ASE 缓存、检查点与计算记录

本篇使用鸢算科技集群实际运行的ASE3.29.0小例子，全部为单线程CPU。Ar3用两套Lennard–Jones参数说明接口；Cu4用EMT经验势，不是DFT或GPU性能测试。

下载完整Python脚本、实际结构、数据与绘图包，在新目录：

unzip ase-calculator-wrappers-practical*.zip -d ase-example
cd ase-example
module load ase/3.29.0
bash run.sh

默认读取随附实算数值生成4图和analysis/RESULTS.json，不重算势能。要自己重算，在已分配的CPU资源中执行：

bash run.sh compute
cat work/RESULTS.json

输出包括自己的work/、27项数值核对和4图。脚本不会覆盖已有work；第二次重算请另解压一份。其他电脑已安装ASE3.29、NumPy与Matplotlib时，可用PYTHON=python3 bash run.sh。已有work需要重画时用bash run.sh analyze。

1. 同一结构再次取能量，不一定重新计算#

ASE计算器通常保留当前状态的结果。本例在自定义CountingEMT中对底层calculate()计数，而不是把用户每次调用get_potential_energy()都算成新计算。

from ase.calculators.emt import EMT
class CountingEMT(EMT):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self.actual_calls = 0
    def calculate(self, *args, **kwargs):
        self.actual_calls += 1
        return super().calculate(*args, **kwargs)

calc = CountingEMT()
atoms.calc = calc
print(atoms.get_potential_energy(), calc.actual_calls)
print(atoms.get_potential_energy(), calc.actual_calls)
atoms.positions[1,0] += .01
print(atoms.get_potential_energy(), calc.actual_calls)

这里atoms使用资料包畸变Cu4。实际底层累计调用为 1、1、2：同一状态的第二次请求复用缓存，移动原子后重新求值。不要只看终端打印两次相同能量就误认为两个独立计算。

2. CheckpointCalculator：相同流程的持久化复用#

from ase.calculators.checkpoint import CheckpointCalculator

# atoms为相同的畸变Cu4；数据库路径属于当前个人工作目录
inner = CountingEMT()
atoms.calc = CheckpointCalculator(inner, db='checkpoints.db')
e = atoms.get_potential_energy()

资料包先用新数据库执行一次，再在同一结构和相同属性查询顺序下创建新包装器读取。实际底层调用分别为 1和0，能量均为 0.001709084603 eV。

检查点是有顺序和状态前提的流程记录，不是可以随意更改模型后继续使用的万能缓存。改结构、计算参数、底层程序或查询顺序时，先确认记录仍匹配；最直接的做法是为新条件另建工作目录和数据库，不覆盖旧资料。下载包的参考资料不含数据库，重算时由你自己生成。

3. LoggingCalculator记录的是请求历史#

from ase.calculators.loggingcalc import LoggingCalculator
from ase.optimize import BFGS

atoms.calc = LoggingCalculator(EMT())
atoms.calc.set_label('cu4')
opt = BFGS(atoms, logfile='opt.log', trajectory='opt.traj')
opt.run(fmax=.02, steps=60)
atoms.calc.write_json('calculator-log.json')

本例同一畸变Cu4在固定晶胞下完成 4步 BFGS优化，能量从 0.001709084603 eV降到 −0.008910882084 eV，最大原子受力降至 0.014920061710 eV/Å。它是小流程参考，不是晶胞已充分弛豫的证明。

cat work/opt.log
cat work/calculator-log.json

日志包装器的能量/受力请求计数与真实底层计算次数并不总相同，特别是优化器请求free_energy、缓存复用或一次计算返回多个性质时。要统计实际求值成本，就像本例那样另计底层调用。

4. 轨迹中不一定保存了你想读的所有性质#

本例opt.traj五帧只保存了优化器实际请求的free_energy字段，没有每帧完整forces。坐标可以读取，但不能直接对这些帧调用普通能量/受力提取并假定字段存在。图中能量和fmax读取实际opt.log，保留日志的6位小数显示精度，并与完整起终点数值核对；没有为画图额外计算或补造数据。

如需完整性质轨迹，应在自己的生产流程中明确请求和保存所需能量/力。数据库与格式操作继续看ASE数据管理；来源：ASE Checkpointing。