模板化Multiwfn运行的一种途径

wal

Multiwfn提供了便捷的批量运行方式，只是没法注释每一步是做什么的，修改已有序列会有些难度；同时有些处理需要根据体系手动操作，笔者觉得需要一个办法能让程序执行到一半停下来让自己接手。
这里分享一个自用的套壳程序BaneWfn，用于调用Multiwfn进行波函数分析。这是一个大项目里的子程序，不过笔者觉得它单拎出来对于上述两个问题应该也有点价值，所以就单独发个贴。

基本介绍
对于一个任务，首先要对着Multiwfn走一遍流程，把需要做的记录下来。比如，进入空穴-电子分析的流程是：

1. 18
   
2. 1
   
3. <logfile>
   
4. <state>
   
5. 1
   
6. <grid>

复制代码

格点处理完之后，进入后处理菜单，其中导出cub要用10和11：

1. 10
   
2. 1    // 1=total 2=local 3=cross
   
3. 11
   
4. 1

复制代码

类似地，了解其他功能：导出overlap用12，跃迁密度13，跃迁偶极密度14，CDD15，等等。现在，需要将这些信息灵活地记录下来，于是约定conf文件格式：

1. # 主逻辑
   
2. [main]
   
3. 18
   
4. 1
   
5. ${logfile:-} # 输出文件
   
6. ${state:-1}
   
7. 1
   
8. ${grid:-2}
   
9. 
   
10. # 空穴-电子分析
    
11. [cub]
    
12. 10
    
13. ${choice:-1} # 1=total 2=local 3=cross
    
14. 11
    
15. ${choice:-1}
    
16. 
    
17. [overlap]
    
18. 12
    
19. ${func:2} # 1=Sm 2=Sr
    
20. 
    
21. # 跃迁密度-transdens.cub
    
22. [transdens]
    
23. 13
    
24. 
    
25. # ...
    
26. # 可以自定义更多
    
27. 
    
28. # 退出
    
29. [quit]
    
30. 0
    
31. 0
    
32. 0
    
33. q
    

复制代码

其中，[main]记录主逻辑序列，[quit]块记录退出序列，其他块则是每种后处理的序列。为了让我们调用的时候可以稍微做些修改，约定使用shell风格的变量占位，且通过:-设定默认值。例如，${state:-1}表示若后续不指定，则state取默认值1。
然后，约定输入文件格式：

1. wfn=*.fchk
   
2. [hole-ele]
   
3. state 1
   
4. %process
   
5. cub choice 1
   
6. transdens
   
7. %command
   
8. mkdir -p hole-ele
   
9. mv hole.cub hole-ele/${input}_s1_hole.cub
   
10. mv electron.cub hole-ele/${input}_s1_ele.cub
    
11. end
    
12. 
    
13. [hole-ele]
    
14. state 2
    
15. %process
    
16. cub
    
17. %command
    
18. mv hole.cub hole-ele/${input}_s2_hole.cub
    
19. mv electron.cub hole-ele/${input}_s2_ele.cub
    
20. end

复制代码

基本规则：
- [module]块告诉程序用的是哪个conf文件，然后跟着变量设定，如state 2设定分析第二个激发态，如果想要高质量格点，可以另起一行再加上grid 3。
- %process开始，后面调用conf中用方括号定义的后处理。前述conf定义了cub，这里写cub就加载了对应序列。变更变量值的话要在这一行修改，多个变量值之间空格分隔，不能另起一行，因为这里的每一行都会被视为一步独立的后处理。(所以如果你想在一次脚本运行中完成很多后处理，你要保证每次都回到main序列走入的菜单)
- 随后，你也可以用%command来执行一些命令。这在linux中会被写入sh脚本执行，Windows下会被写入bat脚本执行。最终，一个[module]块应当以end结尾，然后可以继续开[module]块做别的处理。
细节：
- 若某个[module]块未以end结尾而是以wait结尾，则程序运行完指定序列后会停住，允许用户继续交互操作Multiwfn。
- 文件头可以以wfn=xxx的形式指定波函数文件，允许通配符，匹配到多个文件时自动批量处理，但应善用${input}以避免覆盖问题；也可以以core=xx的形式指定并行核数。
- ${input}将会被替换为输入给Multiwfn的波函数文件名（不带后缀），其他的${name}这种shell变量风格占位符会依次尝试这样确定：1）程序运行时通过命令行参数指定键值 2）输入文件头部的键值定义 3）工作目录名为name的文件里的内容
- %command可以不依赖[module]块单独写，但要以end结尾
- [module]块必须顶格写
- #后面的所有东西都视为注释。如果你想在%command里使用#，你需要引号引用或者\转义。
- 空行将会被移除，使用cat时要当心
- 11.4更新后，command块内不再有上面两个行为，避免影响bash脚本
- 11.4更新后，windows下在banewfn.rc中设置gitbash_exec后，可以通过在%command第一行写#!/bin/bash告诉脚本用git bash来执行该脚本
最后，告诉程序你把配置文件和Multiwfn放在哪里就可以运行了。程序会在当前目录、自身目录、~/.bane/wfn中依次寻找banewfn.rc：

