Assessment of linear finite-difference Poisson-Boltzmann solvers.
Assessment of linear finite-difference Poisson-Boltzmann solvers.
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DOI：
10.1002/jcc.21456
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发表时间：
2010-06
影响因子：
3
通讯作者：
Luo, Ray
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Jun;Luo, Ray
关键词：
CPU时间和内存使用是任何Poisson-Boltzmann方程的数值求解器在生物分子应用中必须面对的两个重要问题。在这项研究中，我们系统地分析了CPU时间和内存使用的五个常用的有限差分求解器与一个大的和多样化的生物分子结构。比较分析表明，修正的不完全Cholesky共轭梯度法和几何多重网格法在多样化的测试集上是最有效的。对于两个有效的求解器，我们的测试表明，他们的CPU时间增加近似线性的网格数。它们的CPU时间也几乎与收敛准则的负对数以非常相似的速率线性增加。我们的比较进一步表明，几何多重网格在测试的生物分子的大集合中表现更好。然而，在对被测分子进行分子动力学模拟时，修正的不完全Cholesky共轭梯度法比几何多重网格法有上级优势。我们还研究了泊松-玻尔兹曼方程的数值解中的其他重要组成部分。结果表明，如果不使用静电聚焦，则时间限制步骤是所选蛋白质的线性系统的自由边界条件设置。因此，未来的泊松-玻尔兹曼方程的数值求解器的发展应该平衡在现实的生物分子应用的数值程序的各个方面。
CPU time and memory usage are two vital issues that any numerical solvers for the Poisson-Boltzmann equation have to face in biomolecular applications. In this study we systematically analyzed the CPU time and memory usage of five commonly used finite-difference solvers with a large and diversified set of biomolecular structures. Our comparative analysis shows that modified incomplete Cholesky conjugate gradient and geometric multigrid are the most efficient in the diversified test set. For the two efficient solvers, our test shows that their CPU times increase approximately linearly with the numbers of grids. Their CPU times also increase almost linearly with the negative logarithm of the convergence criterion at very similar rate. Our comparison further shows that geometric multigrid performs better in the large set of tested biomolecules. However, modified incomplete Cholesky conjugate gradient is superior to geometric multigrid in molecular dynamics simulations of tested molecules. We also investigated other significant components in numerical solutions of the Poisson-Boltzmann equation. It turns out that the time-limiting step is the free boundary condition setup for the linear systems for the selected proteins if the electrostatic focusing is not used. Thus, development of future numerical solvers for the Poisson-Boltzmann equation should balance all aspects of the numerical procedures in realistic biomolecular applications.
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DOI：
10.1137/0902001
发表时间：
1981-01-01
期刊：
SIAM JOURNAL ON SCIENTIFIC AND STATISTICAL COMPUTING
影响因子：
--
作者：
EISENSTAT, SC
通讯作者：
EISENSTAT, SC
影响因子：
3
作者：
DAVIS, ME;MCCAMMON, JA
通讯作者：
MCCAMMON, JA
DOI：
10.1137/0902035
发表时间：
1981-01-01
期刊：
SIAM JOURNAL ON SCIENTIFIC AND STATISTICAL COMPUTING
影响因子：
--
作者：
ALCOUFFE, RE;BRANDT, A;PAINTER, JW
通讯作者：
PAINTER, JW
影响因子：
2.9
作者：
Chen, Long;Holst, Michael J.;Xu, Jinchao
通讯作者：
Xu, Jinchao
影响因子：
3
作者：
HOLST, MJ;SAIED, F
通讯作者：
SAIED, F