用于模擬一組元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于模擬一組元件的方法，根據(jù)該方法基于與元件系統(tǒng)（該組元 件的動(dòng)能和勢能之和）相關(guān)聯(lián)的漢密爾頓算符好=來在相繼的模擬步長確定 m 元件的行為，其中，P是表示元件力矩的矢量，V是系統(tǒng)的勢能，以及M4是這些元件的質(zhì)量 的函數(shù)的對角矩陣（在此情況下，該矩陣可以是元件位置的函數(shù)）。
【背景技術(shù)】
[0002] 在此情況下勢能V例如僅是元件位置的函數(shù)。在其它情況下，勢能V還可以依賴 于元件的力矩。作用于元件上的力可以從該勢能推導(dǎo)。
[0003] -組元件的模擬允許研宄這樣的一組元件的行為并分析其屬性：在元件的相繼位 置和力矩方面的位移，元件之間的位移的相關(guān)性，結(jié)構(gòu)的變化，元件之間的相互作用的增加 和減小，平均采用的配置，相關(guān)聯(lián)能量的演變等等。這些元件可以表示機(jī)械體，例如天體或 流體；顆粒，例如原子或分子，例如蛋白質(zhì)，流體等。
[0004] 模擬一組元件的常規(guī)方式是考慮該組元件的漢密爾頓算符并從中推導(dǎo)力矩方程， 并根據(jù)這些方程推導(dǎo)元件的力矩。
[0005] W02009/007550例如描述了模擬一組元件的技術(shù)。
[0006] 該組元件的演變有時(shí)必須被長時(shí)段上模擬以便能夠觀察某些現(xiàn)象或能夠計(jì)算某 些統(tǒng)計(jì)量。這種模擬的計(jì)算時(shí)間、以及計(jì)算成本有時(shí)變得非常大。已經(jīng)提出的很多方法來 加速對一組元件的模擬并收集統(tǒng)計(jì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在提出用于克服這些問題的新方案。
[0008] 為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提出一種對指定類型的元件的集合進(jìn)行模擬的方法， 其特征在于所述方法包括以下步驟：
[0009] -把元件的系統(tǒng)表示為包括葉節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的k叉樹，所述葉節(jié)點(diǎn)每個(gè)都表示 相應(yīng)的元件，內(nèi)部結(jié)點(diǎn)中包括根結(jié)點(diǎn)，
[0010] 一當(dāng)所確定的條件被驗(yàn)證時(shí)，對于當(dāng)前模擬的步長，通過把矩陣I1定義為等于 對樹的給定結(jié)點(diǎn)的從屬的至少一些元件施加同樣的平移運(yùn)動(dòng)，其中R是樹的根結(jié)點(diǎn)并 且對于包括k個(gè)子結(jié)點(diǎn)4、A2，…，Ak的樹的任何結(jié)點(diǎn)A，有以下遞歸等式，根據(jù)該等式：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，根據(jù)該方法所述元件的行為是基于元件的系統(tǒng) 的漢密爾頓算符H在相繼的模擬步長上確定的以使得·
其中P是 表示元件的力矩的矢量，q是表示元件的位置的矢量，M^1是隨元件的質(zhì)量而變化的矩陣，以 及V是系統(tǒng)的勢能， 其特征在于所述方法包括以下步驟： 一把元件的系統(tǒng)表示為包括葉節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的k叉樹，所述葉節(jié)點(diǎn)每個(gè)都表示相應(yīng) 的元件，內(nèi)部結(jié)點(diǎn)中包括根結(jié)點(diǎn)， 一當(dāng)所確定的條件被驗(yàn)證時(shí)，對于當(dāng)前模擬的步長，通過把矩陣I1定義為等于Φ κ，對 樹的給定結(jié)點(diǎn)的從屬的至少一些元件施加同樣的平移運(yùn)動(dòng)，其中R是樹的根結(jié)點(diǎn)并且對于 包括k個(gè)子結(jié)點(diǎn)Ap A2，…，Ak的樹的任何結(jié)點(diǎn)Α，有以下遞歸等式，根據(jù)該等式：
