Veronika+Brázdová等

所謂的計算機模擬就是用計算機模仿真實的科學實驗過程，也就是說用計算機代替在實驗設備上做所要求的實驗。為此，首先要建立一個可以用計算機處理的數(shù)學模型模擬真實的系統(tǒng)，然后根據(jù)實驗的具體條件仔細地考慮系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構、外界影響、可調(diào)參數(shù)的限定范圍以及需要求取的物理量等，編寫出合適的程序，送入計算機中。由計算機一步一步地進行數(shù)值實驗，產(chǎn)生所需要的實驗結(jié)果，從而得到所需要的數(shù)據(jù)，并處理和分析這些結(jié)果。這種計算機模擬方法始于上世紀20年代，最早用于軍工領域，隨著計算機的普及，現(xiàn)在已經(jīng)遍及自然科學和社會科學的各個領域，成為科學研究中一種常用的技術和不可缺少的環(huán)節(jié)。它特別適合于實驗條件苛刻、環(huán)境惡劣、實驗周期長、花費大，且問題的數(shù)學物理機制比較明確的場合。可以大幅減少人力、物力，降低成本，提高效率，因此受到科學界的普遍重視。

本書是一部教讀者實際操作原子的計算機模擬的實用教材，旨在使讀者理解、設計、運行并分析他們自己的原子的計算機模擬結(jié)果。本書作者們在指導學生從事原子計算機模擬研究以及教學活動時產(chǎn)生了自己動手寫一本教材的打算，期望以此為讀者提供設計和執(zhí)行任何包括原子模擬研究計劃所需要的實用知識，一部展示計算機模擬的最佳實踐范例和實用指南。

作者們把全書內(nèi)容分成5個部分。第1部分涵蓋了為理解原子計算機模擬所需要的大學高年級水平的基本物理和化學知識以及原子模擬技術的基本概念，含第1-4章：1. 原子，分子和晶體；2. 化學鍵；3. 化學反應；4. 究竟計算什么？。第2部分描述原子模擬的基本技術，含第5-6章：5. 總能量最小化；6. 分子動力學和蒙特卡羅。第3部分描述分子力學和電子結(jié)構技術理論，這一部分技術性比較強，具有足夠的深度使讀者能夠理解如何做模擬以及不同方法中的近似是什么，含第7-9章：7. 計算能量和力；8. 電子結(jié)構方法； 9. 詳細介紹密度泛函理論。第4部分強調(diào)了設計一個實際做模擬的計劃，包括如何選擇原子的合適坐標，以及如何仔細地規(guī)定和檢驗特殊的模擬，含第10-13章：10. 項目計劃；11. 坐標和模擬單元；12. 基本要點；13. 試驗。第5部分詳細分析了如何取出一個模擬代碼生成的數(shù)據(jù)以及如何產(chǎn)生有價值的數(shù)據(jù)，含第14-18章：14. 查看輸出文件；15. 利用所有的數(shù)據(jù)做些什么？16. 可視化；17. 電子結(jié)構分析；18. 與實驗比較。書末給出了兩個附錄：A.UNIX；B. 科學計算，補充介紹了一些課文中用到的具體程序問題。

讀者在閱讀時應該至少要利用一個具體的原子計算機模擬代碼，實際動手去做實驗，分析所得的結(jié)果，評估結(jié)果是否正確，發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，從結(jié)果中提取相關信息。作者為本書提供一個網(wǎng)頁：http：//www.atomisticsimulations.org/。在那里作者們寫了一些博客，討論當前感興趣的一些最新的文章以及一些練習。而且內(nèi)容不斷更新。對于從事原子計算機模擬的研究人員和學習相關課程的研究生本書有很好的參考價值。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）endprint