基于智能優(yōu)化算法的原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、原子團(tuán)簇是由幾個(gè)至數(shù)千個(gè)原子相互作用而形成的穩(wěn)定聚集體,其物理和化學(xué)性質(zhì)與它所含有原子數(shù)目多少有關(guān)。由于團(tuán)簇具有特殊的幾何結(jié)構(gòu)和奇特的物理化學(xué)性質(zhì)以及潛在的應(yīng)用背景,引起人們的廣泛關(guān)注。原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)研究問(wèn)題是計(jì)算機(jī)、物理、化學(xué)、生命科學(xué)等研究領(lǐng)域的一個(gè)難題。
　　 預(yù)測(cè)原子團(tuán)簇最穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的一般方法是合理簡(jiǎn)化原子團(tuán)簇的內(nèi)部結(jié)構(gòu),根據(jù)原子間的相互作用勢(shì)建立其物理模型,將物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,然后對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。研究原子間的勢(shì)能

2、模型對(duì)預(yù)測(cè)原子團(tuán)簇最穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)有很大的作用,其中應(yīng)用比較廣泛的勢(shì)能模型有經(jīng)驗(yàn)勢(shì)、自洽勢(shì)和緊束縛勢(shì)等。原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)研究的第二步是在勢(shì)能面上搜索能量最低團(tuán)簇結(jié)構(gòu),主要方法有蒙特卡洛算法、分子動(dòng)力學(xué)、模擬退火算法、遺傳算法等。
　　 本文主要介紹了氬原子團(tuán)簇和銅原子團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題:
　　 采用智能優(yōu)化算法中的遺傳算法、粒子群算法、改進(jìn)的粒子群算法和差分進(jìn)化算法結(jié)合Lennard-Jones勢(shì)能模型對(duì)氬原子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。遺

3、傳算法、粒子群算法和改進(jìn)粒子群算法分別得到了Arn團(tuán)簇的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)能量,以尺寸為n=2,3,…,14的Arn團(tuán)簇為例,結(jié)果表明,與基本粒子群優(yōu)化算法或遺傳算法相比,本文提出的改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法對(duì)Arn團(tuán)簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,具有更好的收斂特性,所需的計(jì)算時(shí)間更短。利用差分進(jìn)化算法,可以進(jìn)一步的得到n=15-30的氬團(tuán)簇近似基態(tài)能量和基態(tài)結(jié)構(gòu)。四種算法得到的氬團(tuán)簇結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)良好的對(duì)稱,驗(yàn)證了四種方法的有效性。
　　 采用遺傳算法和改進(jìn)粒子群