Data Filtering for Effective Analysis of Crystal-Solution Interface Molecular Dynamics Simulations.
Data Filtering for Effective Analysis of Crystal-Solution Interface Molecular Dynamics Simulations.
复制标题
用于有效分析晶体溶液界面分子动力学模拟的数据过滤
DOI：
10.1021/ct400808d
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发表时间：
2014
影响因子：
5.5
通讯作者：
Briesen
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Greiner;Briesen
在晶体生长和溶解模拟过程中发生在固溶体界面的过程分析需要一种有效的方法来检测罕见的，不相关的从液体到固体状态的转变，反之亦然。由于分子的振荡行为，这不是一个微不足道的问题。通常，为了考虑分子的热振动和旋转柔性，数据（例如，取向、质量中心位置）在某个时间间隔上取平均。然后使用一些有序参数对它们进行评估，以将单个分子分类为晶体或溶液。在这种情况下，结果可能对时间间隔非常敏感，而时间间隔大多是以某种启发式方式选择的。为了抑制快速非马尔可夫动力学的问题，并使分子状态的识别更可靠和鲁棒性，卡尔曼滤波器的应用，可选地结合滞后的方法，提出了在这方面的贡献。介绍了一种滤波器参数估计方法。为了证明这种方法，简单和广泛使用的顺序参数的基础上的分子的结构特征。所得结果明显上级基于数据平均技术的结果，并且对于有效跃迁速率的计算以及对于界面时间演化的一般分析是重要的。
Analysis of processes occurring at the solid-solution interface during crystal growth and dissolution simulations requires an effective way to detect rare, uncorrelated transitions from the liquid to the solid state or vice versa. Because of the oscillatory behavior of molecules, this is not a trivial problem. Usually, to take the thermal vibration and rotational flexibility of the molecules into account, the data (e.g., orientation, center of mass position) needed to determine the molecular state are averaged over some time interval. Then they are evaluated using some order parameters to classify the individual molecules as being either crystalline or in solution. In this case, the results can be very sensitive to the time interval, which is mostly chosen in some heuristic way. To suppress the problem of fast non-Markovian dynamics and to make the identification of the molecular state more reliable and robust, the application of a Kalman filter, optionally combined with a hysteretic approach, is proposed in this contribution. A scheme to estimate the filter parameters is introduced. To demonstrate the approach, simple and widely used order parameters based on the structural features of molecules are taken. The obtained results are clearly superior to those based on the data averaging technique and are important for the effective transition rates calculation as well as for the general analysis of the time evolution of interfaces.
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