دسترسی نامحدود
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
برای ارتباط با ما می توانید از طریق شماره موبایل زیر از طریق تماس و پیامک با ما در ارتباط باشید
در صورت عدم پاسخ گویی از طریق پیامک با پشتیبان در ارتباط باشید
برای کاربرانی که ثبت نام کرده اند
درصورت عدم همخوانی توضیحات با کتاب
از ساعت 7 صبح تا 10 شب
ویرایش:
نویسندگان: Hiqmet Kamberaj
سری: Scientific Computation
ISBN (شابک) : 9783030357016, 3030357015
ناشر: Springer
سال نشر: 2020
تعداد صفحات: 470
زبان: English
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود)
حجم فایل: 8 مگابایت
در صورت تبدیل فایل کتاب Molecular Dynamics Simulations in Statistical Physics: Theory and Applications به فرمت های PDF، EPUB، AZW3، MOBI و یا DJVU می توانید به پشتیبان اطلاع دهید تا فایل مورد نظر را تبدیل نمایند.
توجه داشته باشید کتاب شبیه سازی دینامیک مولکولی در فیزیک آماری: نظریه و کاربردها نسخه زبان اصلی می باشد و کتاب ترجمه شده به فارسی نمی باشد. وبسایت اینترنشنال لایبرری ارائه دهنده کتاب های زبان اصلی می باشد و هیچ گونه کتاب ترجمه شده یا نوشته شده به فارسی را ارائه نمی دهد.
این کتاب شبیهسازیهای کامپیوتری را با استفاده از تکنیکهای دینامیک مولکولی در فیزیک آماری با تمرکز بر سیستمهای ماکرومولکولی ارائه میکند. روشهای عددی در قالب الگوریتمهای کامپیوتری معرفی شدهاند و با استفاده از هر زبان برنامهنویسی کامپیوتری دلخواه مانند Fortran 90، C/C++ و غیره میتوانند در رایانهها پیادهسازی شوند. این کتاب همچنین توضیح میدهد که چگونه برخی از این روشهای عددی و الگوریتمهای آنها را میتوان در نرمافزار برنامهنویسی رایانهای موجود سیستمهای ماکرومولکولی، مانند برنامه CHARMM پیادهسازی کرد. علاوه بر این، تعدادی از مفاهیم پیشرفته از تکنیک های شبیه سازی کامپیوتری مورد استفاده در فیزیک آماری و همچنین سیستم های بیولوژیکی و فیزیکی را بررسی می کند. بحث در مورد رویکرد دینامیک مولکولی به طور مفصل برای افزایش درک خوانندگان از استفاده از این روش در مسائل فیزیک آماری، همچنین معادلات حرکت در مجموعههای آماری مختلف را برای تقلید از شرایط تجربی دنیای واقعی توصیف میکند. این کتاب که برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی و دانشمندان پژوهشی شاغل در زمینه بیوفیزیک نظری و محاسباتی، فیزیک و شیمی در نظر گرفته شده است، می تواند برای دانشجویان کارشناسی ارشد رشته های دیگر مانند ریاضیات کاربردی، علوم کامپیوتر و بیوانفورماتیک نیز استفاده شود. علاوه بر این، ارائه بینش در مورد نظریه بنیادی، به عنوان یک منبع ارزشمند برای پزشکان متخصص و برنامه نویسان و کسانی که تازه وارد این زمینه شده اند.
This book presents computer simulations using molecular dynamics techniques in statistical physics, with a focus on macromolecular systems. The numerical methods are introduced in the form of computer algorithms and can be implemented in computers using any desired computer programming language, such as Fortran 90, C/C++, and others. The book also explains how some of these numerical methods and their algorithms can be implemented in the existing computer programming software of macromolecular systems, such as the CHARMM program. In addition, it examines a number of advanced concepts of computer simulation techniques used in statistical physics as well as biological and physical systems. Discussing the molecular dynamics approach in detail to enhance readers understanding of the use of this method in statistical physics problems, it also describes the equations of motion in various statistical ensembles to mimic real-world experimental conditions. Intended for graduate students and research scientists working in the field of theoretical and computational biophysics, physics and chemistry, the book can also be used by postgraduate students of other disciplines, such as applied mathematics, computer sciences, and bioinformatics. Further, offering insights into fundamental theory, it as a valuable resource for expert practitioners and programmers and those new to the field.
