基于质心 Voronoi 剖分的插值可分离密度拟合及其在杂化泛函电子结构计算中的应用
计算物理
2017-11-07 v1 化学物理
摘要
近年来发展的插值可分离密度拟合(ISDF)分解是压缩轨道对集合中冗余信息的有力手段,并已被用于加速多种情境下的量子化学计算。ISDF 分解的关键要素是选取一组非均匀网格点,使得轨道对在这些网格点上的取值可用于精确插值其在所有网格点上的取值。这组称为插值点的非均匀网格点可通过带列主元的 QR 分解(QRCP)程序自动选取。这是构建 ISDF 分解中计算最为昂贵的步骤。本工作中,我们提出一种基于质心 Voronoi 剖分(CVT)方法寻找插值点的新途径,当 ISDF 用于杂化泛函电子结构计算时,该方法为 QRCP 程序提供了一个成本低得多的替代方案。CVT 方法仅利用电子密度的信息,并可使用 K-Means 算法高效实现。我们发现,这一新方法达到了与 ISDF-QRCP 方法可比的精度,而其在整体杂化泛函计算中的开销可忽略不计。例如,对于在 个计算核上用 HSE06 杂化泛函模拟的含 个硅原子的体系,基于 QRCP 的插值点寻找方法耗时为 秒,而 CVT 过程仅耗时 秒。我们还发现,在采用杂化泛函的 \emph{ab initio} 分子动力学(AIMD)模拟中,ISDF-CVT 方法也提升了势能面的光滑性。
引用
@article{arxiv.1711.01531,
title = {Interpolative Separable Density Fitting through Centroidal Voronoi Tessellation With Applications to Hybrid Functional Electronic Structure Calculations},
author = {Kun Dong and Wei Hu and Lin Lin},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.01531},
year = {2017}
}