LAMMPS分子模板与Kokkos数据读写

本组例子解决一个常见问题：选好 atom_style 后，Atoms 每列该填什么，电荷、密度、取向等属性怎样一起保存。每个模型只有两个粒子，先读入数据，设置速度，再写出、清空和读回。它们是可直接修改的数据文件模板；没有配置相互作用势，也没有计算材料性质。

资料包使用 LAMMPS 30Sep2026；基础类型调用 lammps/30Sep2026-p100-gpu，Kokkos 条目调用 lammps/30Sep2026-p100-kokkos。这两套模块分别加载相应的 MPI/CUDA 环境，后处理使用 ase/3.29.0 环境中的 NumPy/Matplotlib。先用模块切换环境，不要把两套 LAMMPS 的动态库路径混在一起。

先下载、提交，再查看输出#

下载完整的41例数据文件、输入脚本与参考结果。在个人工作目录执行：

mkdir atom-data
cd atom-data
curl -fL https://yuansuan.top/assets/downloads/full-function/lammps-atom-data-wave77-d41f95983061.zip -o examples.zip
unzip examples.zip
sbatch submit.slurm

submit.slurm 申请一个 P100、一个 CPU 核；脚本逐个运行，Kokkos 条目会初始化 GPU 后端，基础类型仅做原生数据读写。没有 GPU 力计算或性能测试。提交后先看作业输出，再提取数据：

module purge
module load ase/3.29.0
python analyze.py work
python export_xyz.py work
python plot_results.py work
head -8 work/analysis/atom-style-io.csv

依次得到 first.data、读回后的 second.data、两份坐标与速度 dump、属性 CSV、位置 XYZ 和四张原图。已完成算例位于 reference/，可以把上述三个命令的 work 换为 reference 查看配套结果。重新计算请重新解压到新目录。

所有类型共同的读写流程#

下面是 atomic 的完整输入。更换类型时，atom_style 与 input.data 的列格式必须同时匹配；带模板的类型还有额外的初始化步骤。

units lj
dimension 3
atom_style atomic 
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 3
atom_style atomic 
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

nocoeff 不输出势参数，noinit 用于本例的数据读写，不初始化力模型。要做真实动力学，需要另行设置对应势函数、参数和积分器，并正常执行 run；不要把这里的零步读写当作已经完成的物性计算。velocity all set 是人为给定速度，不是按温度抽样。

write_data 在每个原子行末增加 nx ny nz 三个周期映像标志，本例均为0。读取自己生成的数据时保留它们即可。

图中蓝黄分别标识两个粒子，位置、尺寸、取向及标注均取自实际输出；是xy投影，z信息仍完整保存在data/CSV中。

本篇类型与列顺序#

template：最小可修改数据#

先用 molecule 读入模板，再声明 atom_style template dimer。Atoms 的实际顺序是ID、分子ID、模板序号、模板内原子序号、类型和xyz，不能直接套 full 的列序。

先看配套文件：

head -60 inputs/template/input.data
cat inputs/template/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan minimal template data; reduced LJ units, IO example only

2 atoms
1 atom types

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Masses

1 2.0

Atoms # template

1 1 1 1 1 2 2 2
2 1 1 2 1 3 2 2

本例完整输入：

units lj
dimension 3
molecule dimer molecule.txt
atom_style template dimer
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
dimension 3
molecule dimer molecule.txt
atom_style template dimer
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

模板文件 molecule.txt：

Yuansuan two-site template

2 atoms

Coords

1 0 0 0
2 1 0 0

Types

1 1
2 1

模板编号从1开始，模板内原子编号也从1开始。模板必须在第一次 read_data 前创建；clear 后要重新创建。本例模板含两个点，没有 Bonds；不要把两个点之间的绘图连线当成力场键。

oxdna：最小可修改数据#

使用 hybrid bond ellipsoid oxdna 一起提供键、取向和oxDNA属性。不要单独写 atom_style oxdna；本例是带一条有向键的格式模板，不是已参数化的DNA动力学。

先看配套文件：

head -60 inputs/oxdna/input.data
cat inputs/oxdna/in.lammps

input.data 完整内容：

Yuansuan oxDNA attribute template: hybrid bond ellipsoid oxdna

2 atoms
1 atom types
1 bonds
1 bond types
2 ellipsoids

0 8 xlo xhi
0 8 ylo yhi
0 8 zlo zhi

Masses

1 2.0

Atoms # hybrid

1 1 2 2 2 1 1 2
2 1 3 2 2 1 1 2

Ellipsoids

1 1.2 .8 .6 1 0 0 0
2 1.2 .8 .6 1 0 0 0

Bonds

1 1 1 2

本例完整输入：

units lj
atom_style hybrid bond ellipsoid oxdna
read_data input.data
velocity all set .1 .2 .3
write_data first.data nocoeff noinit
write_dump all custom first.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
clear
units lj
atom_style hybrid bond ellipsoid oxdna
read_data first.data
write_data second.data nocoeff noinit
write_dump all custom second.dump id type x y z vx vy vz modify sort id format float %.16g
print "IO_ROUNDTRIP_DONE"

12个Kokkos条目实际怎样运行#

资料包包含下列12种条目的完整输入和结果。它们与基础格式的数据字段相同；本例显式初始化Kokkos并选择对应原子类型，不据此宣称有GPU力计算或加速比。

在作业已分配的计算资源内，单独检查一个输入可以执行：

module purge
module load lammps/30Sep2026-p100-kokkos
mkdir atomic-kk-test
cp inputs/atomic-kk/* atomic-kk-test/
cd atomic-kk-test
lmp -k on g 1 -in in.lammps

hybrid/kk 的子类型也写成 charge/kk sphere/kk。更换后端不意味着数据列可以更改；不要把 sphere 的 density 列改成 mass。

如何核对结果与继续使用#

实际两次写出覆盖全部原子属性、质量/形状/拓扑附加段、速度及坐标dump。41例逐项核对通过；数值差异只在有限尺寸几何的浮点舍入范围内，完整误差在CSV中。

head -12 work/analysis/atom-style-io.csv
head -5 work/analysis/xyz/charge-attributes.csv
head -5 work/analysis/xyz/charge.xyz

XYZ导出工具只输出位置，电荷、取向、密度等另存属性CSV；继续计算时保留原生data文件及附加段。只把XYZ读回不能恢复完整模型。图件为PNG原图，可点击放大。

本包统一使用约化 units lj 演示存储格式，数值是教学输入；套用真实体系时，把单位、质量、相互作用参数、边界、粒子属性及积分器作为一个整体检查。尤其电子、磁性、流变与连续介质模型不要直接套用这里的人为参数。

继续阅读：

• LAMMPS原子类型与带电分子数据
• LAMMPS球粒子与非球形数据
• LAMMPS多物理粒子数据字段

字段解释参照官方atom_style说明、read_data说明和Body粒子说明，实际列顺序以本教程对应30Sep2026原生写出文件为准。