化学信息学及国外软件

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1、1.什么是化学信息学？化学信息学是化学领域中近几年发展起来的一个新的分支，是建立在多学科基础上的交叉学科，利用计算机技术和计算机网络技术，对化学信息进行表示，管理，分析，模拟和传播，以实现化学信息的提取，转化与共享，揭示化学信息的实质与内在联系，促进化学学科的知识创新。化学信息学是一门应用信息学方法来解决化学问题的学科。20世纪中后期，伴随着计算机技术的发展，化学家开始意识到，多年来所积累的大量信息，只有通过计算机技术才能让科学界容易获得和处理，换言之，这些信息必须通过数据库的形式存在，才能为科学界所用。这一新领域出现以后，没有一个恰当的名称。活跃在这个领域

2、的化学家总是说他们在“化学信息”领域工作。然而，因为这一名称难以将处理化学文献的工作和发展计算机方法来处理化学信息的研究分别开来。所以，一些化学家就称之为“计算机化学”，以强调采用计算机技术来处理化学信息工作的重要性。2.化学信息如何分类?化学信息学的研究内容的包含范围，不同的学者有不同阐述。缪强认为包括以下六个方面：“化学、化工文献学；化学知识体系的计算机表示、管理与网络传输；化学图形学；化学信息的解析与处理；化学知识的计算机推演；化学教育与教学的现代技术与远程信息资源”。徐筱杰认为化学信息学内容包括：“化学信息的组织、管理、检索和使用；分子结构的编码、描

3、述、三维结构的构建；化学信息的加工、处理及深化；计算组合化学；化学体系中信息的交换及传递；分子的物理化学性质预测”。邵学广等人认为化学信息学的研究内容主要包括：“利用计算机技术和计算机网络技术对化学信息进行表示和管理；利用计算机网络技术对化学信息进行收集、传播和共享；化学体系的计算机模拟或建模；利用计算机技术对复杂的化学信息进行解析，以快捷方便的方式最大限度地提取和利用有用信息”。3.通过网络了解国外有哪些分子模拟及化工模拟软件，并指出每个软件的优缺点以及应用领域。(1)GROMACSGROMACS是用于研究生物分子体系的分子动力学程序包。它可以用分子动力学

4、、随机动力学或者路径积分方法模拟溶液或晶体中的任意分子，进行分子能量的最小化，分析构象等。它的模拟程序包包含GROMACS力场(蛋白质、核苷酸、糖等)，研究的范围可以包括玻璃和液晶、到聚合物、晶体和生物分子溶液。GROMACS是一个功能强大的分子动力学的模拟软件，其在模拟大量分子系统的牛顿运动方面具有极大的优势。　　优点：　　(1)GROMACS进行了大量的算法的优化，使其计算功能更强大。例如：在计算矩阵的逆时，算法的内循环会根据自身系统的特点自动选择由C语言或Fortran来编译。GROMACS中对Altivecloops的计算，无论是在Linux还是Ma

5、cOSX.系统上，它都要比其它软件快3-10倍，而且GROMACS提高计算速度的同时也保证了计算精度。　　(2)GROMACS具有友好的用户界面，拓扑文件和参数文件都以文档的形式给出。在程序运行过程中，并不用输入脚本注释语言。所有GROMACS的操作都是通过简单的命令行操作进行的。而且运行的过程是分步的，随时可以检查模拟的正确性和可行性，可以减少时间上的浪费。　　(3)GRMACS操作简单，功能丰富，而且对于初学者来说易于上手。而且可以通过详细的免费使用手册，用户可以得到更多的信息。　　(4)在模拟运行的过程中，GROMACS会不断报告用户程序的运算速度和进

6、程。　　(5)GROMACS具有良好的兼容性。输入文件和输出的轨迹文件的格式都是独立于硬件的。　　(6)GROMACS能通过二进制文件来写入坐标，这样就提供了一个压缩性很强的轨迹数据存储方法，压缩方式的精度可以由用户来选择。　　(7)GROMACS还为轨迹分析提供了大量的辅助工具，用户不必再为常规分析编写任何程序。GROMACS还提供了轨迹的可视程序，而且许多可视化工具都可以显示。　　(8)GROMACS允许并行运算，使用标准的MPI通讯。　　(9)GROMACS程序包中包括各种常见的蛋白质和核酸的拓扑结构。包括20种标准的氨基酸以及其变异体，4种核苷和4种

7、脱氧核苷，以及糖类和脂类。　　GROMACS的运行过程，主要由一系列的文件和命令组成。GROMACS一般的模拟过程可以分成以下三个阶段：　　(1)前处理过程：生成模拟对象的坐标文件、拓扑结构文件以及平衡参数及其外力作用参数等文件。　　(2)模拟过程：首先要对系统进行能量最小化，避免结构的不合理而在模拟中出现错误；然后是对系统升温过程，先给系统的各个原子以Boltzmen分布初速度，再模拟较短的时间以达到初步的平衡；最后进行真正的分子动力学模拟，即平衡过程。此过程一般时间步长为1fs，运行时间在ns量级，以保证模拟系统尽可能找到势能的最低点。当然，对于其他的操

8、作，如施加外力(模拟AFM加力)需要在平衡之后进行。