Question

我正在进行一些涉及数百万个原子系统的MD模拟。

我编写了一些代码来生成一个只是XYZ原子坐标列表的文件。现在我需要在原子之间产生键。如果两个原子在彼此的一定距离内，则认为是一个键。

示例XYZ文件：

所以我有五个原子。如果我的距离阈值是2个单位，那么我的债券清单将是：

1 2
3 5
4 5

（其中数字对应于XYZ文件中坐标的索引）。

生成此列表的简单方法是：

for i = 1:numAtoms
    for j = i+1:numAtoms
        if distance(atom[i], atom[j]) < 2
            bonds.push [i, j]

然而，这很快就会达到算法极限，即使在数百万个原子的高度优化的C中也很慢，至少在这个过程中我会这么频繁。

我对空间分区数据结构的唯一体验是当我写一次光子映射器时使用kd-tree，所以我真的不知道这个问题的最佳解决方案是什么。我确信那里可能有一些最适合这种情况的东西。

我还应该提到我的模拟框是周期性的，这意味着（0.5,0,0）处的原子将与（boxWidth - 0.5,0,0）处的原子结合，距离阈值如2。 / p>

Answer 1

首先尝试简单的解决方案。它们编码速度快，易于测试。如果这不能提供所需的性能，那么你可以尝试一些比较棘手的事情。

因此，您可以通过为原子分配网格坐标来严格修剪搜索空间。没什么技术性的。就像一个穷人的八叉树......

您需要做的就是网格大小为2，并搜索本地网格和每个相邻网格中的所有原子。网格显然是3D。原子的网格位置并不比将每个坐标除以网格大小复杂得多。

显然，你进行初步传递并创建属于每个细胞的原子列表（或矢量）。您可以将列表存储在由3D网格坐标索引的map中。然后对于每个原子，您可以只查找本地列表并进行键合测试。

另外，不要使用平方根作为距离。改为以距离平方运行。这样可以节省大量的处理负担。