gromacs-skills

# GROMACS > **重要：始终先查看本地帮助** > > GROMACS 版本差异可能导致参数不同。**务必**先运行 `gmx <command> -h` 获取该命令最准确的参数信息。 GROMACS 是分子动力学模拟软件包，可模拟从几百到数百万粒子的系统。本技能提供 GROMACS 命令参考和工作流指南。 ## 快速入门 ### 检查版本 ```bash gmx --version ``` 记录版本号以便查阅对应文档。 ### 获取帮助 **优先级 1：本地帮助（最快、版本匹配）** ```bash gmx <command> -h ``` **优先级 2：在线文档（详细、官方）** ```bash # 带版本号搜索 web_search: "site:manual.gromacs.org gmx <command> <version>" # 示例: "site:manual.gromacs.org gmx rms 2024.3" ``` ## 命令分类 | 分类 | 主要命令 | 说明 | |------|----------|------| | **拓扑与结构** | `pdb2gmx`, `editconf`, `solvate`, `insert-molecules`, `genrestr` | 生成拓扑、定义盒子、添加溶剂 | | **模拟设置** | `grompp`, `mdrun` | 生成运行文件、执行模拟 | | **能量分析** | `energy`, `eneconv`, `bar` | 提取能量、自由能计算 | | **轨迹分析** | `rms`, `rmsf`, `gyrate`, `hbond`, `distance`, `angle`, `dihedral`, `cluster`, `mindist`, `sasa`, `principal`, `do_dssp` | RMSD/RMSF、氢键、距离、二级结构等 | | **结构分析** | `covar`, `anaeig`, `mdmat`, `sham`, `order`, `rotacf`, `dielectric` | PCA、距离矩阵、自由能景观 | | **轨迹处理** | `trjconv`, `trjcat`, `trjorder`, `dump` | 格式转换、PBC 修正、轨迹拼接 | | **索引与选择** | `make_ndx`, `select`, `genion` | 创建索引组、选择原子、添加离子 | | **工具** | `xpm2ps`, `x2top`, `check`, `wham`, `tune_pme` | 格式转换、检查文件、WHAM 分析 | 完整命令说明请参阅 [command-categories.md](references/command-categories.md)。 ## 常用参数 ### 输入输出 | 参数 | 说明 | |------|------| | `-f INPUT` | 输入轨迹/结构文件 | | `-s TOPOLOGY` | 输入拓扑文件（.tpr） | | `-n INDEX` | 输入索引文件（.ndx） | | `-o OUTPUT` | 输出文件 | | `-deffnm BASENAME` | 默认文件名前缀 | ### 时间选择 | 参数 | 说明 | |------|------| | `-b TIME` | 起始时间（ps） | | `-e TIME` | 结束时间（ps） | | `-dt TIME` | 时间步长（ps） | ### 轨迹处理 | 参数 | 说明 | |------|------| | `-pbc TYPE` | PBC 处理（none, mol, atom, com, nojump） | | `-center` | 居中坐标 | | `-fit TYPE` | 拟合轨迹（none, rot+trans 等） | ### 性能参数 | 参数 | 说明 | |------|------| | `-nt NUMBER` | 线程数 | | `-ntomp NUMBER` | OpenMP 线程数 | | `-nb TYPE` | 邻居搜索（cpu, gpu） | 完整参数说明请参阅 [common-parameters.md](references/common-parameters.md)。 ## 如何使用 GROMACS 命令 **核心原则：始终先查看本地帮助** ```bash # 查看命令帮助 gmx <command> -h # 示例 gmx rms -h gmx trjconv -h gmx energy -h ``` 本地帮助提供： - 完整参数列表 - 默认值说明 - 输入/输出文件要求 - 使用示例 **在线文档查询**（本地帮助不够时）： ```bash # 带版本号搜索官方文档 web_search: "site:manual.gromacs.org gmx <command> <version>" # 示例: "site:manual.gromacs.org gmx rms 2024.3" ``` ## 文件格式 ### 输入格式 | 格式 | 说明 | |------|------| | `.pdb` | Protein Data Bank 格式 | | `.gro` | GROMACS 坐标格式 | | `.tpr` | GROMACS 运行输入文件（拓扑+参数） | | `.xtc` | 压缩轨迹（有损，适合长模拟） | | `.trr` | 全精度轨迹 | | `.ndx` | 索引文件（原子组） | | `.mdp` | 分子动力学参数文件 | | `.top` | 拓扑文件 | ### 输出格式 | 格式 | 说明 | |------|------| | `.xvg` | Grace/XVG 图表格式（时间序列数据） | | `.xpm` | 像素图格式（矩阵、热图） | | `.edr` | 能量文件（二进制） | | `.log` | 日志文件 | | `.cpt` | 检查点文件（用于续算） | ## 版本兼容性 不同 GROMACS 版本可能有参数差异： - `.tpr` 文件**不兼容**不同主版本 - 升级版本后需重新生成 `.tpr` 文件 - 始终检查 `.mdp` 参数是否有效 - 版本差异请查询官方文档：`site:manual.gromacs.org <version>` ## 与 DuIvyTools 配合 GROMACS 输出文件可使用 DuIvyTools 可视化： - **.xvg 文件**：RMSD、RMSF、能量、氢键等时间序列数据 - **.xpm 文件**：DCCM、FEL、DSSP 等矩阵数据 使用 `duivytools-skills` 技能进行可视化： ```bash # 可视化 RMSD dit xvg_show -f rmsd.xvg -x "Time (ns)" -y "RMSD (nm)" # 可视化 DCCM dit xpm_show -f dccm.xpm -cmap coolwarm -zmin -1 -zmax 1 # 可视化自由能景观 dit xpm_show -f fel.xpm -m 3d -eg plotly ``` ## 性能优化 ### 并行执行 ```bash # OpenMP（多线程） gmx mdrun -nt 4 -s topol.tpr -deffnm md # MPI（多节点） mpirun -np 4 gmx_mpi mdrun -s topol.tpr -deffnm md # 混合 MPI+OpenMP mpirun -np 2 gmx_mpi mdrun -ntomp 2 -s topol.tpr -deffnm md ``` ### GPU 加速 ```bash # GPU 用于非键相互作用 gmx mdrun -ntomp 4 -nb gpu -s topol.tpr -deffnm md # GPU 用于更新 gmx mdrun -ntomp 4 -nb gpu -update gpu -s topol.tpr -deffnm md ``` ## 常见问题 **"Fatal error: No such group"**：索引组未找到 - 解决方案：使用 `make_ndx` 创建正确的索引文件 **"Fatal error: Domain decomposition error"**：并行设置问题 - 解决方案：调整 MPI 进程数或域分解参数 **"Fatal error: Number of coordinates does not match topology"**：文件不匹配 - 解决方案：重新生成拓扑或坐标文件 ## 最佳实践 - 使用前**检查版本** - **优先使用本地帮助**获取准确参数 - 大模拟前**先在小系统测试** - 生产运行时**监控能量守恒** - 修改前**备份文件** - **记录所有参数**以便复现 - 使用 DuIvyTools 进行**可视化分析** ## 重要安全提示 > **Production Run（生产运行）** > > Agent **不应主动执行** `mdrun` 生产运行。正确的做法是： > - 生成运行脚本（如 `run.sh`）供用户执行 > - 脚本应包含完整的运行命令和参数 > - 让用户在合适的计算环境中自行运行 > > 示例脚本： > ```bash > #!/bin/bash > # run_md.sh - 生产运行脚本 > gmx mdrun -s md.tpr -deffnm md -ntomp 4 -nb gpu > ``` > > Agent 可以执行的操作： > - ✅ 能量最小化（短时间） > - ✅ NVT/NPT 平衡（短时间） > - ✅ 分析命令（rms, rmsf, hbond 等） > - ✅ 轨迹处理（trjconv） > - ❌ 长时间生产运行（应由用户执行） ## 参考文档 - **[command-categories.md](references/command-categories.md)** - 完整命令列表和说明 - **[common-parameters.md](references/common-parameters.md)** - 常用参数详解 ## 相关资源 - 官方文档: https://manual.gromacs.org/ - GitHub: https://github.com/gromacs/gromacs - 用户论坛: https://gromacs.bioexcel.eu/ - 教程: http://www.mdtutorials.com/gmx/ - 引用: Abraham et al., SoftwareX 1-2, 19-25 (2015)