PLUMED参考接触图与配位偏置

接触图可以逐个输出，也可以与参考接触值比较。本篇接续平滑配位数，说明REFERENCE、WEIGHT、CMDIST以及如何把配位数接到一个真正产生力的偏置上。

1. 下载与模型#

下载完整输入、原生输出、CSV与绘图脚本，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd plumed-contacts-coordination
module load ase/3.29.0
bash read.sh
bash plot.sh

这一步读取本包保存的数据，在analysis-read/生成结果表、在figures/生成图片。新运行后处理时使用bash run.sh，输出写入新建的work-new/；它不运行VASP，也不提交新作业。

四粒子、32帧人工几何，使用PLUMED2.10.1离线driver。下面给出附件explicit-switch/plumed.dat的完整输入，便于直接对应输出列：

UNITS LENGTH=nm ENERGY=kj/mol TIME=ps
cn: COORDINATION GROUPA=1 GROUPB=2-4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} NOPBC
cp: COORDINATION GROUPA=1,2 GROUPB=3,4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} PAIR NOPBC
nl: COORDINATION GROUPA=1 GROUPB=2-4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} NOPBC NLIST NL_CUTOFF=1.0 NL_STRIDE=4
cm: CONTACTMAP ATOMS1=1,2 ATOMS2=1,3 ATOMS3=1,4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} NOPBC
cs: CONTACTMAP ATOMS1=1,2 ATOMS2=1,3 ATOMS3=1,4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} NOPBC SUM
cd: CONTACTMAP ATOMS1=1,2 ATOMS2=1,3 ATOMS3=1,4 SWITCH={RATIONAL R_0=0.3 NN=6 MM=12} NOPBC CMDIST REFERENCE1=0.5 REFERENCE2=0.5 REFERENCE3=0.5 WEIGHT1=2 WEIGHT2=1 WEIGHT3=0.5
rest: RESTRAINT ARG=cn AT=1.2 KAPPA=5
PRINT ARG=cn,cp,nl,cm.*,cs,cd,rest.bias FILE=COLVAR STRIDE=1 FMT=%.14g

2. 三种接触输出分别是什么#

• cm.*是三个独立接触分量。
• cs是三个接触之和。
• cd是相对于给定参考接触图的加权平方距离。

本例每个参考接触值都是0.5，权重为2、1、0.5。当前实现的CMDIST为：

cd = [2*(s12-0.5)]^2 + [1*(s13-0.5)]^2 + [0.5*(s14-0.5)]^2

权重在平方里面，不是在每个平方项外再乘一次权重，也没有在最后开平方。参考值0.5是平滑接触的值，不是0.5 nm的原子间距离。

首帧cd≈0.49544925。改变参考值、接触列表或权重时，相应的结果含义也会改变。

3. 配位数谐约束如何产生力#

完整输入中的偏置作用在cn，目标1.2、KAPPA5：

V = 0.5 * 5 * (cn - 1.2)^2

cn无量纲，偏置能量为kJ/mol；对坐标求负梯度后，偏置力单位为kJ/(mol·nm)。CMDIST本身只是被打印的变量，本例没有同时对cd施加另一个偏置。

运行后读文件：

bash run.sh
head work-new/explicit-switch/COLVAR
head -n 12 work-new/explicit-switch/forces.xyz
module load ase/3.29.0
python -B read.py work-new analysis-new
python -B plot.py analysis-new figures-new

forces.xyz是driver导出的偏置力，不是坐标动画，也不包含某个分子力场或DFT的物理受力。

两套输入的全部原子、全部方向都与独立能量中心差分对照，最大分量差约1.8×10⁻⁹ kJ/(mol·nm)，总偏置力也为零。这里说明输入链和导数的一致性，不等于已经用偏置完成了物理采样。

4. 用户最后得到什么#

head analysis-read/PLUMED-three-contact-components.csv
head analysis-read/PLUMED-contacts-coordination-force.csv
head analysis-read/PLUMED-contact-geometry.csv

三个CSV分别保留接触距离/分量、计数/参考图/偏置力与几何坐标。先确认自己的CV定义和原子编号，再把相应PLUMED输入接到实际MD引擎；如何区分引擎接口可见PLUMED与计算程序联用。

原生接触分量与参考图含义见PLUMED CONTACTMAP说明。