1. Multiwfn_exec=D:\ChemicalPrograms\Multiwfn_3.8_dev_bin_Win64\Multiwfn.exe
   
2. confpath=D:\MyProgram\banewfn\conf
   
3. cores=4
   

复制代码

banewfn可执行文件接受一个输入文件参数，一个波函数文件参数。如果在输入文件中用wfn=定义了波函数文件则可不写波函数文件参数。可以不给齐，程序发现不够会进入交互界面索取。

例1 空穴-电子分析
可以这样运行：

1. # 纯命令行
   
2. banewfn hole.inp S1.fchk
   
3. # 交互
   
4. banewfn hole.inp
   
5. banewfn

复制代码

在windows下，还可以给一种后缀绑定banewfn，比如.bw，这样双击.bw文件就可以自动运行了。

本例使用这种方式。在当前目录准备M1.fchk,M1.log,M2.fchk,M2.log，创建hole.bw文件：

1. wfn=*.fchk
   
2. [hole-ele]
   
3.     state 1
   
4. %process
   
5.     cub
   
6. %command
   
7. move hole.cub ${input}_s1_hole.cub
   
8. move electron.cub ${input}_s1_ele.cub
   
9. end
   

复制代码

如果是第一次运行，右击hole.bw，选取打开方式，设定始终用banewfn打开.bw文件，然后双击运行。运行完毕后，当前目录下所有格点文件均已生成并重命名完毕。你可以如脚本般任意复制此bw文件，只需双击即可自动进行预设的一切操作。

Linux中也可以有些骚操作，比如本程序其实是可以用shebang实现脚本化的：

1. #!/usr/bin/env banewfn
   
2. wfn=*.fchk
   
3. [hole-ele]
   
4.     state 1
   
5. %process
   
6.     cub
   
7. %command
   
8. mv hole.cub ${input}_s1_hole.cub
   
9. mv electron.cub ${input}_s1_ele.cub
   
10. end

复制代码

将之保存为hole.bw，并将所在目录加入PATH，你就可以在任意位置运行hole.bw对当前目录下的fchk/log对进行空穴电子分析了：

例2 NICS-2D
本例展示一下复杂脚本简化操作。conf文件不再赘述，使用bw文件(对于不同体系，拟合环平面的原子ring需要自己指定，本例用的是苯)：

1. ring=1,3,5
   
2. 
   
3. %command
   
4.     @echo off
   
5.     echo \#p b3lyp/6-31+G* NMR > template.gjf
   
6.     echo. >> template.gjf
   
7.     echo template file >> template.gjf
   
8.     echo. >> template.gjf
   
9.     echo   0  1 >> template.gjf
   
10.     echo [geometry] >> template.gjf
    
11.     echo. >> template.gjf
    
12.     echo. >> template.gjf
    
13. end
    
14. 
    
15. [aromatic]
    
16. %process
    
17.     gen2dinp ring ${ring}
    
18. end
    
19. 
    
20. %command
    
21.     @echo off
    
22.     if exist template.gjf del template.gjf
    
23.     setlocal enabledelayedexpansion
    
24.     for /f "tokens=6,7,8 delims= " %%a in ('findstr /C:"The unit normal vector is " aromatic_${input}.out') do (
    
25.         set "X=%%a"
    
26.         set "Y=%%b"
    
27.         set "Z=%%c"
    
28.     )
    
29.     set vector=!X!,!Y!,!Z!
    
30.     echo [aromatic] > nics2.bw
    
31.     echo %%process >> nics2.bw
    
32.     echo     nics2d ring ${ring} vector !vector! >> nics2.bw
    
33.     echo wait >> nics2.bw
    
34. end
    

复制代码

双击运行，在交互界面提供结构文件，即可生成NICS输入文件和下一步的bw文件：

进行Gaussian计算(甚至你可以在bw里直接让g16自动算)，然后双击运行第二步的bw文件。提供结构文件后，由于使用了wait，程序在执行完一些我在conf里定义的基础修饰后停在了后处理界面，你可以继续看效果调整绘图风格：

如果懒得调试，只是想随便画画，直接用end也可以，我自己写的序列是保存了一张样图的：


于是，整个NICS-2D流程都可以包含在nics.bw一个文件里，且省去了大量的重复操作步骤。

下载
压缩包里exe后缀是win版，无后缀的是linux版。自带一些我写的conf以及依赖这些conf的例子
release.7z (3 MB, 下载次数 Times of downloads: 18)

2025-11-20 19:55 上传 Uploaded

点击下载
Click to download

因为是个子程序，后续有更新可能不会在这里同步了，各位小伙伴们有兴趣看更新的可以看GitHub，但是别骂我代码菜

Stardust0831

最近在写multiwfn和vesta的接口，刚刚写完调用multiwfn部分的代码，一上论坛发现有了现成工具

wal

再贴几个例子(11.4更新后这些example已包含在主楼压缩包内) examples2.7z (10.95 KB, 下载次数 Times of downloads: 3)

