好久不見，讀者朋友們，筆者本次介紹USPEX官方案例16-18：大體系定組分穩定結構預測、以德拜溫度為目的進行定組分結構預測、計算量驚人的三元體系的變組分結構預測。

01 USPEX官方案例講解(16-18)

案例16：變胞定組分預測SrTiO3(50 原子/單胞 )0 GPa下穩定的結構，結構優化采用的是GULP(采用Buckingham勢)。(這個案例存在的意義就是為了吊打XtalOpt：也是遺傳算法的結構預測軟件，USPEX大體系的成功率大于90%，而XtalOpt只有7-12%)。案例16是300類型，我們的老朋友了，就不介紹INPUT.txt了，直接來看結果吧。300類型的計算，結果需要看哪些文件了？BESTIndividuals和BESTgatheredPOSCARS！

從BESTIndividuals可以看到本次計算了42代結構，計算了大概1400多個結構，最后得到如下的穩定結構：

可見對于單胞50個原子這么大的結構，USPEX也能很快得到穩定的結果，而其中執行結構優化的GULP也功不可沒吶。

案例17：以最高德拜溫度為目的變胞定組分預測單胞8個C原子的穩定結構，結構優化采用VASP軟件包。
案例17還是300類型的計算，但是這次是預測具有最高德拜溫度的溫度結構，那么也只需要在optType參數中，將我們通用的以焓值為優化目的改為以德拜溫度為目的就行了。其余的話，參數設置和一般300類型類似。但是這次需要對Specific文件里面的INCAR做一次了解，因為根據INCAR也能猜測出USPEX究竟怎么計算的。

Specific文件里面有5個INCAR，可以看出第一次和第二次是定體積的結構優化，而第三次和第四次結構優化是變體積的，經過這四步結構優化得到最小能量和相應的構型，最后才做彈性常數計算，因為德拜溫度和彈性常數計算相關(當然這些計算是在VASP當中完成的)。
從OUT.txt中可以看出USPEX總共計算了15代共351個結構，這樣計算量并不大，因為這個案例是作為演示用的，INPUT.txt里面設置的代數和每代個數并不多。

300計算類型的還需要看的就是BESTIndividuals和BESTgatheredPOSCARS這兩個文件。先來看看BESTIndividuals這個文件：

由于這次是根據德拜溫度為目標進行穩定結構預測，那么就是根據Fitness大小程度來篩選德拜溫度最高的穩定結構，Fitness負的越大的結構，德拜溫度更高，接下來我們來看看這個德拜溫度最高的穩定結構長什么樣？

可以看出只需要在optType參數里面修改優化參數就能獲得具有相應特殊性質的穩定結構，這些特殊性質包括：

案例18：三元體系Zn-O-H的變成分結構預測，結構優化還是采用GULP軟件進行的。
由于變組分結構預測這方面非常非常重要，我們前面也介紹過兩次了，但是這次準備繼續再一次仔細介紹一下，因為大部分USPEX文章都是靠這個變組分結構預測方法產生。先來看看INPUT.txt文件：

第4-17行是設置整個大的計算類型和體系，也就是讓軟件知道采用USPEX方法進行301計算，以焓值最低為目的進行優化(焓值越低越穩定)。而計算哪個體系？Zn-O-H，這三個元素以任意比例構成的結構。第21-25行是設置USPEX遺傳算法種群大小和代數。第29-33行是設置遺傳算法的產生子代結構的具體操作。第37-46行是設置外掛的第一性原理軟件。

USPEX的參數設置總結起來就是，先設置體系和類型，再設置種群和遺傳操作，最后設置外掛的第一性原理軟件，當然從官方案例拷貝一個類型的INPUT.TXT修改一下就行，不懂的參數USPEX –p xxx，就這么簡單。
前面介紹過二元體系的變組分結構預測的結果處理，強調了凸包線的原理和作用，而此次是三元體系的變組分結構預測，還是凸包線嗎？想想也是不可能，只能往三元金字塔相圖那邊想，預測結果最直觀的展示就是打開compositionStatistic.pdf文件：

當然看到這個圖，肯定會有點懵逼的感覺了，這個圖要表達什么意思，這個Stable的結構到底是哪個了？不要著急，這個只是展示結構分布的圖，具體的穩定的結構從OUTPUT.txt可以得到的：

