[发明专利]一种基于强化学习构建分子反应力场的系统及方法

说明书

本发明提供一种基于强化学习构建分子反应力场的系统及方法，涉及材料信息学技术领域。本发明包括输入输出模块、参数与配置模块、分子动力学接口模块、环境设置模块、优化模块；输入输出模块将初始反应力场描述文件传输至参数与配置模块；参数与配置模块与优化模块；环境设置模块用于保存数据和输出初始力场参数，将该参数输出至分子动力学接口模块,分子动力学模块用于将得到的材料物性误差输出至优化模块；优化模块用于得到优化后的力场参数，并形成优化力场文件输出至输入输出模块。该方法可以快速、准确优化得到原子体系的反应力场用于分子动力学模拟，从而大幅度缩减材料的研发成本，提升材料的研发效率。

技术领域

本发明涉及材料信息学技术领域，尤其涉及一种基于强化学习构建分子反应力场的系统及方法。

背景技术

分子动力学方法是计算材料学模拟实验的一种理论方法，是研究凝聚态系统的有力科研工具。该方法不仅可以得到原子的运动轨迹，还可以观察到原子运动过程中的各种微观细节，可以深入认知原子尺度的现象机理。

随着高性能计算机的普及与改进，分子模拟软件开始逐渐普及，例如NAMD、GROMACS、Amber、Lammps等。这些软件能够较好地通过模拟的方法代替实验来得出结果，可以有效地减少材料设计的试错成本。由于模拟时需要构造原子或分子的势函数或力场参数，传统的分子力场构建通常采用遗传算法，而这一算法有着计算时间长，大规模实验准确性误差难以量化的问题，对使用者的计算机性能、知识掌握能力、结果预判能力提出了很大的挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于强化学习构建分子反应力场的系统及方法，本方法可以快速、准确优化得到原子体系的反应力场用于分子动力学模拟，从而大幅度缩减材料的研发成本，提升材料的研发效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种基于强化学习构建分子反应力场的系统，包括输入输出模块、参数与配置模块、分子动力学接口模块、环境设置模块、优化模块；

输入输出模块用于输入目标分子的初始反应力场描述文件和输出优化力场文件，并将初始反应力场描述文件传输至参数与配置模块；

参数与配置模块用于读取初始反应力场描述文件对文件进行解析，根据解析后的初始反应力场描述文件用户选择算法并载入与该算法相对应的强化学习模型，并将强化学习模型传输至优化模块；

环境设置模块用于保存数据和输出初始力场参数，将初始力场参数输出至分子动力学接口模块，所述保存数据包括目标分子的几何文件、目标分子的参考训练集和目标分子的参数集；

分子动力学模块用于提取环境设置模块中的力场参数并进行分子动力学模拟获取目标分子的材料物性误差，并将获得的误差输出至优化模块；

优化模块用于根据目标分子的材料物性误差通过强化学习模型对力场参数进行优化，并根据优化后的力场参数形成优化力场文件，将得到的优化力场文件传输至输入输出模块；

另一方面，本发明还提供一种基于强化学习构建分子反应力场的方法，通过一种基于强化学习构建分子反应力场的系统实现，包括以下步骤：

步骤1：用户通过输入输出模块输入目标分子的初始反应力场描述文件，并解析该文件，用户在解析后的初始反应力场描述文件中选择用户需要的算法并载入与该算法相对应的强化学习模型；

所述的目标分子的初始反应力场描述文件的解析方法为：通过正则表达式删除注释、定位数据区、识别头文件和分隔符，并将解析后的数据保存到列表容器中，封装成为方便对其进行读写操作的对象；定位待优化的参数，封装待优化的参数，然后对运算符进行重载。