New optimized algorithms for molecular dynamics simulations

The method of molecular dynamics (MD) is a powerful tool for the prediction
 and investigation of various phenomena in physics, chemistry and biology.
 The development of efficient MD algorithms for integration of the equations
 of motion in classical and quantum many-body sy...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Condensed Matter Physics
Дата:2002
Автори: Omelyan, I.P., Mryglod, I.M., Folk, R.
Формат: Стаття
Мова:Англійська
Опубліковано: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 2002
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120663
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:New optimized algorithms for molecular
 dynamics simulations / I.P. Omelyan, I.M. Mryglod, R. Folk // Condensed Matter Physics. — 2002. — Т. 5, № 3(31). — С. 369-390. — Бібліогр.: 37 назв. — англ.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1862667376951033856
author Omelyan, I.P.
Mryglod, I.M.
Folk, R.
author_facet Omelyan, I.P.
Mryglod, I.M.
Folk, R.
citation_txt New optimized algorithms for molecular
 dynamics simulations / I.P. Omelyan, I.M. Mryglod, R. Folk // Condensed Matter Physics. — 2002. — Т. 5, № 3(31). — С. 369-390. — Бібліогр.: 37 назв. — англ.
collection DSpace DC
container_title Condensed Matter Physics
description The method of molecular dynamics (MD) is a powerful tool for the prediction
 and investigation of various phenomena in physics, chemistry and biology.
 The development of efficient MD algorithms for integration of the equations
 of motion in classical and quantum many-body systems should therefore
 impact a lot of fields of fundamental research. In the present study it is
 shown that most of the existing MD integrators are far from being ideal and
 further significant improvement in the efficiency of the calculations can be
 reached. As a result, we propose new optimized algorithms which allow
 to reduce the numerical uncertainties to a minimum with the same overall
 computational costs. The optimization is performed within the well recognized
 decomposition approach and concerns the widely used symplectic
 Verlet-, Forest-Ruth-, Suzuki- as well as force-gradient-based schemes. It
 is concluded that the efficiency of the new algorithms can be achieved
 better with respect to the original integrators in factors from 3 to 1000 for
 orders from 2 to 12. This conclusion is confirmed in our MD simulations
 of a Lennard-Jones fluid for a particular case of second- and fourth-order
 integration schemes. Метод молекулярної динаміки (МД) є потужним знаряддям для передбачення і вивчення різноманітних явищ у фізиці, хімії та біології. Побудова ефективних МД алгоритмів для інтегрування рівнянь руху в класичних і квантових багаточастинкових системах повинна, отже, істотно вплинути на розвиток багатьох областей фундаментальних досліджень. У даному розгляді показано, що більшість існуючих МД інтеграторів далекі від ідеальних, і може бути досягнуто подальше значне покращення ефективності обчислень. Як результат, ми пропонуємо нові оптимізовані алгоритми, які дозволяють зменшити чисельні похибки до мінімуму при тих самих загальних обчислювальних затратах. Оптимізація здійснюється у рамках загально визнаного де- композиційного підходу і стосується широко застосовуваних симп- лектичнихсхем Верле, Фореста-Рутха, Сузукі, а також схем, які базуються на обчисленні градієнтів сил. Ми приходимо до висновку, що ефективність нових алгоритмів може бути кращою порівняно з оригінальними інтеграторами від 3 до 1000 разів для порядків від 2 до 12. Цей висновок підтверджується у наших МД симуляціях Леннард- Джонсівської рідини для випадку схем інтегрування другого і четвертого порядку точності.
first_indexed 2025-12-07T15:22:49Z
format Article
fulltext
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-120663
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1607-324X
language English
last_indexed 2025-12-07T15:22:49Z
publishDate 2002
publisher Інститут фізики конденсованих систем НАН України
record_format dspace
spelling Omelyan, I.P.
Mryglod, I.M.
Folk, R.
