高中毕业生参加科音初级量化培训班需要做哪些准备，以及一些考虑

Beluga_Haechi

大家好，我是一名北京高三国际部在读（其实已结课）的学生，目前对物理化学和理论与计算化学有浓厚的兴趣，刚刚报名参加了五月底的科音初级量化培训班。希望提前了解需要多少相关的背景知识，以便做好学术和心理准备 :)

官方发布的FAQ（http://bbs.keinsci.com/forum.php?mod=viewthread&tid=5098）里面提到：

初级和基础量化培训班：参加前若有足够的时间想在培训前先尽可能学点东西，按照《谈谈学量子化学如何正确地入门》（http://sobereva.com/355）里面中关于自学的方法自学。笔者发现有不少参加量化培训的学员并不知道什么是点群、sigma和pi轨道（一般化学系本科阶段都学过），这是非常重要的概念，量化计算中常会涉及。如果没学过，强烈建议自行看看结构化学书（北大周公度那本就可以）弄懂。如果之前参加过初级班，在参加基础班之前，一定要仔细复习讲义，以便能顺利接受基础班讲授的明显更深、更广的内容。

我目前学习过本科普通化学，以及部分物理化学，其中包含入门的量子化学（推导和编程近似氢原子电子云径向分布函数，和氦原子的HF-SCF），可以算有基础。除了高中竞赛，我没有系统学习过结构化学或者群论相关的抽象代数，一直很想学但是由于学业之前没能抽出足够时间。请问点群需要掌握到什么程度，有哪些推荐提前阅读的简要文本（最好是英文的）？

此外，目前我计划在本科阶段深入学习理论化学，掌握专业软件背后的理论基础和计算方法。虽然我不急需学会有助于实验化学研究的理论计算，但是我想软件的实战操作技巧是传统大学课程不易系统涉及的（相反，计算化学的理论学习也不可能在短短4天的培训内速成），而且提前了解应用能在学习理论的时候有更广阔的视野。请问这样的考虑是否合理？

最后想感谢sob老师提供这么好的机会！！其实我去年就想参加科音的培训班了，可惜由于校内大考和大学申请没能报名第19届和第20届，等到现在都已经尘埃落定快毕业了 ;-;

sobereva

点群掌握到肉眼一看分子结构（不是特复杂的那种），能自行判断出是什么点群的程度。就看周公度的结构化学书就行了，这种非常基础性的（而非很专业的）知识没必要刻意看英文的，中文的资料讲得就已经不错了。如果就是想看英文的，可以搞一本Atkins的Physical Chemistry，内容包罗万象，基本上相当于国内的普化+物化+结构化学+分析化学的集合，还带有不少材料化学的内容。里面也有讲点群的部分。此书有影印版，非常厚，若是大一大二时把这本书认真啃完了，对未来会非常有益。

合理

Beluga_Haechi

sobereva 发表于 2024-5-7 14:22
点群掌握到肉眼一看分子结构（不是特复杂的那种），能自行判断出是什么点群的程度。就看周公度的结构化学书 ...

好的，感谢您的建议！Atkins那本我一直屯着，我看第11章讲的就是Molecular Symmetry，我这几天去看看

GoldenBaby

我觉得你的量化基础应该好过大部分本科毕业生。

Beluga_Haechi

GoldenBaby 发表于 2024-5-7 23:32
我觉得你的量化基础应该好过大部分本科毕业生。

谢谢哈哈哈，过誉了 :) 本科一般都系统学过物化嘛，我这还差得远

Beluga_Haechi

上个月底成功参加了第21届初级班，这里想简单回顾一下供大家参考：
回扣主贴，听课的体验总体非常好，以我的基础没有什么理解障碍。期间主要用到了很多普化知识，物理化学没有特别深入的考察，对大学数学也没有太多要求（掌握积分和导数的概念，有线代更好），所以零基础真的可以放心参加，重要的是认真学习的态度。（听讲过程中发现周围很多人没有手写笔记的习惯，仅在讲义上勾勾画画，甚至还有人上课不跟着做练习，甚至彻底摸鱼刷手机的，我觉得很可惜）

