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思想家公社的门口:量子化学·分子模拟·二次元

2018-07-13 00:01编辑:angeranger.com人气:


PS: 如果你是从零起步的初学者,想入门量子化学,那么恭喜你,看到此文章时,你终于找到正轨了!

谈谈学量子化学如何正确地入门

文/Sobereva @北京科音

First release: 2016-Nov-12  Last update: 2018-Jul-5

量化的重要性已经被越来越多的人认知,步入量化研究领域的新人的增长速度也在不断迅猛增加,量化研究群体也越来越大。无数从事量化研究的新人在入门过程中摸不到门路,白花了很大时间、绕了很大弯路,吃了大亏。总是学来学去,没少努力,看了不少乱七八糟资料,结果量化关键性的基础知识和程序基础操作还是没正经学明白,思维脉络一团浆糊,文章更是出不来,往往还陷入延期毕业的惨剧。笔者常年天天在网上答疑,这样的新人见到的太多。本文谈谈我对新人入门的看法,都是真真正正实实在在的大白话,比较侧重于那些搞应用性研究的人(也是量化研究者中的>95%的群体)。

笔者认为量化入门一定要按照正确、合理的顺序,循序渐进。要从简单到复杂,从构建整体的知识框架并会用最常用的量化程序算最基本的任务开始,再到逐渐了解更多理论、深化对理论的理解以及掌握更多计算技巧和程序的使用。在这个过程中,参加合适的培训、看合适的资料尤为关键。参加不适合自己当前程度的培训、看不适合自己当前水平的书,不仅没什么益处,花很多时间也学不到自己当前需要的知识,反倒会有严重的害处,就是会接触到各种复杂的概念、术语、公式,自己事先又没有足够能够理解它们的基础知识,就会被这些东西搞晕,甚至胡思乱想,把五花八门不相干的概念瞎搅合在一起。

有两类初学者,他们是极度危险的:

第一类初学者:决心要把量化的理论学明白,还打算把涉及到的各种公式推导全都搞透,想等彻底学明白了才肯研究实际问题。甚至有些人,在学量化理论前,还觉先得把数学、物理再好好学一遍,否则觉得心里没底。这类初学者,除非迷途知返,否则后果是,轻则把导师惹怒(课题迟迟没进展,都不知道人整天在干什么),重则延期毕业。因为这种方式入门的周期实在太漫长,而且空学一堆理论不实际上阵算算具体问题,就只会纸上谈兵、不知哪些知识重要哪些不重要、哪些有用哪些没用,而且也没法通过实践加深对理论的理解。而且费劲巴拉把一大堆数学推导什么的好不容易都弄明白了,在之后自己的研究中它们又完全派不上任何直接的用场(除非是专门搞基础性理论方法研究的),后果就是很快会把它们忘记,搞懂它们花的精力几乎全都白费了。这些初学者一定要意识到学习的时间成本问题,时间不是无限的,毕业、文章等各种现实压力在眼前,没有时间让你无限制地悠哉悠哉地慢慢啃理论。量化历史悠久,博大精深,深坑无数,很多理论方法对于应用性计算来说,实际上只要正确地知道个大概便足够,如果无论用到什么理论都非要深究一番,那真是在有限的时间内什么也干不成了。比如十分流行的M06-2X泛函,知道它的一些关键性特点(Truhlar组08年搞的、是meta-杂化泛函、对有机体系进行参数化、对积分格点略敏感、算热化学数据/弱相互作用等问题优秀...),然后放心用它就够了,若是非要把原文看明白,然后发现看不明白又去看DFT专著,然后为了加深对泛函的理解又买本《泛函分析》啃,那得猴年马月才能开展研究。

