求助，请教plumed中WT Metadynamics参数设置

Weldingspock

最近想利用cp2k联用plumed，使用metadynamics做一些研究。目前在跟着PLUMED: Advanced Methods in MD 2023: Metadynamics simulations with PLUMED plumed自己的教程时遇到了问题：


1.BIASFACTOR和SIGMA这两个参数应该怎么设置？我的理解是这两个需要根据体系进行个性化选择。BIASFACTOR 官方给的注释是The bias factor should be wisely chosen，SIGMA的注释是 Gaussian width (sigma) should be chosen based on CV fluctuation in unbiased run。 那么这个SIGMA中的CV fluctuation该如何确定呢？
2. HEIGHT这个该如何选择？是基于实验上的某些数值确定吗？如果是，那一个全新的模拟体系如何确定这个HEIGHT值？

请懂增强采样的大神不吝赐教！

丁越

1. 对于经典动力学模拟来说那么选择峰宽可以，即采用无偏采样后CVs的标准差来确定。但是这个量级对于AIMD模拟来说太小了，有限的模拟时间内根本填不满。一般采用无偏采样后CVs波动范围的几分之一就行。

2. 高斯峰高。一般是选取几分之一个K_B*T,我一般选>0.5。这个参数不是很重要，把sigma选合适了才是重要的

Weldingspock

丁越 发表于 2024-1-17 22:43
1. 对于经典动力学模拟来说那么选择峰宽可以，即采用无偏采样后CVs的方差来确定。但是这个量级对于AIMD模拟 ...

谢谢您的回复，我总结您的意思：
1.选择SIGMA比选择HEIGHT更重要，SIGMA的选择可以根据用无偏采样后CVs波动范围的几分之一来确定
2.HEIGHT一般是选择一般是选取几分之一个K_B*T

那请问一下BIASFACTOR如何选择呢，还有我看到plumed说BIASFACTOR必须和TEMP联用才能算是well temperature metadynamics，但是我看一楼的那个教程只用了BIASFACTOR没有用TEMP，这个是有什么门道吗

丁越

Weldingspock 发表于 2024-1-18 11:03
谢谢您的回复，我总结您的意思：
1.选择SIGMA比选择HEIGHT更重要，SIGMA的选择可以根据用无偏采样后CVs ...

做MTD最起码也得用well-tempered MTD，这是对原始MTD很重要的改进，当偏置势累积越大时，所填充的高斯峰就会被放缩的越小，这使得自由能面收敛更加平滑，同时避免了原始MTD那种高斯峰的填充方式会倾向于探索高能的无意义的构象空间。
做WT-MTD必须设置TEMP和BIASFACTOR两个关键词，当然plumed能从程序中读取温度参数的话TEMP也不是必须设置的。
关于MTD资料很多，随手一搜一大把，可以先读读相关的介绍文献。比如Reviews in Computational Chemistry 28   Abby L. Parrill Kenny B. Lipkowitz

Weldingspock

丁越 发表于 2024-1-18 13:55
做MTD最起码也得用well-tempered MTD，这是对原始MTD很重要的改进，当偏置势累积越大时，所填充的高斯峰 ...

非常感谢！这本书很有用

ljh123

丁越 发表于 2024-1-17 22:43
1. 对于经典动力学模拟来说那么选择峰宽可以，即采用无偏采样后CVs的标准差来确定。但是这个量级对于AIMD模 ...

老师请问下，如果我的CV在反应物状态下波动是0.5，而整个反应路径上CV的变化会达到6。请问下这个时候高斯峰宽还是取0.5的几分之一吗？这样相对于反应路径上的CV变化会不会太小了

丁越

ljh123 发表于 2025-1-7 15:24
老师请问下，如果我的CV在反应物状态下波动是0.5，而整个反应路径上CV的变化会达到6。请问下这个时候高斯 ...

那有可能你选取的CVs不是恰当的，CVs要具有“slow modes”特点，要能体现反应路径上体系的变化特征。你可以看看这篇文献J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 5062−5067关于MTD的参数选取技巧。另外你需要多查一查文献中相关体系别人是怎么设置CVs的，CVs不恰当得到的自由能都是不对的。

ljh123

丁越 发表于 2025-1-7 15:35
那有可能你选取的CVs不是恰当的，CVs要具有“slow modes”特点，要能体现反应路径上体系的变化特征。你可 ...

丁老师不好意思，是我写错了。我的CV是键长，在整个反应路径上CV会从2变成6（期间有两个势肼在2和5.5，因此我设置了WALL控制范围）。也就是说整个反应路径上CV的波动是4。而在反应物状态（也就是处于2的势肼时）CV的波动时0.4。请问这个CV选择键长合理吗？还是说得改成配位数呢

丁越

ljh123 发表于 2025-1-7 16:11
丁老师不好意思，是我写错了。我的CV是键长，在整个反应路径上CV会从2变成6（期间有两个势肼在2和5.5，因 ...

