CP2K: анализ результатов оптимизации LSD
В продолжение к http://lj.rossia.org/users/wasserstrahl/453314.html



Итак, что мы получили на выходе (файлы из моего расчета приведены по ссылке https://mega.nz/#F!oQJ00bjY!wAFcNt6f5eCJIKFJczFFDg )?

1. "Протокол" расчета (output-файл) opt_LSD.out, содержащий информацию о ходе и результатах расчета.
2. Файл opt_LSD-pos-1.xyz, содержащий траекторию изменения геометрии молекулы в процессе оптимизации.
3. Несколько файлов *.restart --- это файлы "сохранения", позволяющие в случае прерывания выполнения программы перезапустить расчет не с начала, а с одного из последних достигнутых этапов.
4. Соответствующие им файлы *.wfn --- это волновые функции, полученные в результате решения ССП, которые также могут быть прочитаны, проанализированы и использованы.
5. Файл opt_LSD-BFGS.Hessian, содержащий приближение гессиана, полученное в ходе оптимизации геометрии с помощью алгоритма Бройдена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно (BFGS), используемого в CP2K по умолчанию.

Output-файл.

Начинается преамбулой с указанием ряда технической информации, включая версию программы, флаги компиляции, некоторые параметры расчета, включая исходную геометрию, выбранный метод и т.д.

Далее начинается процедура оптимизации геометрии:

 *******************************************************************************
 ***                     STARTING GEOMETRY OPTIMIZATION                      ***
 ***                                   BFGS                                  ***
 *******************************************************************************

Последующая часть output'а состоит из набора однообразных фрагментов, каждый из которых соответствует очередному шагу поиска равновесной геометрии.

Техническая информация:

--------------------------
 OPTIMIZATION STEP:      2
 --------------------------

 DISTRIBUTION OF THE NEIGHBOR LISTS
              Total number of particle pairs:                               1194
              Total number of matrix elements:                              7413
              Average number of particle pairs:                             1194
              Maximum number of particle pairs:                             1194
              Average number of matrix element:                             7413
              Maximum number of matrix elements:                            7413

 Number of electrons:                                                        126
 Number of occupied orbitals:                                                 63
 Number of molecular orbitals:                                                63

 Number of orbital functions:                                                121
 Number of independent orbital functions:                                    121

 Parameters for the always stable predictor-corrector (ASPC) method:

  ASPC order: 0

  B(1) =   2.000000
  B(2) =  -1.000000

 Extrapolation method: ASPC

Итеративное решение ССП и его результаты:

 SCF WAVEFUNCTION OPTIMIZATION

  ----------------------------------- OT ---------------------------------------
  Minimizer      : CG                  : conjugate gradient
  Preconditioner : FULL_SINGLE_INVERSE : inversion of 
                                         H + eS - 2*(Sc)(c^T*H*c+const)(Sc)^T
  Precond_solver : DEFAULT
  Line search    : 2PNT                : 2 energies, one gradient
  stepsize       :    0.08000000                  energy_gap     :    0.08000000
  eps_taylor     :   0.10000E-15                  max_taylor     :             4
  ----------------------------------- OT ---------------------------------------

  Step     Update method      Time    Convergence         Total energy    Change
  ------------------------------------------------------------------------------
     1 OT CG       0.80E-01    0.6     0.00499787      -132.9638373426 -1.33E+02
     2 OT LS       0.25E+00    0.0                     -132.9766523882
     3 OT CG       0.25E+00    0.2     0.00248243      -132.9877867426 -2.39E-02
     4 OT LS       0.27E+00    0.2                     -132.9941400844
     5 OT CG       0.27E+00    0.2     0.00111336      -132.9941768872 -6.39E-03
     6 OT LS       0.25E+00    0.7                     -132.9953375248
     7 OT CG       0.25E+00    0.2     0.00057071      -132.9953490620 -1.17E-03
     8 OT LS       0.26E+00    0.1                     -132.9956695813
     9 OT CG       0.26E+00    0.2     0.00029537      -132.9956701023 -3.21E-04
    10 OT LS       0.22E+00    0.2                     -132.9957389738
    11 OT CG       0.22E+00    0.2     0.00013662      -132.9957418191 -7.17E-05
    12 OT LS       0.23E+00    0.2                     -132.9957580814
    13 OT CG       0.23E+00    0.2     0.00006623      -132.9957581399 -1.63E-05
    14 OT LS       0.24E+00    0.1                     -132.9957620855
    15 OT CG       0.24E+00    0.2     0.00003683      -132.9957620888 -3.95E-06
    16 OT LS       0.31E+00    0.2                     -132.9957635908
    17 OT CG       0.31E+00    0.2     0.00002360      -132.9957636744 -1.59E-06
    18 OT LS       0.31E+00    0.1                     -132.9957643309
    19 OT CG       0.31E+00    0.2     0.00001652      -132.9957643309 -6.57E-07
    20 OT LS       0.28E+00    0.2                     -132.9957646181
    21 OT CG       0.28E+00    0.2     0.00001146      -132.9957646215 -2.91E-07
    22 OT LS       0.29E+00    0.2                     -132.9957647646
    23 OT CG       0.29E+00    0.3     0.00000792      -132.9957647647 -1.43E-07

