GROMACS 谐振结构集合与本征动力学监测

下载本组输入、真实参考结果和绘图脚本，解压后进入资料包目录。inputs 是可以修改的输入，reference 是鸢算科技集群已经计算得到的参考结果。每次运行在 work 下建立新目录，路径写入 LAST-RUN.txt。计算请在已经分配的资源中执行；整组可用 sbatch run.sbatch 提交。

先认识三种输出#

nmens 按谐振近似生成结构集合，nmtraj 沿指定模生成虚拟动画，mdrun -ei 则可以在真实 MD 中监测投影。这三种输出的帧序号与时间含义不同。

先运行：

bash run.sh modes
cd "$(cat LAST-RUN.txt)/normal-modes"
module purge
module load gromacs/2026.4-cpu-double

前置 Hessian 与柔性水输入见正常模教程。下列命令是脚本实际使用的命令；已有输出时请在新目录操作，避免与原文件混在一起。

1. 保存完整特征向量#

gmx_d nmeig -f hessian.mtx -s nm.tpr -first 1 -last 9 -of frequency-all.xvg -ol eigenvalue-all.xvg -v eigenvector-all.trr

这个完整 1–9 模的文件供后续程序按原始模编号定位。只输出了三个内部模时，不应直接要求另一个程序从该文件读取“第 7–9 个向量”。

2. 生成 40 个谐振结构#

printf '0\n' | gmx_d nmens -v eigenvector-all.trr -e eigenvalue.xvg -s nm.tpr -first 7 -last 9 -num 40 -temp 300 -seed 20261028 -o ensemble.trr
gmx_d nmtraj -s nm.tpr -v eigenvector-all.trr -eignr 7 -temp 300 -nframes 40 -o mode7.trr

ensemble.trr 是 300 K 谐振模型下构造的 40 个结构；mode7.trr 是第 7 模的 40 帧虚拟动画。它们可以说明模的形状，但不能用来计算真实扩散系数、跃迁时间或 MD 自相关函数。

图中箭头为便于观察放大 8 倍；坐标来自本例真实正常模输出。

3. 建立仅监测的 EDI 文件#

printf '0\n0\n0\n0\n' | gmx_d make_edi -f eigenvector-all.trr -eig eigenvalue-all.xvg -s minimum.g96 -mon 7-9 -hessian -outfrq 1 -o monitor.edi

这里采用 Hessian 模而不是 PCA 协方差模，因此指定 -hessian。-mon 是监测，不在指定方向施加驱动力；如果改成偏置或约束选项，物理含义也会改变。本例只有一个原子组，提示时均选 0。换成蛋白时应按实际拟合组和分析组重新选择，不能机械复制组号。

4. 运行真实短 MD#

完整 ed.mdp：

cutoff-scheme = Verlet
nstlist = 1
rlist = 1.0
coulombtype = Cut-off
rcoulomb = 1.0
vdwtype = Cut-off
rvdw = 1.0
pbc = xyz
constraints = none
verlet-buffer-tolerance = -1
nstenergy = 1
nstcalcenergy = 1
integrator = md
dt = 0.0002
nsteps = 200
nstxout = 1
nstvout = 1
comm-mode = Linear
nstcomm = 1
gen-vel = yes
gen-temp = 300
gen-seed = 20261028

gmx_d grompp -f ed.mdp -c minimum.g96 -p topol.top -o ed.tpr
gmx_d mdrun -deffnm ed -ei monitor.edi -eo ed-monitor.xvg -ntmpi 1 -ntomp 2 -nb cpu -bonded cpu -update cpu

步长 0.0002 ps 即 0.2 fs，200 步合计 40 fs。柔性 O—H 高频振动要求较小步长；不要把常见约束水的 2 fs 步长直接移来。

图中画的是 q(t)−q(0)，去掉原始投影的常量偏移；单位按本例原生输出为 nm。投影包含归一化、拟合和模向量约定，不是某条 O—H 键长。40 fs 用于确认监测流程，不能据此宣称构象采样收敛或精准反演低频振动谱。

head -40 ed-monitor.xvg

资料包的 NORMAL-MODE-EXECUTION.json 保存实际命令；运行结束后可用 bash run.sh plots 从参考结果重新绘图。参数见 make_edi 官方说明和 nmens 官方说明。