計算化學：從理論化學到分子模擬（簡體書）

《計算化學》是近年來飛速發展的一門學科，它主要以分子模擬為工具實現各種核心化學問題的計算，架起了理論化學和實驗化學之間的橋梁。《計算化學:從理論化學到分子模擬》在一個比較嚴格的理論框架中介紹了計算化學。全書分兩部分：基本原理篇和應用篇，共11章。基本原理篇(第1-6章)包括：體系的經典力學描述，勢能面，分子動力學方法，MonteCarlo模擬，相關函數和近平衡態的量子統計理論；應用篇(第7-11章)包括：熱化學，輸運性質，分子光譜的模擬，固體材料和統計數學在藥物、材料設計上的應用。《計算化學:從理論化學到分子模擬》盡量介紹具有物理意義的方法，不得已才采用單純的數學模型。為了方便閱讀，《計算化學:從理論化學到分子模擬》備有附錄用來介紹重要的數學工具。《計算化學:從理論化學到分子模擬》可作為化學、物理、材料科學、藥學、生命科學等有關專業領域高校教師、科研人員的參考書和研究生教材。

序
前言
符號說明
緒言
參考文獻
基本原理篇
　第1章 體系的經典力學描述
1.1 基本概念
1.2 經典力學
1.2.1 最小作用量原理和Lagrange方程
1.2.2 Hamilton E則方程
1.2.3 最小作用量原理與：Hamilton正則方程
1.2.4 Hamilton—Jacobi方程
參考文獻
　第2章 勢能面
2.1 Hohenberg-Kohn第一定理
2.2 分子結構文件表達方法
2.2.1 直角坐標表達法
2.2.2 內坐標法
2.3 勢能面及其特徵
2.4 力場方法
2.4.1 力場方法的勢能表達形式
2.4.2 力場方法的本質和改進
2.5 能量極小化
2.5.1 單純形法
2.5.2 最速下降法
2.5.3 共軛梯度法
2.5.4 Newton-Raphson法
2.6 尋找過渡態
2.6.1 過渡態附近的勢能面特徵
2.6.2 勢能梯度的模方
參考文獻
　第3章 分子動力學方法
3.1　初等分子動力學原理
3.1.1　Verlet法
3.1.2　蛙跳法
3.1.3　速度Verlet法
3.1.4　位置Verlet法
3.1.5　Beeman法
3.1.6　Gear法.
3.2　隨機動力學模擬
3 2.1 Langovin方程及其形式解
3.2.2　隨機動力學中的蛙跳法
3.3　限制性和約束性分子動力學模擬
3.3.1　限制性分子動力學模擬.
3.3.2　約束性分子動力學模擬——SHAKE法
3.4　恆壓體系的模擬
3.4.1　標度變換恆壓法
3.4.2 (NpH)系綜的恆壓擴展法(Andersen法）
3.4.3 晶胞可變的(NpH)系綜的模擬——Parrinello-Rahman法
3.5　恆溫體系的模擬
3.5.1 Woodcock變標度恆溫法
3.5.2 Berendsen變標度恆溫法.
3.5.3 Andersen熱浴法
3.5.4　恆溫擴展法——Nose動力學
3.5.5　Hoover動力學
3.6　經典力學及其算符方法
3.6.1　概率密度分布函數、Liouville方程
3.6.2　經典Liouville算符、力學量的時間演化
3.6.3　經典演化算符、時間反演對稱性
3.6.4　Trotter定理和經典演化算符的因子化
3.7　多重時間尺度積分的分子動力學模擬
3.8　Hamilton體系的辛算法
3.8.1　Hamilton力學的辛結構.
3.8.2　正則變換的辛結構.
3.8.3　線性Hamilton體系
3.8.4 線性Hamilton體系的基於Pade逼近的辛格式
3.8.5　非線性Hamilton體系的Euler中點辛格式
3.8.6　辛算法實例
3.9　Poincae回歸定理與分子動力學模擬
3.9.1　Poincare回歸定理
……
　第4章 Monte Carlo模擬
　第5章 相關函數
　第6章 近平衡態的量子統計理論
應用篇
　第7章 熱化學
　第8章 輸運性質
　第9章 分子光譜的模擬
　第10章 固體材料
　第11章 統計數學在藥物、材料設計上的應用
附錄
索引

基本原理篇 第1章 體系的經典力學描述 “我莊嚴地要你回答、宣誓，是否能使你用真誠的良心承擔如下的許諾和保證：你將勇敢地去捍衛真正的科學，將其開拓，為之添彩；既不為厚祿所驅，亦不為虛名所趕，只求上帝真理的神輝普照大地、發揚光大。” ——1884年Konigsberg大學校長為D.Hilbert（1862～1943，20世紀最有影響的數學家）獲得PhD學位時宣讀的宣誓詞 計算化學是理論化學的執行者和延伸。由此，一開始就必須在嚴密科學的框架中予以介紹，使讀者領略現代化學理論的嚴謹、縝密，對基于演繹法的形式理論在化學學科中的重要性有個全新的認識。此外，非如此嚴謹不足以使習慣于歸納法的人們相信，計算也能與實驗一樣發現新的科學現象。 鑒于本書讀者已經具備熱力學、量子力學、統計力學的基礎，而可能對經典力學的嚴密形式反而認識淡薄。所以本章比較詳細地介紹經典力學對體系狀態演化規律的描述。事實上，經典力學的形式理論恰恰對于分子動力學模擬方法的高級發展具有決定性的推動作用。而分子動力學模擬又是計算化學中的主要模擬手段之一。過去的二十多年來，人們本能地強調模擬方法的應用，忽視形式理論的作用，因而曾經一度走了彎路，延緩了科學的發展。所以本章從描述體系的基本概念著手，接著介紹經典力學的理論框架。 1.1　基本概念 化學這門學科，從研究對象上說是研究從宏觀到分子、原子層次物質世界的學科，也可以稱為“分子科學”。為了敘述這門學科，先要明確以下基本概念。 ……