具体案例具体分析，没法从你的描述知道是不是恰当的。

zhao-hc20

Weldingspock 发表于 2024-1-18 11:03
谢谢您的回复，我总结您的意思：
1.选择SIGMA比选择HEIGHT更重要，SIGMA的选择可以根据用无偏采样后CVs ...

个人粗见：Barducci提出wt metad的原文中提到了temp这个参数可以取不同的值进行反复模拟，temp不代表体系温度而代表wt的平滑程度，temp（乘以玻尔兹曼常数后）相对于能垒越大则平滑效果越不明显。在反复取temp时，为了使填满势阱后再添加的高斯峰很矮、保证精度，temp增大时应减小初始的高斯峰高也即height*biasfactor。正常情况下若不反复调整temp进行多次实验，biasfactor取1即可。

嘤嘤嘤

zhao-hc20 发表于 2025-2-26 02:27
个人粗见：Barducci提出wt metad的原文中提到了temp这个参数可以取不同的值进行反复模拟，temp不代表体系 ...

请问sigma的值一般取多少啊？这是根据什么选择的呢？我抄作业写的是0.1和0.2.但是不知道为什么。

JCenter

丁越 发表于 2024-1-18 13:55
做MTD最起码也得用well-tempered MTD，这是对原始MTD很重要的改进，当偏置势累积越大时，所填充的高斯峰 ...

您好，大佬，想请教您一个问题，我在cp2k中使用MtD计算某一个交联聚合物基团中的酯基的氢氧根水解的自由能景观图。关于CVs的设置：
1.目前想用两个键长（成键C-O(氢氧根氧）和断键C-O(酯基单键氧）作为CVs，metadynamics的CV特性是可以区分反应物、过渡态和产物，不知道这俩作为CVs是否已经足够。像成键的键角和羟基的水合配位数，这两个都不是关键CV了吧。
2.Metadynamics过程中是否需要将聚合物中非反应的区域进行constraint呢，不知道聚合物的MD运动是否会对自由能计算产生影响，还是说聚合物平衡后无所谓了。

丁越

JCenter 发表于 2025-5-14 22:37
您好，大佬，想请教您一个问题，我在cp2k中使用MtD计算某一个交联聚合物基团中的酯基的氢氧根水解的 ...

1. 你想研究酯基的水解？按我的理解应该是酯基C-O的配位数/距离作为一个CVs，是不是还得考虑水的H，OH与酯基解离后产物的配位过程的CVs？
2. 不需要，你那样强行约束会造成模拟中聚合物运动失真。

JCenter

丁越 发表于 2025-5-15 08:43
1. 你想研究酯基的水解？按我的理解应该是酯基C-O的配位数/距离作为一个CVs，是不是还得考虑水的H，OH与 ...

感谢大佬，牛！我准备做酯键和酰胺键的水解，这俩碱性水解的机理过程基本类似，除了胺基不容易离去的特性。
1.您说的第二个CVs是指：进攻酯键或酰胺键碳的氢氧根中的氢，以及水中的氢，这两类氢与水解产物中缺质子的氧（缺氢的醇）或者氮（缺氢的胺）之间的配位数作为1个CV吧。这个配位，和氢氧根进攻C的距离，这两个CVs：感觉像是找两个过渡态所具有的关键特性作为CVs。
2.按照您所说的，酯键或者酰胺键中，C-O单键或者C-N单键的键长（或者说两个原子间的距离\断键）作为CV不如选择产物中醇O/胺N与水中H、进攻的氢氧根H的配位作为CV好的原因是首先得有胺N/醇O的H质子配位，酯键或者酰胺键中C-O单键或者C-N单键才能增加和断键。因此，配位相比断键的键长更重要？这是我自己的想法，不知道对不对，还请您谈谈看法：

JCenter

丁越 发表于 2024-1-18 13:55
做MTD最起码也得用well-tempered MTD，这是对原始MTD很重要的改进，当偏置势累积越大时，所填充的高斯峰 ...

大佬，cp2k中metadynamics计算自由能（FPMD）的模块中，使用well-tempered方法时，使用的参数是DELTA_T,plumed中的biasfactor值应该等价于这里的 (T+deltaT)/T 吧。delta_T为0时就是无偏动力学，delta_T值越大，能探索到的自由能面上的高能垒部分就越多。
1.按照Michele Parrinello之前所报道的，貌似Delta_T=4000K是一个普适的值,尽管做的是未涉及化学反应的一个过程。关于涉及到化学反应（成键、断键）的过程，自由能垒估计在（20-30 Kcal/mol）,delta-T的取值该如何考虑呢，4000K足够吗
2。使用well-tempered方法虽促进收敛，但也改变了CVs以外其他自由度的概率分布吧，这部分是否对计算的自由能有影响呢，看完不少相关的算法和综述文章，是在是没搞懂。