矩陣E是由各自尺寸為d*d的nA*nA個(gè)塊形成的尺寸為dn A*dnA的矩陣，塊等于尺寸為 d的單位矩陣，1^等于結(jié)點(diǎn)A的從屬的元件的數(shù)量，d是其中顆粒演變的空間的尺度， 從屬于結(jié)點(diǎn)A的這nA個(gè)元件的質(zhì)量之和，P a是介于〇和1之間的結(jié)點(diǎn)A的約束函數(shù)，該函 數(shù)的值當(dāng)A是葉節(jié)點(diǎn)時(shí)或者當(dāng)同樣的運(yùn)動(dòng)被施加到從屬于給定結(jié)點(diǎn)的元件時(shí)等于1 ;在葉 節(jié)點(diǎn)化的情況下，矩陣等于由結(jié)點(diǎn)化表示的顆粒乘以尺度為d的單位矩陣所得的逆矩 陣。
2. 按照權(quán)利要求1所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，其中對于當(dāng)前模擬步長，對 樹的給定結(jié)點(diǎn)的從屬的至少一些元件根據(jù)所述元件的力矩函數(shù)的值來施加同樣的平移運(yùn) 動(dòng)。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，其中，對于當(dāng)前模擬步 長，根據(jù)由
昕取的值對樹的給定結(jié)點(diǎn)的從屬的至少一些元件 施加同樣的平移運(yùn)動(dòng)，其中是結(jié)點(diǎn)Ai的元件的質(zhì)量之和，是子結(jié)點(diǎn)Ai的元件的力 矩的矢量和，M · I I是矢量的范數(shù)，C是正常數(shù)。
4. 按照權(quán)利要求3所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，其中，對于針對內(nèi)部結(jié)點(diǎn)A的 當(dāng)前模擬步長： 一如果εΑ小于第一閾值，則把p A定為1以便對從屬于結(jié)點(diǎn)A的元件施加同樣的平移 運(yùn)動(dòng)； 一如果￡4大于比第一閾值大的第二閾值，把p &定為0。
5. 按照權(quán)利要求4所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，其中，對于當(dāng)前模擬步長，如 果^介于第一閾值和第二閾值之間，則把p A定為等于由變量ε A的5階插值函數(shù)所取的 值。
6. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，包括在基于所 述漢密爾頓算符的相繼模擬的時(shí)刻確定至少一個(gè)信息的值的步驟，所述步驟利用了以下事 實(shí)：對于當(dāng)前模擬的時(shí)刻與已經(jīng)施加了同樣的平移運(yùn)動(dòng)的元件相關(guān)的信息的值取決于與所 述元件相關(guān)的位置并且因此不變化。
7. 按照前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，其中，與所述元 件相關(guān)的信息包括所述元件的勢能和/或應(yīng)用到所述元件的相互作用力。
8. -種對元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的計(jì)算機(jī)程序（P)，包括當(dāng)由計(jì)算裝置執(zhí)行該程序時(shí)用 于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法的步驟的軟件指令。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于漢密爾頓算符(等式I)對由樹表示的元件的系統(tǒng)進(jìn)行模擬的方法，樹包括葉節(jié)點(diǎn)和包括根結(jié)點(diǎn)R的內(nèi)部結(jié)點(diǎn)，每個(gè)葉節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)元件，p是力矩的矢量，q是元件的位置的矢量，以及V是系統(tǒng)的勢能：當(dāng)預(yù)定的條件被驗(yàn)證時(shí)，通過把矩陣M-1定義為等于ΦR，對樹的給定結(jié)點(diǎn)的從屬的至少一些元件施加同樣的平移運(yùn)動(dòng)，對于包括k個(gè)子結(jié)點(diǎn)的樹的任何結(jié)點(diǎn)A，有遞歸等式(等式II)。
【IPC分類】G06F17-50, G06F19-00
【公開號】CN104756115
【申請?zhí)枴緾N201380056652
【發(fā)明人】S·阿蒂莫瓦, S·瑞東
【申請人】國家信息及自動(dòng)化研究院
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年8月26日
【公告號】EP2893473A1, US20150254378, WO2014037236A1