2017-06-12T16:13:00Z
2017-06-12T16:13:00Z
2002
New optimized algorithms for molecular
 dynamics simulations / I.P. Omelyan, I.M. Mryglod, R. Folk // Condensed Matter Physics. — 2002. — Т. 5, № 3(31). — С. 369-390. — Бібліогр.: 37 назв. — англ.
1607-324X
PACS: 02.60.Cb, 02.70. Ns, 05.10.-а, 95.10. Се, 95.75. Pq
DOI:10.5488/CMP.5.3.369
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120663
The method of molecular dynamics (MD) is a powerful tool for the prediction
 and investigation of various phenomena in physics, chemistry and biology.
 The development of efficient MD algorithms for integration of the equations
 of motion in classical and quantum many-body systems should therefore
 impact a lot of fields of fundamental research. In the present study it is
 shown that most of the existing MD integrators are far from being ideal and
 further significant improvement in the efficiency of the calculations can be
 reached. As a result, we propose new optimized algorithms which allow
 to reduce the numerical uncertainties to a minimum with the same overall
 computational costs. The optimization is performed within the well recognized
 decomposition approach and concerns the widely used symplectic
 Verlet-, Forest-Ruth-, Suzuki- as well as force-gradient-based schemes. It
 is concluded that the efficiency of the new algorithms can be achieved
 better with respect to the original integrators in factors from 3 to 1000 for
 orders from 2 to 12. This conclusion is confirmed in our MD simulations
 of a Lennard-Jones fluid for a particular case of second- and fourth-order
 integration schemes.
Метод молекулярної динаміки (МД) є потужним знаряддям для передбачення і вивчення різноманітних явищ у фізиці, хімії та біології. Побудова ефективних МД алгоритмів для інтегрування рівнянь руху в класичних і квантових багаточастинкових системах повинна, отже, істотно вплинути на розвиток багатьох областей фундаментальних досліджень. У даному розгляді показано, що більшість існуючих МД інтеграторів далекі від ідеальних, і може бути досягнуто подальше значне покращення ефективності обчислень. Як результат, ми пропонуємо нові оптимізовані алгоритми, які дозволяють зменшити чисельні похибки до мінімуму при тих самих загальних обчислювальних затратах. Оптимізація здійснюється у рамках загально визнаного де- композиційного підходу і стосується широко застосовуваних симп- лектичнихсхем Верле, Фореста-Рутха, Сузукі, а також схем, які базуються на обчисленні градієнтів сил. Ми приходимо до висновку, що ефективність нових алгоритмів може бути кращою порівняно з оригінальними інтеграторами від 3 до 1000 разів для порядків від 2 до 12. Цей висновок підтверджується у наших МД симуляціях Леннард- Джонсівської рідини для випадку схем інтегрування другого і четвертого порядку точності.
en
Інститут фізики конденсованих систем НАН України
Condensed Matter Physics
New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
Нові оптимізовані алгоритми для моделювання методом молекулярної динаміки
Article
published earlier
spellingShingle New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
Omelyan, I.P.
Mryglod, I.M.
Folk, R.
title New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
title_alt Нові оптимізовані алгоритми для моделювання методом молекулярної динаміки
title_full New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
title_fullStr New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
title_full_unstemmed New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
title_short New optimized algorithms for molecular dynamics simulations
title_sort new optimized algorithms for molecular dynamics simulations
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/120663
work_keys_str_mv AT omelyanip newoptimizedalgorithmsformoleculardynamicssimulations
AT mryglodim newoptimizedalgorithmsformoleculardynamicssimulations
AT folkr newoptimizedalgorithmsformoleculardynamicssimulations
AT omelyanip novíoptimízovaníalgoritmidlâmodelûvannâmetodommolekulârnoídinamíki
AT mryglodim novíoptimízovaníalgoritmidlâmodelûvannâmetodommolekulârnoídinamíki
AT folkr novíoptimízovaníalgoritmidlâmodelûvannâmetodommolekulârnoídinamíki