Numerische Simulation in der Moleküldynamik
Numerik, Algorithmen, Parallelisierung, Anwendungen
1st Edition
Published on 4. September 2003
Book
Paperback/Softback
XII, 480 pages
978-3-540-41856-6 (ISBN)
Description
Das Buch behandelt Methoden des wissenschaftlichen Rechnens in der Moleküldynamik, einem Bereich, der in vielen Anwendungen der Chemie, der Biowissenschaften, der Materialwissenschaften, insbesondere der Nanotechnologie, sowie der Astrophysik eine wichtige Rolle spielt. Es führt in die wichtigsten Simulationstechniken zur numerischen Behandlung der Newtonschen Bewegungsgleichungen ein. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der schnellen Auswertung kurz- und langreichweitiger Kräfte mittels Linked Cell-, P$/\3$M-, Baum- und Multipol-Verfahren, sowie deren paralleler Implementierung und Lastbalancierung auf Rechensystemen mit verteiltem Speicher. Die einzelnen Kapitel beinhalten darüberhinaus detailierte Hinweise, um die Verfahren Schritt für Schritt in ein Programmpaket umzusetzen. In zahlreichen farbigen Abbildungen werden Simulationsergebnisse für eine Reihe von Anwendungen präsentiert.
More details
Series
Language
German
Place of publication
Berlin
Germany
Publishing group
Springer Berlin
Target group
Professional and scholarly
Research
Illustrations
91 s/w Abbildungen, 44 farbige Abbildungen
XII, 480 S. 135 Abb., 44 Abb. in Farbe.
Dimensions
Height: 235 mm
Width: 155 mm
Thickness: 27 mm
Weight
744 gr
ISBN-13
978-3-540-41856-6 (9783540418566)
DOI
10.1007/978-3-642-18779-7
Schweitzer Classification
Other editions
Additional editions
Michael Griebel | Stephan Knapek | Gerhard Zumbusch
Numerische Simulation in der Moleküldynamik
Numerik, Algorithmen, Parallelisierung, Anwendungen
E-Book
03/2013
Springer
€35.96
Available for download
Persons
Michael Griebel received his education at the Technical University of Munich, Germany. He is a professor at the Institute for Numerical Simulation at the University of Bonn, Germany, where he holds the Chair of Scientific Computing and Numerical Simulation. Additionally, he is the director of Fraunhofer SCAI (Institute for Algorithms and Scientific Computing), Sankt Augustin, Germany. His research interests include numerical simulation, scientific computing, machine learning, and high-dimensional approximation. Since 2002, he has served as the Editor-in-Chief of the Springer journal Numerische Mathematik.
Peter Oswald received his education at Odessa State University and Moscow State University. He has held research, teaching, and professorship positions at various institutions, including TU Dresden, FSU Jena, Kuwait University, Texas A&M University, Bell Laboratories, Jacobs University Bremen, and the University of Bonn. His research interests include approximation theory, function spaces, and numerical analysis.
Content
1 Computersimulation - eine Schlüsseltechnologie.- Von der Schrödingergleichung zur Moleküldynamik.- Die Schrödingergleichung.- Eine Herleitung der klassischen Moleküldynamik.- Ein Ausblick auf ab initio Moleküldynamik-Verfahren.- Das Linked-Cell-Verfahren für kurzreichweitige Potentiale.- Die Zeitdiskretisierung - das Störmer-Verlet-Verfahren.- Implementierung des Basisalgorithmus.- Der Abschneideradius.- Das Linked-Cell-Verfahren.- Implementierung der Linked-Cell-Methode.- Erste Anwendungsbeispiele und Erweiterungen.- Thermostate, Ensembles und Anwendungen.- Parallelisierung.- Parallelrechner und Parallelisierungsstrategien.- Gebietszerlegung für die Linked-Cell-Methode.- Implementierung.- Leistungsmessung und Benchmark.- Anwendungsbeispiele.- Erweiterung auf kompliziertere Potentiale und Moleküle.- Mehrkörperpotentiale.- Potentiale mit festen Nachbarschaftsstrukturen.- Zeitintegrationsverfahren.- Fehler der Zeitintegration.- Symplektische Verfahren.- Multiple Zeitschrittverfahren - das Impuls-Verfahren.- Zwangsbedingungen - der Rattle-Algorithmus.- Gitterbasierte Methoden für langr eichweit ige Potentiale.- Lösung der Potentialgleichung.- Kurz- und langreichweitige Energie- und Kraftanteile.- Die Smooth-Particle-Mesh-Ewald-Methode (SPME).- Anwendungsbeispiele und Erweiterungen.- Parallelisierung.- Anwendungsbeispiel: Die Struktur des Universums.- Baumverfahren für langr eichweitige Potentiale.- Reihenentwicklung des Potentials.- Baum-Strukturen für die Zerlegung des Fernfelds.- Partikel-Cluster-Wechselwirkungen und das Barnes-Hut-Verfahren.- Parallele Baumtechniken.- Verfahren höherer Ordnung.- Cluster-Cluster-Wechselwirkung und das schnelle Multipolverfahren.- Vergleich und Ausblick.- Anwendungen aus Biochemie und Biophysik.- Trypsininhibitordes Rinderpankreas.- Membranen.- Peptide und Proteine.- Protein-Ligand-Komplex und Bindung.- Ausblick.- A Anhang.- A.1 Newtonsche, Lagrangesche und Hamiltonsche Gleichungen.- A.2 Hinweise zur Programmierung und Visualisierung.- A.3 Parallelisierung mit MPI.- A.4 Maxwell-Boltzmann-Verteilung.- A.5 Simulationsparameter.