培训的内容可以说给很多课本上学到的物理化学知识提供了通过计算模拟证实的新角度，比如电子结构、热力学量、反应势垒等等，非常有趣！讲解也总体上很清晰，四天32小时的高强度培训的确信息量很大，坚持听完之后系统收获颇多。这主要体现在若我要现在做计算任务，思路会更加清晰，也更有底气，不像以前一知半解、不知所措，只能照猫画虎。培训的例题和练习也充足，还全部提供了参考“答案”，对于上手计算实践很有帮助。

四整天的纯粹学习让我受益匪浅，每天从北四环到丰台共两个小时的通勤也值了！打算趁热打铁在开学前继续参加今年的中级班，更加全面地了解计算化学的同时还能收藏参考价值很高的讲义，感觉带着这样的实践经验再去大学深入学习理论实现，思维会更加广阔。感谢卢老师，每天下午连续授课5个小时确实非常辛苦，作为学生也跟您同甘共苦了哈哈哈哈

附：卢老师签名的50多页笔记 :)

Beluga_Haechi

想再提一点建议：

虽然绝大部分内容讲解都很清楚，听课过程中我明显感觉到第一天下午的“量子化学基础”部分专业性和难度大很多，尤其是讲HF方法的原理时，我感觉如果没有事先了解过其基本思想，在课上不容易理解其精髓。我之前试着实现过变分法和HF的简化版，才能够透彻理解讲述的内容。所以，我建议在讲述时更多从方法开发/实现者的角度去引入，注重对于每一个操作的intuitive解释，将整个方法串在一起：

比如拿到薛定谔方程（是一个多元微分方程+本征值问题，解起来有诸多困难），第一步是使用BO近似（原子核位置基本上不变，忽略以减少庞大的变量数目），第二步建立Slater行列式（根据量子物理定律，将多原子波函数ψ拆成多个易于求解的单原子波函数φ），第三步用平均电场（代替复杂的电子两两组合），第四步将单原子波函数φ用基函数的线性组合表示（将未知形式的函数变量用带参数的数值性质良好的已知函数表示，将对函数的求解简化为对参数的求解），第五步通过变换得到HFR方程中的各类矩阵（将薛定谔方程转化为易于计算求解的线性代数问题），第六步迭代求解本征值问题（从随便生成的初猜的一套参数代表的波函数开始，建立其对应的平均电场；然后求解符合该平均场的第二代波函数，再以新生成的波函数作为下一轮平均电场的来源，继续更新波函数；直到平均场的波函数和解得的波函数是同一个波函数，也就是自己生成符合自己性质的电场，达到“自洽”）。

抱歉在这里花费大量篇幅默写这些基础知识hhh 主要是想以我现在对于HF的理解方式来举例，感觉如果每一个做法可以得到简单的解释，而不是仅列举HF中的各种东西是什么，大家就能够更好地欣赏HF（还有很多计算化学方法）的精彩思路，还有理解“SCF收敛”、“基组”、“波函数初猜”等概念。加上一些思路总结也会更有帮助记忆，比如我记得有一页ppt写着post-HF波函数的层层“套娃”（ϕ → χ → φ → Φ → ψ）让我印象深刻 :)

也有可能这是中级班的内容，不过我觉得初级班也可以借鉴这种自然的求解思路

好多于

Beluga_Haechi 发表于 2024-6-12 23:44
谢谢哈哈哈，过誉了 :) 本科一般都系统学过物化嘛，我这还差得远

此言差矣。楼上的评价并非“捧场”，你的基础甚至要强于某些做计算的研究生。毕竟有相当一部分物理学的同志也在往计算化学里挤，即便在本科阶段没有学过任何化学知识，脑子里也没有任何化学常识。

DClean

Beluga_Haechi 发表于 2024-6-13 02:12
想再提一点建议：

虽然绝大部分内容讲解都很清楚，听课过程中我明显感觉到第一天下午的“量子化学基础” ...