Preface Acknowledgments Contents About the Author 1 Principles of Classical Mechanics 1.1 Mechanics of the System of Particles 1.2 Generalized Coordinates for Unconstrained Systems 1.3 Phase Space 1.4 Dynamical Systems 1.5 Lagrange Equations 1.5.1 Lagrangian for Unconstrained Systems 1.5.2 Lagrangian for Constrained Systems 1.6 Hamilton's Principle 1.7 Hamiltonian Method 1.7.1 Hamilton Equations 1.8 Time Averages and Virial Theorem 1.9 Canonical Transformations 1.9.1 The Symplectic Approach to CanonicalTransformations 1.10 Poisson Brackets 1.10.1 Equations of Motion in the Poisson BracketFormulation 1.10.2 Conservation Laws in the Poisson BracketFormulation 1.10.3 Infinitesimal Canonical Transformations 1.10.4 Liouville's Theorem 1.11 Invariant Measure 2 Principles of Classical Thermodynamics 2.1 Introduction 2.2 Microscopic and Macroscopic Views 2.3 Some Definitions of Thermodynamics 2.4 The First Law of Thermodynamics and Equilibrium 2.5 The Second Law of Thermodynamics 2.6 Thermal Equilibrium and Temperature 2.7 Legendre Transformation 2.8 Maxwell Relations 2.9 Extensive Functions 2.10 Intensive Functions 2.11 Stability of Thermodynamic Systems 3 Principles of Statistical Mechanics 3.1 Systems 3.2 Ensembles 3.3 Microcanonical Partition Function 3.4 Canonical Partition Function 3.5 Entropy, Free Energy and Internal Energy 3.6 Thermodynamic Potentials 3.7 Generalized Ensembles 3.8 Isothermal-Isobaric Ensemble 3.9 Grand Canonical Ensemble 3.10 Grand Isothermal-Isobaric Ensemble 3.11 Fluctuations 3.11.1 Canonical Ensemble 3.11.2 Generalized Ensemble 3.11.3 Isothermal-Isobaric Ensemble 3.11.4 Grand Canonical Ensemble 4 Thermodynamics of Biological Phenomena 4.1 Introduction 4.2 Stability of Macromolecular Conformations 4.3 Gibbs Free Energy of the Transition 4.4 The Binding Free Energy 4.5 Theoretical Models 4.6 Energy Function 5 Free Energy Calculation Methods Used in Computer Simulations 5.1 The Free Energy Calculations 5.1.1 Thermodynamic Perturbation Method 5.1.2 Thermodynamic Integration Method 5.1.3 The Slow Growth Method 5.2 Free Energy Decomposition 5.3 Implicit Models for Free Energy Calculations 5.3.1 Empirical Solvation Models 5.3.1.1 Implicit Nonpolar Solvation Free Energy 5.3.1.2 Implicit Dielectric Surface Boundary Free Energy Term 5.3.1.3 Implicit van der Waals Free Energy Term 5.3.1.4 The Poisson-Boltzmann Model 5.3.1.5 Generalized Born Model 6 Molecular Dynamics Methods in Simulations of Macromolecules 6.1 Introduction 6.2 Equations of Motion 6.2.1 Microcanonical Ensemble 6.2.2 Canonical Ensemble 6.2.2.1 Isokinetic Dynamics Method 6.2.2.2 Berendsen Thermostat 6.2.2.3 Nosé-Hoover Thermostat 6.2.2.4 Nosé-Hoover Chain of Thermostats 6.2.2.5 Nosé-Poincaré Thermostats 6.2.2.6 Nosé-Poincaré Chain of Thermostats 6.2.2.7 Gaussian Thermostat 6.2.2.8 Langevin Dynamics 6.2.2.9 Remarks 6.2.3 Isothermal-Isobaric Ensemble 6.2.3.1 Nosé-Andersen Method 6.2.3.2 Nosé-Andersen Chain of Thermostats Method 6.2.3.3 Nosé-Poincaré-Andersen Method 6.2.3.4 Nosé-Poincaré-Andersen Chain of Thermostats 6.2.4 Grand Canonical Ensemble 6.2.4.1 Nosé-Hoover Thermostats for Grand Canonical Ensemble 6.2.4.2 Nosé-Hoover Chain of Thermostats for Grand Canonical Ensemble 6.2.5 Grand Isothermal-Isobaric Ensemble 6.2.5.1 Nosé-Andersen Thermostats for Grand