  *** SCF run converged in    23 steps ***

  Core-core repulsion energy [eV]:                          27310.25943600658138
  Core Hamiltonian energy [eV]:                             -5778.36888981168067
  Two-electron integral energy [eV]:                       -50301.77870500837162
  Electronic energy [eV]:                                  -30929.25824231586739

  Total energy [eV]:                                        -3618.99880630928556

  Atomic reference energy [eV]:                              3619.16398738078260
  Heat of formation [kcal/mol]:                                 3.80916630197567

  outer SCF iter =    1 RMS gradient =   0.79E-05 energy =       -132.9957647647
  outer SCF loop converged in   1 iterations or   23 steps

Далее следует анализ распределения зарядов по Малликену (сами посмотрите), после него --- суммарная информация по шагу и сравнение результатов с допусками. Этап расчета градиента при таких настройках вывода не озвучивается.

 ENERGY| Total FORCE_EVAL ( QS ) energy (a.u.):             -132.995764830868666


 --------  Informations at step =     2 ------------
  Optimization Method        =                 BFGS
  Total Energy               =      -132.9957648309
  Real energy change         =        -0.0030547509
  Predicted change in energy =        -0.0061894953
  Scaling factor             =         0.0000000000
  Step size                  =         0.1108009430
  Trust radius               =         0.4724315332
  Decrease in energy         =                  YES
  Used time                  =                5.079

  Convergence check :
  Max. step size             =         0.1108009430
  Conv. limit for step size  =         0.0030000000
  Convergence in step size   =                   NO
  RMS step size              =         0.0230440603
  Conv. limit for RMS step   =         0.0015000000
  Convergence in RMS step    =                   NO
  Max. gradient              =         0.0102268176
  Conv. limit for gradients  =         0.0004500000
  Conv. for gradients        =                   NO
  RMS gradient               =         0.0033158036
  Conv. limit for RMS grad.  =         0.0003000000
  Conv. for gradients        =                   NO
 ---------------------------------------------------

Поскольку критерии сходимости не достигнуты, начинается следующий шаг.

После достижения критериев выполняется еще один процесс решения ССП в равновесной точке, выводит финальную электронную энергию:

 ENERGY| Total FORCE_EVAL ( QS ) energy (a.u.):             -132.999805724373459

После чего выводит статистическую информацию, подборку ссылок на статьи по методам, использованным в расчете (важно и удобно!) и завершается.

Траектория изменения геометрии.

Файл opt_LSD-pos-1.xyz состоит из набора XYZ-файлов (слепленных в один), каждый из которых описывает геометрию на соответсвующем шаге оптимизации. Этот файл можно просмотреть в текстовом редакторе (и, например, скопировать из него последнюю --- равновесную --- геометрию), а также можно открыть в Avogadro и анимировать движение к равновесию: для этого нужно выполнить avogadro opt_LSD-pos-1.xyz, после чего выбрать Меню --- Расширения --- Анимация и в появившемся окошке открыть тот же файл еще раз. После чего можно автоматически (работает не везде) или вручную ползунком анимировать изменение геометрии в процессе оптимизации. Можно также сохранить это как видео, только нужно установить на систему пакеты povray и mencoder. Пример видео приведен в каталоге с файлами расчета.