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GROMACS软件基础培训

它可以用分子动力学、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。

GROMACS支持几乎所有当前流行的分子模拟软件的算法，而且与同类软件相比，它还具有一些特有的优势：

(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Altivec loops的计算，无论是在Linux还是MacOSX.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，对于其他的操作，如施加外力(模拟AFM加力)需要在平衡之后进行。在MD模拟的过程中，用户可以运用配套的可视化软件，如VMD等随时观测模拟的过程及系统的状态。

(3) 后处理过程：MD模拟结束后，GROMACS会产生一系列文件，如.pdo文件(受力分析文件)、.trr文件(模拟过程结果文件)、.edr文件(能量文件)等。同时，GROMACS本身还提供了多种分析程序，可以对这些文件进行分析，可以得到分子体系的各种信息。