2025-11-2 11:43 上传 Uploaded

点击下载
Click to download

各位如果用上了欢迎贴出来自己的小脚本呀，虽然不知道有没有人会用这个小玩具555

weak_interaction里是IRI，IGM，IGMH的一键脚本。以IRI为例，双击bw文件后会为每个分子生成各自的文件夹，其中含有一键可视化所需的全部内容：

如果你的VMD在PATH里，双击iri.bat可以直接在VMD中进行可视化，不用进行任何多余操作(.vmd文件抄了卢老师Multiwfn的example)

iri.plt是散点图绘图脚本，需要安装gnuplot双击绘图。
除bw外，还有个inp后缀的是linux版，额外有自动绘制散点图的功能

MO文件夹里是最常用的导出前线轨道的fmo.bw，还有个nto.bw可以导出NTO轨道。可以联动，使用nto.bw导出NTO轨道，然后再用fmo.bw导出HONTO和LUNTO

wal

还是小小地更新一下，这个比较重要
今天移除了command块内的空行删除与#注释移除逻辑，因为自己写的时候经常发现cat生成高斯输入文件时很头疼。。
另外添加了git bash支持，如果有高级用户希望通过git bash在Windows下执行shell脚本，可以在banewfn.rc内指定gitbash_exec，然后在希望通过bash执行的command块首行写入#!/bin/bash的shebang，脚本就会通过git bash来执行它，"C:\Program Files\Git\bin\bash.exe" -c "scripts.sh"。给个自动处理静电势的example(主楼压缩包内有对应文件)：

1. [grid]
   
2. %process
   
3.     electron
   
4.     esp
   
5. %command
   
6. #!/bin/bash
   
7.     mkdir -p ESP
   
8.     mv density.cub ESP/density1.cub
   
9.     mv totesp.cub ESP/ESP1.cub
   
10. 
    
11.     cat << EOF > ESP/esp.bat
    
12.     vmd -e esp.vmd
    
13. EOF
    
14. 
    
15.     cat << EOF2 > ESP/esp.vmd
    
16.     source D:/program/VMD/scripts/ESPiso.vmd
    
17.     source D:/program/VMD/scripts/ESPext.vmd
    
18.     set colorlow -20
    
19.     set colorhigh 20
    
20.     puts "unit: kcal/mol"
    
21. EOF2
    
22. end
    
23. 
    
24. [surface]
    
25. %process
    
26.     espext
    
27. %command
    
28. #!/bin/bash
    
29.     mv vtx.pdb ESP/vtx1.pdb
    
30.     mv mol.pdb ESP/mol1.pdb
    
31. 
    
32.     unit=$(grep "REMARK.*Unit of B-factor field" surfanalysis.pdb | awk '{print $NF}')
    
33.     if [ -z "$unit" ]; then unit="unknown"; fi
    
34.     printf "%5s %6s %4s %15s\n" "index" "serial" "type" "Unit($unit)" > index.txt
    
35.     index=0; while IFS= read -r line; do
    
36.         if [[ $line =~ ^HETATM ]]; then
    
37.             serial=$(echo "$line" | awk '{print $2}')      # 第2列：原子编号
    
38.             type=$(echo "$line" | awk '{print $3}')        # 第3列：原子类型
    
39.             value=$(echo "$line" | cut -c61-66 | awk '{print $1}')  # 第11列：B-factor值（固定位置61-66）
    
40.             printf "%5d %6d %4s %8s\n" "$index" "$serial" "$type" "$value" >> index.txt
    
41.             ((index++))
    
42.         fi
    
43.     done < surfanalysis.pdb
    
44. 
    
45.     mv index.txt *.out surfanalysis.pdb ESP
    
46. end
    

复制代码

双击ESP.bw并提供波函数文件，运行完毕后，ESP的所有文件均已产生在当前目录下的ESP文件夹内(不过win下grep这一步有点点慢)：

ESP文件夹：

index.txt里记录了刚刚用bash脚本提取的静电势极值点index：

注意，这里没有直接生成包含实际命令的.vmd文件，而是引用了我本地存对应文件的路径，如果你也想一键可视化的话要改一下bw文件里的这两个东西的路径

1. source D:/program/VMD/scripts/ESPiso.vmd
   
2. source D:/program/VMD/scripts/ESPext.vmd

复制代码

wal

加个IFCT的例子。看见有人想做，顺手写了一下，也往这里发一份。

乐平

wal 发表于 2025-11-2 11:51
再贴几个例子(11.4更新后这些example已包含在主楼压缩包内) 各位如果用上了欢迎贴出来自己的小脚本呀，虽然 ...

钟成老师的脚本在 5 年前已经有类似的功能了
http://bbs.keinsci.com/thread-18150-1-1.html

wal

乐平 发表于 2025-11-6 21:13
钟成老师的脚本在 5 年前已经有类似的功能了
http://bbs.keinsci.com/thread-18150-1-1.html

嗯嗯 我个人用的输入里都用的是vcube命名风格 包括hole那个example也是纯方便vcube的命名这里只是贴个无依赖的懒狗模式