CREST单点、优化与电子能量权重

CREST3.0.2除构象搜索外，也能单独计算能量、梯度和优化结构。本例先用同一乙醇结构完成单点和优化，再把三份实际优化能量整理成表，演示电子能量权重计算。

下载输入、运行与绘图程序

1. 提交与查找输出#

将资料包保存为crest-tools.zip，解压到新目录：

unzip crest-tools.zip -d crest-tools
cd crest-tools
sinfo
sbatch job.slurm

模板使用CPU分区，实际最多8个单线程工具并发；提交前确认分区可用。环境为CREST3.0.2官方GNU12 CPU构建和xTB6.7.1；该单点/优化走CREST的GFN2计算接口。NumPy/Matplotlib由sisl0.16.4环境提供。

ls cases/standalone-sp
ls cases/standalone-opt
cat analysis/SUMMARY.json

2. 完整XYZ与单点#

本例的参考结构已经经过一次xTB优化，适合展示输出和再次优化；它不是任意拼接的未优化分子。XYZ如下：

9
 energy: -11.394339009463 gnorm: 0.000182894148 xtb: 6.7.1 (edcfbbe)
C            1.20003820919234       -0.40811579900941       -0.00400158273974
C            0.00076743532174        0.53385819196878       -0.02287197932838
O           -1.23052236883051       -0.14996101732902       -0.00002503486621
H           -1.25502003462677       -0.76449143973302       -0.74232219635282
H           -0.00240670620014        1.16124173210083        0.87125759755794
H            0.05631989978618        1.18898154678766       -0.90551962578295
H            2.12246852846417        0.16429507934842        0.03639076345276
H            1.15006709448426       -1.05845598849926        0.86596337251828
H            1.21377754580873       -1.02691797793497       -0.90034563835890

在已申请的CPU资源内，可用新目录单独运行：

module load crest/3.0.2
mkdir ethanol-sp
cp cases/standalone-sp/reference.xyz ethanol-sp/ethanol.xyz
cd ethanol-sp
crest ethanol.xyz --gfn2 --sp -T 1 > sp.out
cat crest.engrad
cd ..

crest.engrad包含原子数、总能量/Eh和每个原子的三个梯度分量/Eh·bohr⁻¹。力等于梯度的负值；转换为eV/Å时还要乘Hartree→eV、除bohr→Å，不能只改单位标签。

本次总能量为−11.394339014879328Eh，梯度范数约1.82561e-4 Eh/bohr，最大原子受力约0.006644eV/Å。与同坐标的原xTB能量一致到约5.4e-9 Eh，不是把两个不同几何的能量拿来比较。

3. 再进行结构优化#

mkdir ethanol-opt
cp cases/standalone-opt/reference.xyz ethanol-opt/ethanol.xyz
cd ethanol-opt
crest ethanol.xyz --gfn2 --opt -T 1 > opt.out
ls crestopt.xyz crestopt.log crest.engrad
grep 'converged' opt.out
cd ..

最终结构在crestopt.xyz，迭代轨迹在crestopt.log。本例起始结构已经接近极小值，因此只进行了很小调整：最终能量约−11.394339014970422Eh，最大原子受力约0.006683eV/Å。应同时检查优化器结束、能量变化与梯度，不能只因生成XYZ就认定优化完成。

4. 从真实能量文件计算权重#

以下三行分别来自三个不同起始O–H扭转角优化后的能量，每行第二列简并度为1，没有加入文件处理示例中的那条重复记录。

-11.394339009463 1
-11.394339009463 1
-11.391867310820 1

将文件保存为energies.dat，或直接使用包内文件：

mkdir weights-example
cp cases/boltz-298/energies.dat weights-example/
cd weights-example
crest --printboltz energies.dat 298.15
cat energies.dat.out
cd ..

要比较另一个温度，用新目录避免覆盖前一个输出：

mkdir weights-600
cp cases/boltz-600/energies.dat weights-600/
cd weights-600
crest --printboltz energies.dat 600
cat energies.dat.out
cd ..

这里按g×exp(−ΔE/RT)归一化，不是根据搜索中某构象出现的次数计概率。若合并真正等价的状态，应有明确简并度依据；不能把重复复制的XYZ记录当作额外物理简并。

5. 单位换算与结果范围#

3.0.2这个辅助例程采用627.5905作Eh→kcal换算，和常用现代换算值627.509474…略有差别。为复现本版原生输出，图和独立核对保留其实际常数；analysis/SUMMARY.json另外列出采用现代常数的权重。本例两种换算的最大绝对权重差约1.8e-5，没有静默改写原生数据。

本篇仅比较三个气相优化构象的电子能量，没有构象穷尽、溶剂、振动/转动自由能或采样收敛，因此不能把表中权重直接称为实验或溶液平衡构象比例。开始正式自由能研究时应按目标条件加入相应贡献。

module load sisl/0.16.4
python analyze.py

配套集合处理见RMSD、拆分、比较与原子顺序；输入功能按CREST官方说明及所选安装版本使用。