Moltemplate专题

Moltemplate按键赋电荷与生成文件

用实际逐键电荷分配说明DATA与运行电荷、避免重复连接累加，并解释生成文件及内部工具。

更新于 2026-11-10约 6 分钟阅读按任务与环境选择适用配置

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Moltemplate生成的不只有一个DATA文件。初始化、相互作用系数、电荷和变量编号可能位于不同文件，运行时要按顺序读取。本篇沿用四珠子自动拓扑例子，说明按键赋电荷的方法，以及生成文件各自的用途。

1. 下载与完整流程#

下载完整LT、LAMMPS输入、真实输出与绘图脚本，保存为 example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd moltemplate-graph-types-charges

先查看已经计算的数据：

bash show-reference.sh
cat graph-energy-forces.csv
cat charge-fields.csv

重新计算时，在新解压目录提交：

sbatch job.slurm

CPU模板按56核整节点申请，本例短任务实际单进程执行；分区维护时等待可用资源。在已分配的资源中也可以用 bash run.sh。脚本依次完成：生成拓扑和参数 → 对最终键表赋一次电荷 → 含电荷、仅读DATA、改变平衡角三个 run 0 → 导出表格和图片。重新执行整套流程请换新目录，避免覆盖已有 work/。

使用现有Moltemplate2.22.5/Python3.11与LAMMPS30Sep2026 CPU版，后者以Intel oneAPI2024.2、Intel MPI和MKL构建。分析绘图通过 sisl/0.16.4 的Python完成，不用修改公共软件。

2. 按每条键给两端原子分配电荷#

本例的规则为：

write_once("Data Charge By Bond") {
 @atom:A @atom:B 0.2 -0.2
}

每个A–B连接对A贡献+0.2、对B贡献−0.2。内部原子各有两条连接，因此最终是：

原子ID	类型	连接数	本例最终电荷数值
1	A	1	+0.2
2	B	2	−0.4
3	A	2	+0.4
4	B	1	−0.2

这些只是约化模型的输入数值，不能当作某种真实分子的电荷参数。两套互为倍数的电荷也可能都满足总和为0，因此只检查总电荷不足以发现重复累加，需要逐个原子核对。

3. 只给最终键表赋一次电荷#

在当前2.22.5的本例中，自动生成流程同时保留最终 Data Bonds 和原始 Data Bond List，默认调用会把相同连接算两次。随包工作流在建模后明确执行一次原生 charge_by_bond.py，只传最终的typed Bonds，不再同时传原始Bond List。

assign-charges.sh 的完整内容：

#!/bin/bash
# Run inside work/ after moltemplate.sh. Use exactly one representation of
# each bond: the final typed table. Do not also pass the original Bond List.
set -euo pipefail
charge_by_bond.py -atom-style full \
  -atoms 'output_ttree/Data Atoms' \
  -bonds 'output_ttree/Data Bonds' \
  -chargebybond 'output_ttree/Data Charge By Bond' > system.in.charges

这段脚本是给已生成的 work/ 使用的。直接查看真实参考结果并在自己的副本中重做一次：

source ./env.sh
cd reference-results/native
bash ../../assign-charges.sh
cat system.in.charges

输出为：

set atom 1 charge 0.2
set atom 2 charge -0.4
set atom 3 charge 0.4
set atom 4 charge -0.2

命令输出的是 set atom ... charge ...，会设置对应原子的最终值。本例的初始DATA电荷均为0；如果自己的DATA已有电荷，不能理解为它会自动加上所有原有值，应按力场定义处理基准电荷和键增量。自定义的电荷修改也应明确先后顺序，避免后一个文件覆盖前面的设置。

图中灰色保留了重复输入时的实际输出，蓝色才是后续计算采用的单次赋值：

逐键贡献、DATA电荷与实际运行电荷

4. 为什么DATA里还是0#

本例电荷通过 system.in.charges 进入LAMMPS，原 system.data 不随之改写。先看两个文件，再看实际导出的运行字段：

sed -n '/Atoms/,+6p' reference-results/native/system.data
cat reference-results/native/system.in.charges
cat charge-fields.csv

运行时的顺序为：

include system.in.init
read_data system.data
include system.in.settings
include system.in.charges

配套的 data-only 对照不读最后一行，因此运行电荷仍为0。两组能量和力相同是因为本例用了 pair_style zero，没有库仑作用；这不是“电荷对任何体系都不重要”。实际带电体系还要配置合适的相互作用和必要的长程处理。

5. 生成文件怎么用#

文件	用途
`system.data`	盒子、质量、原子、初始电荷和各类拓扑。
`system.in.init`	单位、atom_style和相互作用形式等初始化设置。
`system.in.settings`	实际类型编号对应的系数。
`system.in.charges`	读取DATA之后应用的电荷命令。
`run.in.EXAMPLE`	生成的运行示例；正式使用前检查自己的任务设置。
`output_ttree/ttree_assignments.txt`	变量名到数字编号的对应表。
`output_ttree/*.template`	保留变量表达式的中间模板。
`output_ttree/Data Bonds`等	已经展开的分段数据，适合核对与工具处理。

查看本例文件和编号：

ls reference-results/native
head -n 12 reference-results/native/output_ttree/ttree_assignments.txt
cat 'reference-results/native/output_ttree/Data Bonds'
cat 'reference-results/native/output_ttree/Data Angles'
cat 'reference-results/native/output_ttree/Data Dihedrals'

6. 自动调用的内部工具#

本例构建实际调用了下面这些入口。日常主要运行 moltemplate.sh，根据需要再使用赋电荷、格式转换等工具；一般不必把全部内部步骤手工重跑一遍。

入口	作用
`moltemplate.sh`	组织整个构建流程。
`lttree_check.py`	检查LT语法及所需参数定义。
`lttree.py`	展开LAMMPS模板、对象和变量。
`ttree_render.py`	将变量编号应用到文本模板。
`bonds_by_type.py`	按原子类型匹配键类型。
`nbody_by_type.py`	从连接图生成并匹配角、二面角等相互作用。
`nbody_reorder_atoms.py`	按相互作用的对称规则整理原子顺序。
`nbody_fix_ttree_assignments.py`	协调自动生成相互作用后的变量编号。
`charge_by_bond.py`	累计每条键给两端原子的电荷贡献。
`remove_duplicate_atoms.py`	处理重复原子定义。
`remove_duplicates_nbody.py`	处理重复相互作用定义。
`renumber_DATA_first_column.py`	整理相应DATA片段的首列编号。
`postprocess_input_script.py`	整理生成的输入脚本。
`postprocess_coeffs.py`	处理参数命令中的类型表达。
`lttree_postprocess.py`	检查展开后生成文件中的对应关系。

这张表说明本例中各程序的角色，不代表每个可选参数、特殊势或外部模拟引擎都已覆盖。手工修改中间文件后，重新构建可能覆盖它们；长期应将模型与参数修改留在LT源文件或明确的后处理脚本中。

需要转换快照，见轨迹与DATA转换；需要反向生成LT，见模板还原与类型清理。官方说明：Moltemplate手册。

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