Isothermal-Isobaric Ensemble 6.2.5.2 Nosé-Andersen Chain of Thermostats for Grand Isothermal-Isobaric Ensemble 6.2.6 Generalized Ensemble 6.2.6.1 Separable Distribution Functions 7 Molecular Mechanics 7.1 Simple Molecular Mechanics Force Field 7.2 Features of Molecular Mechanics Force Fields 7.3 Molecular Mechanics Force Field Parameters Calibration 7.3.1 Parameterization by Trial and Error Assessment 7.3.2 Least-Square Fitting 7.3.3 Machine-Like Learning Approach 7.3.3.1 Atomic Feature Descriptors 7.3.3.2 Environment Descriptors 7.3.3.3 Machine Learning Approaches 7.3.4 Perspectives of Automated Force FieldParameterization 7.3.4.1 Topological Data Analysis 7.3.4.2 Hardware Versus Software Machine Learning Approach 7.4 Classical Force Fields Interaction Types 7.4.1 Bond Stretching 7.4.2 Angle Bending 7.4.3 Torsional Angle 7.4.4 The van der Waals Potential 7.4.5 Electrostatic Potential 8 Slow Collective Variables of Macromolecular Systems 8.1 Normal Modes 8.1.1 General Theory of Normal Modes 8.1.2 Dynamical Behavior of System 8.1.3 Time Averaged Properties 8.1.4 Thermal Amplitudes 8.2 Principal Components Analysis 8.2.1 Diffusive Motion in a Protein 8.2.2 Stability of PCA 8.3 Equations of Motion of Collective Coordinates 8.3.1 Bath of Harmonic Oscillators 8.3.2 Dynamic Friction Coefficient 8.4 Analyzing Slow Collective Variables Using Machine Learning Approach 8.4.1 Bootstrapping Swarm Artificial Neural Network 8.4.2 Related Work 8.4.3 Time-Lagged Auto-encoder Approach 9 Information Theory and Statistical Mechanics 9.1 Random Walks in Macromolecular Systems 9.2 Optimization of Embedding Parameters 9.3 Shannon and Relative Entropy 9.4 Relationship with the Second Law of Thermodynamics 9.5 Transfer Entropy 9.6 Relationship Between Transfer Entropy and Thermodynamics 9.7 A Statistical Mechanics Point of View of Transfer Entropy 9.8 Mutual Information 9.9 Symbolic Analysis 10 Practical Aspects of Molecular Dynamics Simulations 10.1 Designing Constraints for Molecular Dynamics Simulations 10.2 Initial Configuration 10.3 Periodic Boundary Conditions 10.4 Potential Cutoffs and the Minimum Image Convention 10.5 Neighbor Lists 10.6 Cell Lists 10.7 Long-Range Forces 10.7.1 Ewald Summation Method 10.7.2 A Physical Perspective of Ewald Method 10.7.3 Choice of Ewald Summation Parameters 10.7.4 Improved Ewald Summation 10.7.5 Particle-Particle Particle-Mesh Ewald 10.7.6 Particle-Mesh Ewald 10.7.7 Multipole Ewald Summation Methods 10.7.8 Reaction Field Method 10.8 Equilibration 11 Symplectic and Time Reversible Integrator 11.1 Flow-Maps 11.1.1 Symplectic Maps 11.1.2 Symplecticness of Hamiltonian Flow-Maps 11.1.3 Phase-Space Area Preservation for d = 1 11.1.4 Time-Reversal Symmetry 11.2 Symplectic and Hamiltonian Splitting Methods 11.2.1 Hamiltonian Splitting Methods 11.3 Liouville Formalism and Trotter Formula 11.4 Microcanonical Ensemble 11.5 Canonical Ensemble 11.6 Isothermal-Isobaric Ensemble 11.7 Multiple Time Step Integrator 12 Generalized Ensemble Molecular Dynamics Methods 12.1 Multicanonical Sampling Method 12.2 Tsallis Statistics Molecular Dynamics Method 12.3 Swarm Particle-Like Molecular Dynamics Method 12.4 Replica Exchange Method 12.5 Swarm Particle-Like Replica Exchange Method 12.6 Weighted Histogram Analysis Method References Index