贝叶斯伞形数值加速跨异构分子系统与过程的自由能计算
统计力学
2026-01-14 v1 化学物理
摘要
分子动力学模拟中的偏采样克服了时间尺度限制，提供了必不可少的自由能景观，帮助理解复杂的原子尺度现象。然而，在跨越多样化系统和过程时，这类偏置方法往往需要耗时耗资源的微调。为寻求更稳健的方案，我们增强了一种著名的偏置方法——伞形抽样。为了估计一个积分的值，即自由能，我们的贝叶斯伞形数值（BUQ）方法迭代选择梯度样本（即偏置位置），这些位置最能基于噪声容忍的高斯过程模型减少后验积分方差，同时有效地在样本之间进行插值。我们对小肽的构象变化、水到冰的相变以及一次取代化学反应进行了验证；在这些情况下，BUQ实现了卓越的精度和加速。为便于采用这种更自动化且通用的自由能方法，我们将BUQ接口化到广泛使用的仿真软件中，并分享参数化指南。
引用
@article{arxiv.2601.08783,
title = {Bayesian umbrella quadrature accelerates free-energy calculations across diverse molecular systems and processes},
author = {Eline K. Kempkes and Alberto Pérez de Alba Ortíz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.08783},
year = {2026}
}
备注
42 pages, 8 figures, SI included