LAMMPS ML-IAP神经网络势实操

已有神经网络势的使用可以从小结构开始：准备结构，配对模型与描述符，运行固定结构的能量和力，再逐步加入自己的优化或MD设置。本篇使用LAMMPS随附的铜、硅模型，不重新训练，也没有将模型对真实材料的精度作验证。

1 下载并读取参考结果#

下载铜SNA与硅SO3神经网络势完整包，放到登录目录：

mkdir MLIAP-NN
python3 -m zipfile -e lammps-MLIAP-neural-*.zip MLIAP-NN
cd MLIAP-NN

bash analyze.sh

head -n 10 tables/energies-forces.csv

这一步只分析包内数据，生成CSV和四张图，不提交计算。reference/中有P100/V10016G、普通/Kokkos求力路径的32个参考条件。

两者均为三维周期边界，分别比较晶格缩放0.98、1.00、1.02和随机扰动0.03 Å的结构。

颜色表示z坐标，同一xy位置可能有沿z方向重合的原子。结构由输入生成，没有用优化后的理想坐标替换实际输出。

2 提交自己的小算例#

bash run.sh

默认在有权限的核时P100分区申请1GPU、2个CPU核额度，顺序完成所选硬件的16个条件。V10016G用户将命令换为 bash run.sh v100。普通路径和Kokkos路径都在计算节点的同一个资源分配中运行，普通路径用于数值对照；没有拿它作为CPU性能测试。

脚本等待已提交作业，不必重复启动；可另开终端执行 squeue -u "$USER" 查看状态，提交号在 new-work/SUBMISSIONS.json。新结果保存在 new-work/，输出汇总为：

head -n 10 tables-new/your-energies-forces.csv

每个条件只有9次零步能量/力求值，没有MD积分。除了基准求值，还包括三个坐标各±δ的力差分，以及两个均匀晶格微应变条件的压力差分。重做时另建目录解压，保留已有数据。

3 势函数如何写进输入#

cat input-example.lmp

下面是实际铜SNA神经网络输入。model nn 读取网络权重，descriptor sna 读取邻域描述符；pair_coeff中的 Cu 完成原子类型映射。

units metal
atom_style atomic
boundary p p p
read_data ../models/Cu_sna-perturbed.data
pair_style mliap model nn ../potentials/Cu.nn.mliap.model descriptor sna ../potentials/Cu.snap.mliap.descriptor
pair_coeff * * Cu
neighbor 1.0 bin
neigh_modify every 1 delay 0 check yes
compute e all pe/atom
compute b all sna/atom 5.0 0.99363 6 0.5 1 rmin0 0 bzeroflag 0 quadraticflag 0
thermo 1
thermo_style custom step atoms pe press vol pxx pyy pzz
thermo_modify norm no format float %.16g
dump d all custom 1 base.dump id type x y z fx fy fz c_e c_b[*]
dump_modify d sort id format float %.16g
run 0
undump d
print "base $(pe:%.16g) $(press:%.16g) $(vol:%.16g)" append properties.dat screen no
group probe id 1
displace_atoms probe move 1e-05 0 0 units box
run 0
print "FD 1 0 plus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move -2e-05 0 0 units box
run 0
print "FD 1 0 minus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move 1e-05 0 0 units box
group probe delete
group probe id 17
displace_atoms probe move 0 1e-05 0 units box
run 0
print "FD 17 1 plus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move 0 -2e-05 0 units box
run 0
print "FD 17 1 minus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move 0 1e-05 0 units box
group probe delete
group probe id 43
displace_atoms probe move 0 0 1e-05 units box
run 0
print "FD 43 2 plus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move 0 0 -2e-05 units box
run 0
print "FD 43 2 minus $(pe:%.16g)" append properties.dat screen no
displace_atoms probe move 0 0 1e-05 units box
group probe delete
change_box all x scale 1.00001 y scale 1.00001 z scale 1.00001 remap
run 0
print "strain plus $(pe:%.16g) $(vol:%.16g)" append properties.dat screen no
change_box all x scale 0.999980000199998 y scale 0.999980000199998 z scale 0.999980000199998 remap
run 0
print "strain minus $(pe:%.16g) $(vol:%.16g)" append properties.dat screen no

硅的配套设置为：

pair_style mliap model nn ../potentials/Si.nn.mliap.model descriptor so3 ../potentials/Si.nn.mliap.descriptor
pair_coeff * * Si

描述符和网络必须成套。相同的30维长度并不意味着SNA与SO3可以互换，也不能把铜的权重用到硅。网络文件头部的 NET 说明输入维数、层数和每层激活函数；本例隐藏层为tanh，输出层为linear。

Kokkos求解命令由作业脚本执行：mpirun -np 1 --bind-to none lmp -k on g 1 -sf kk -pk kokkos newton on neigh half gpu/aware off -in in.lmp。无需在登录节点直接运行LAMMPS。

4 看实际能量，再考虑自己的材料#

三点折线连接实际固定结构，不是EOS拟合。硅模型在这三个尺度内的最低值落在扫描边界，也没有据此求平衡晶格。基准晶格未针对该势优化，压力不为零是需要注意的实际结果。

这些模型各自具有能量零点和训练范围，不能与另一份势的总能量直接混合。用于自己的优化或MD前，应了解势的训练来源，补充代表性构型、力和压力对照，再检查温度、应变及缺陷是否超出适用范围。MACE/PyTorch等接口还需要各自的Python支持和模型文件，不由这两个原生NN例子自动覆盖。

本例环境为LAMMPS 30 Sep 2026、GCC13.3、CUDA12.8、OpenMPI5.0.10、Kokkos5.2.1；分析用ASE3.29.0环境中的NumPy和Matplotlib。继续看神经网络势的力与压力分析；接口说明见官方ML-IAP文档。