加权集成里程碑（WEM）：一种用于稀有事件模拟的组合方法
统计力学
2020-07-21 v8 计算物理
摘要
直接使用原子级分子动力学模拟稀有事件在计算生物物理学中是一项重大挑战。现有成熟的增强采样技术可获取此类体系的热力学函数。但发展从原子细节模拟获取长时间尺度过程动力学的方法相对而言是较不成熟的领域。里程碑法和加权集成（WE）方法是两种不同的分层策略；二者在计算复杂生物分子过程的长时间尺度上均展现出潜力。然而，二者均需投入大量计算资源。我们将WE与里程碑法结合，以少数个数量级的CPU和挂钟时间计算可观测量。我们的加权集成里程碑法（WEM）利用WE模拟收敛里程碑间的转移概率和首次通过时间，随后利用里程碑法的理论框架提取整个过程的热力学和动力学性质。我们在一维双势阱、带能垒的十一维势能面以及生物分子模型体系丙氨酸二肽上测试了该方法。我们得以以极小的计算代价恢复势垒跨越事件的自由能剖面、时间关联函数和平均首次通过时间。WEM有望将分子动力学模拟的适用性拓展至大体系的慢动力学，这类问题远超当今暴力计算的范围。
引用
@article{arxiv.1912.10650,
title = {Weighted Ensemble Milestoning (WEM): A Combined Approach for Rare Event Simulations},
author = {Dhiman Ray and Ioan Andricioaei},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.10650},
year = {2020}
}