都显得十分专业和用心。作为一个对排版印刷有着一定要求的读者，这本书无疑给了我极大的惊喜。它不仅是一本知识的载体，更是一件值得收藏的艺术品，让人在学习的同时也能享受到视觉上的愉悦。这种严谨的制作态度，也让我对书中内容的质量充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个偶然的机会接触到这本书的，当时正在寻找一种能够系统学习分子动力学模拟的方法。这本书的内容深度恰到好处，既有足够的理论深度来支撑理解，又不会过于理论化而脱离实际。作者在阐述核心概念时，总是能够巧妙地将其与实际的计算方法联系起来，让我能够理解“为什么”要这样做，而不是仅仅记住“怎么”做。我尤其欣赏它对不同模拟算法的介绍，不仅解释了它们的原理，还对比了各自的优缺点和适用范围，这对于选择合适的模拟方法非常有帮助。书中对各种参数的含义和影响也进行了详细的解释，这对于进行精确的模拟至关重要。我感觉这本书就像一个资深的导师，用清晰的逻辑和丰富的经验，引导我深入理解分子模拟的奥秘。读完之后，我感觉自己对这个领域有了更深层次的认识，也更有信心去设计和执行自己的模拟项目了。

评分☆☆☆☆☆

很有内涵的书，不过是英文，得好好读读！

评分☆☆☆☆☆

非常专业，适合研究生阅读

评分☆☆☆☆☆

好书，值得好好学习

评分☆☆☆☆☆

东西不错，印刷还可以！

评分☆☆☆☆☆

好书，值得好好学习

评分☆☆☆☆☆

非常专业，适合研究生阅读

评分☆☆☆☆☆

专业

评分☆☆☆☆☆

东西很好，都是正品，买着很放心，而且送货速度也快

评分☆☆☆☆☆

好书，值得好好学习