這里需要抱怨一下USPEX開發者吧，這里數據并沒有處理，三元體系的穩定的結構的成分為三種元素構成，前兩個是整數，后一個為啥是小數了？雖然最后一位是小說看起來很別扭，但是這些結構都是我們的指路明燈，有些這些結構我們就能很有針對性和目標性的處理extended_convex_hull和extended_convex_hull_POSCARS這兩個重要的文件。

先來看看extended_convex_hull這個文件，這個和二元體系有什么區別，其實是沒多大區別的，但是二元體系里面的數據能夠生動的和凸包線結合在一起，二元體系里面前面的幾行的數據和OUTPUT.txt里面總結出來的穩定結構一一對應，也就是說都是凸包線上的點。而三元體系的數據有點讓人摸不著頭腦的感覺，看看前面幾行的數據和OUTPUT.txt得到的穩定結構對應不上，只能根據OUTPUT.txt得到的穩定結構的成分來搜索。比如想找Zn1O5H10這個成分的穩定結構，直接grep "1 5 10" extended_convex_hull

一下子就能extended_convex_hull找到好幾個成分為Zn1O5H10的結構，當然是焓值最低的結構最穩定，那么ID為9219的結構最穩定了，既然知道了穩定的結構的ID，那么它的原子坐標信息也就好辦了，直接上extended_convex_hull_POSCARS搜索一下就行：grep -n EA9219 extended_convex_hull_POSCARS

很簡單一個命令就能找到ID為9219的原子坐標信息所在的行數，那么知道行數以后，直接去extended_convex_hull_POSCARS找。

當然這只是一個結構的處理，OUTPUT.txt那么多穩定的結構還等待讀者去處理。當然可以一個個手工去處理，也可以寫一個簡單腳本去處理。接下來請稍微深入的思考一下：三元體系變組分的有了這么一個初步的結果，怎么把這些結果變成paper了？下面一篇文章能夠得到很好答案。doi: 10.1038/srep18347 (2015)

對于三元變組分結構預測，筆者還有一些需要說道一下：三元變組分搜索的計算巨大，比二元變組分計算量大的不只是一點點，并且準確率還是一個值得考慮的問題，所以一般并不建議采用這個三元體系去計算，除非計算資源很大，并不考慮投入產出的問題，存粹只是為了科研。
就拿Zn-O-H這三元體系計算來說，問題還是比較大的，總共計算了9339種結構，并且每種結構計算了5次，這就是差不多5W次計算，服務器跑起來至少一個月左右。再對結果進行進一步的處理，一個月左右的時間又過去了。這僅僅是一個壓強下的結果，而實際上還需要計算不同壓強的情況。此外有時候為了更好的處理三元體系的結果，還需要從三元體系里面找一些二元體系進行計算，這是一個龐大的工作。筆者在這里只是想強調三元體系計算變組分并不容易，如果準備三元體系計算變組分還需要做好心理準備。

02 總結

案例16：變胞定組分預測SrTiO3(50 原子/單胞 )0 GPa下穩定的結構，結構優化采用的是GULP(采用Buckingham勢)。300案例17：以最高德拜溫度為目的變胞定組分預測單胞8個C原子的穩定結構，結構優化采用VASP軟件包。300案例18：三元體系Zn-O-H的變成分結構預測，結構優化還是采用GULP軟件進行的。301這三案例都是老朋友，前面都講過很多次，但還是有些不一樣的地方，所以這次教程比較詳細的介紹了不同的地方：大體系定組分穩定結構預測、以德拜溫度為目的進行定組分結構預測、計算量驚人的三元體系的變組分結構預測。
03番外篇
案例16就是為了吊打另一個遺傳算法預測軟件：XtalOpt，我們現在來稍微看一下這個軟件長什么樣的。http://xtalopt.github.io/index.html它居然是用戶界面操作，不符合科研界喜歡命令行來處理結果的慣例。當然它是采用遺傳算法的，和USPEX有很多方法執行原理上有點類似吧，但是功能還是差了一些，具體的筆者還沒仔細去探索，看看用它做出結果發表的文章可以看出基本上還是作者和她朋友的課題組在使用吧，發表的文章量并不多。軟件并不需要貪多，用熟USPEX，并了解它背后的原理，比你懂N款晶體結構預測的軟件強很多。

總結

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