0基础想在一下午的时间内理解HF原理基本上是不可能的事情。
此外，你的理解有很多地方看上去似是而非或者不够准确，比如BO近似和平均场近似的目的和作用，初猜和自洽场迭代的逻辑等等。
总的来说，很难在短时间内同时力求准确严谨和通俗易懂，还是课时不够的妥协（）

hebrewsnabla

将多原子波函数ψ拆成多个易于求解的单原子波函数φ

应该是多电子波函数、单电子波函数。

Graphite

我高中的时候也接触过计算化学，当然彼时的基础应该差你一筹。那个时候也没有现在这么好的机会。
你先别想着理论那些幽深的东西，参加完培训班、能跑通一些计算模拟就算胜利。后面过个几年经验和见识越来越广，某天回过头看，理论那些开窍就是一瞬间。

楼上说得对，也别以为本科化学系懂多少，大多数985/211化学系学生，只是成绩不错、又机缘巧合报了这个专业，知识上加载了一些”本科化学数据模块“。
不过，我们也没必要和别人比（包括志不在此的、包括起步晚的、包括已经步入科研圈许久的...），各人有各人的发展方向。如果你保持这个初心和冲劲，以后一定能收获到很多快乐。

sobereva

Beluga_Haechi 发表于 2024-6-13 02:12
想再提一点建议：

虽然绝大部分内容讲解都很清楚，听课过程中我明显感觉到第一天下午的“量子化学基础” ...

培训班不是针对每个人的需求单独定制的，需要综合考虑整体需求。初级班没有时间把理论细节展开了去讲，参加初级班的大多数人的目的是赶紧上手做计算、能出成果发文章。理论讲多了他们不爱听，再加上初级班的大多数学员理论基础差，讲多了他们到时候还各种胡思乱想一堆，反倒耽误了他们做实际计算研究，而且还会更多占用初级班里本来就有限的时间，挤压了对大多数学员更重要的实际计算部分讲解的时间。所以初级班让学员知道有什么样的概念、说的是什么东西、是什么意思、什么时候用什么方法和基组合适，由此足够让他们正确做计算、能基本看懂文献里对计算的描述，这就已达到初级班的“量子化学理论知识简介”这一节的目的了（而且标题里强调的是“简介”）。理论上明显更深入、细节的东西只有中级班才会展开了讲。另外，初级班最后专门有一部分是“计算化学相关书籍简介”，如果有志于在理论细节方面深挖，从最基本的原理一点点循序渐进，建议自己花时间慢慢啃里面提到的各种专著，书上大篇幅讲的理论细节和初级班培训的侧重点是互补的。

你提到的课上有人玩手机，那些人一定是老师给他们公费报名的，我们见多了。他们自己本身并不想学，浪费了大好的学习机会和导师的良苦用心，令人无奈。还有一些公费的学生趁培训期间在北京游玩，有的游玩期间还把手机丢了。而那些自费报名的肯定都是认真学的。

rugals

Beluga_Haechi 发表于 2024-6-13 02:04
上个月底成功参加了第21届初级班，这里想简单回顾一下供大家参考：
回扣主贴，听课的体验总体非常好，以我 ...

初级班时间其实比较充裕，还有时间做笔记。你要是听Multiwfn/CP2K/Gromacs，特别是后几天的课，一边抬头看PPT，一边低头看讲义都不一定能跟上，更不用提做笔记了

Zoeycta

rugals 发表于 2024-6-14 21:51
初级班时间其实比较充裕，还有时间做笔记。你要是听Multiwfn/CP2K/Gromacs，特别是后几天的课，一边抬头 ...

是的，动力学的班我错过了只买了线上录音。边做笔记边时不时暂停着听，陆陆续续半个月才过一遍（可能本身科研就占时间，每天最多只能拿出半天学。

Beluga_Haechi

DClean 发表于 2024-6-13 10:13
0基础想在一下午的时间内理解HF原理基本上是不可能的事情。
此外，你的理解有很多地方看上去似是而非或 ...

这点我很认同，完整理解确实是不可能的，不过我认为在不同阶段对一个事物也可以有不同层级的理解，在初期有定性、简化、便于记忆的理解还是可以在短时间内达到，让学习者获得一个bigger picture。
然后我上面写的理解是有不严谨之处，主要用意是举例这种连贯解释的思路，半夜写得比较粗糙，抱歉！我最近还在学习HF的完整理论，还有很长的路，有问题可以向大家请教