PLUMED结构对齐：平移、旋转与权重

分析分子中的某个位置之前，通常需要先去掉分子的整体漂移或转动。本篇用32帧可解释的人工几何，演示PLUMED如何按三个原子对齐，同时带动没有参与拟合的其他原子。这里没有运行物理分子动力学。

1. 下载并先看坐标#

下载完整输入、原生结果、数据和绘图脚本，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd plumed-alignment-periodic-images
module load ase/3.29.0
bash read.sh
bash plot.sh

默认读取包内参考结果，在analysis-read/和figures/生成数据与图片。新的原生运行使用work-new/独立目录。

输入5个粒子，1–3号构成非共线参考三角形，拟合权重1、2、3；4号为观察粒子，5号也不参与拟合。点大小对应拟合权重。对齐会作用于全部5个粒子，并非只移动模板里的原子。

2. 模板与输入#

本例使用PLUMED 2.10.1，来自CP2K 2026.2依赖目录；运行脚本设置相应动态库路径，不与公共独立PLUMED 2.9.x混用。

cat inputs/optimal/reference.pdb
cat inputs/optimal/plumed.dat

ATOM      1  C   MOL A   1       4.000   4.000   4.000  1.00  1.00           C
ATOM      2  C   MOL A   1       6.000   4.000   4.000  2.00  1.00           C
ATOM      3  C   MOL A   1       4.000   7.000   4.000  3.00  1.00           C
END

PDB坐标是Å，occupancy列给拟合权重，脚本中的轨迹使用nm。模板只列1–3号，不能把文件中的行号与实际原子编号混淆。

UNITS LENGTH=nm ENERGY=kj/mol TIME=ps
DUMPATOMS ATOMS=1-5 FILE=before.xyz UNITS=nm PRECISION=14
FIT_TO_TEMPLATE REFERENCE=reference.pdb TYPE=OPTIMAL NOPBC
DUMPATOMS ATOMS=1-5 FILE=after.xyz UNITS=nm PRECISION=14
p: POSITION ATOM=4 NOPBC
PRINT ARG=p.x,p.y,p.z FILE=COLVAR STRIDE=1 FMT=%.14e

TYPE=SIMPLE只平移，使当前与参考的加权中心重合；TYPE=OPTIMAL还包含最佳旋转。本例用独立加权Kabsch变换复算所有原子坐标，最大差约7×10⁻¹⁵ nm。

3. 运行并读取#

bash run.sh
bash read.sh work-new analysis-new
bash plot.sh analysis-new figures-new work-new
head -8 work-new/optimal/after.xyz

run.sh只运行短轨迹PLUMED driver后处理。每个输入中的FIT_TO_TEMPLATE修改它之后动作所见的坐标；放在前面的DUMPATOMS保存原坐标，放在后面的保存对齐坐标。把动作顺序调反，会改变你分析的参考系。

本例NOPBC输入本来连续。真实跨盒分子应先理解局部重建和整体周期映像的区别，参考周期边界操作。官方说明将OPTIMAL实现标为测试阶段；用于复杂体系偏置前应先做适合自己结构的数值对照，下一篇给出实际方法。