第二类初学者:这类初学者严重忽视理论基础的重要性,什么都不懂上来就看网上零七八碎的信息来用量化程序做计算。前面说了在初学阶段花过度时间用在啃理论是不对的,但是量化上的常识知识不能不知道!没有常识就能算出合理、有价值、能用来发表的数据才怪!很多初学者,严重缺乏基本常识,犯各种低级错误,令高手感到莫名其妙、匪夷所思的各种小白问题基本都是这类初学者问的。这些初学者的思路、对被研究的问题的看法往往都还处在民科阶段,写出来的关键词令人无语,诸如用热力学组合方法的时候还写基组名。而且网上(除了计算化学公社和思想家公社群外)净是乌七八糟误人子弟的量化方面的讨论,还有各种错误百出的资料(大多数是中文的)。这些初学者看了这些内容,会学一身坏毛病、获得严重错误的知识经验,乃至陷入泥沼不能自拔,诸如到处用IOp(5/13=1)、靠加大循环次数上限妄图解决不收敛、明明程序支持解析频率非要加个=numer用数值的。总之这类初学者的下场就是,会计算、能算出来数据,但绝大多数的计算都是白费功夫、糟蹋计算资源,高手能用不足他们的1/10甚至1/100的计算量算出合理、有意义得多的结果。

综上所述,在量化入门过程中,理论知识和运用实际程序计算,二者是相辅相成的,切不可彼此脱离。没有常识级别的理论知识,算就是瞎算;不用量化程序计算具体问题,一方面完成不了科研任务,另一方面也无法深化对理论方法的认识。

那么,如何以最正确的入门途径踏入量化研究领域?分两种情况,一是有条件能参加北京科音量化培训的情况,二是没条件只能自学的情况:

一 参加培训 参加笔者讲授的北京科音自然科学研究中心()开办的不同档次的量子化学培训,这是入门和提高最快的途径,没有之一,而且比起通过任何其它方式,哪怕还是最顺利、没绕弯路的情况,长进速度都能快最少10倍以上。自学过程慢也就罢了,更麻烦的是看五花八门的资料过程中往往还会被错误的信息误导,并且很难形成正确的知识框架。

北京科音的量化培训从2015年起开办,共分为三个班:初级班、基础班、高级班,内容难度、深度依次增加。每年三个班都会在北京开办,培训的预告在北京科音的首页上可以看到,每次培训前大概一个月左右会在主页上发正式通知。历届培训的记录可以在北京科音官网的“科研培训”中看到,在计算化学公社论坛还可以看到学员们参加培训的感受:。培训开办目的是让广大量化工作者最大程度受益,所以培训费用仅有其它机构平均培训费用的1/3甚至更低,而对培训质量的要求则是最高级别、最苛刻的,这使得每次培训都赢得了学员们热烈的反响,场场爆满(曾有次培训正式通知公布在科音主页后不到10个小时就报满了110人而提前截止报名),有一些学员甚至从澳大利亚、美国、沙特阿拉伯、韩国、加拿大等国专程回国慕名参加。学员从零基础开始,参加初级班后可以成为中鸟,经过一段时间研究实践后,再参加基础班后可以成为老鸟(对于悟性好的,把基础班所讲知识完全吃透就达到高手程度了)。如果对量化颇有兴趣,感觉仍学有余力,或者想获得研究更深层、更多问题的能力,那么再参加高级班,就可以达到大侠程度。

下面分别简单介绍下这三个班的特点和定位:

初级量化班: 初级班时长为4天,从2016年12月开始办第一届,到2018年5月为止已举经办过四届。这个班专门针对广大从零基础开始入门的量化研究者,还有那些接触过一点量化计算,但头脑里稀里糊涂,各种常见任务都不能确保正确完成的人。这个班也适合那些实验化学工作者,他们需要学习量化计算来辅助自己的实验,但不打算也没时间精力把量化计算学得很精通。参加过此培训后,学员就可以不犯错地顺利完成各种常见量化计算任务,如几何优化、找过渡态、计算热力学量、势能面扫描、算NMR/红外/拉曼/UV-Vis谱等等,而且也会学会所有最最基础的量化理论知识,确保有足够的常识。初级班是精心设计的给初学者入门的最佳捷径,对于那些刚开始搞量化的,身边又没真正懂行的人教,上过初级量化班后一定会感觉这个班真是太难得了。也确实,参加此培训后的学员们整体反响极好。

(来源:尚之潮网)

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