利用准平稳分布动力学蒙特卡洛（QSD-KMC）计算长时间尺度生物分子动力学
化学物理
2020-01-29 v2 生物物理
摘要
从分子动力学（MD）模拟中获得复杂生物系统态到态动力学的精确模型是一项挑战。近年来，马尔可夫态模型因能从一批短 MD 模拟中计算态到态动力学而极受欢迎。然而，约化空间上底层动力学为马尔可夫性的假设会在模型中引入系统性偏差，尤其在具有复杂能量面的生物分子系统中。为解决此问题，我们设计了一种称为准平稳分布动力学蒙特卡洛（QSD-KMC）的新方法，其能在动力学高度非马尔可夫时仍给出准确的长时间态到态演化，并保留全部时间分辨率。所提方法是一种利用两个概念的动力学蒙特卡洛方法：（i）准平稳分布与（ii）动力学修正理论。QSD-KMC 的实现比对马尔可夫态模型方法施加更严格的轨迹长度要求，因为轨迹必须足够长以去相位。然而，对于任意态分解的选择，QSD-KMC 模型产生的态到态轨迹与映射到离散态集合上的 MD 轨迹在统计上不可区分。此外，上述概念可用于构建一种蒙特卡洛方法以优化态边界，而无论态的初始选择如何。我们在两个一维模型系统（其中之一为驱动非平衡系统）以及两个特征明确的生物分子系统上演示了 QSD-KMC 方法。
引用
@article{arxiv.1905.09975,
title = {Computing Long Timescale Biomolecular Dynamics using Quasi-Stationary Distribution Kinetic Monte Carlo (QSD-KMC)},
author = {Animesh Agarwal and Nicolas W. Hengartner and S. Gnanakaran and Arthur F. Voter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.09975},
year = {2020}
}