• Multiwfn 2013年暑期培訓班感想與雜談

    Multiwfn 2013年暑期培訓班感想與雜談

    文/Sobereva   2013-Sep-17


    在2013年8月13日至15日,在北京科技大學召開了第一屆波函數分析暨Multiwfn培訓班,此文就隨便、沒有條理地談談此次培訓班的感想以及展望。

    此次培訓班全部所用的幻燈片,包括現場演示的一些動畫可以在此處下載http://pan.baidu.com/share/link?shareid=759751855&uk=1074012119

    培訓的時候正趕上帝都最熱的時候,完全就是桑拿,隨便出門走走就渾身濕透,學員從全國各地跑來也真是辛苦。雖然個人喜歡在冬天辦活動,不過寒假又短又有春節,也不得已只能在暑假進行。

    培訓時的一些照片如下




    這次培訓班實際上已經醞釀已久。在2011年的時候,就打算找個機會開個Multiwfn培訓班。起初打算先弄個非正式的第0屆培訓,也就三四十人的規模,但一直時機不成熟。這次很不容易終于開了培訓班,而且從全國各地來了多達120余人,最后比較圓滿順利地結束。對于第一次弄培訓班來說,這挺難得。這個波函數分析&Multiwfn培訓班不僅僅這一次,肯定會一直辦下去。

    本次培訓完全免費,食宿完全由學員自己負責。不統一安排食物一方面是因為沒錢給大家提供,二是也沒這個必要(雖然有違國內培訓/會議的傳統),因為開各種學術會議,與會者往往會吐槽統一供應的食物不佳,經常主動在外面吃。

    除了13號到15號白天的講課外,在每天晚上,以及16號全天也都提供了答疑、討論時間。參與討論的人眾多,一點空閑都沒有,其中一天晚上甚至還暢談到了夜里11點。和年輕的計算化學工作者討論感覺相當不錯,氣氛相當自由愉快。

    最初打算辦這個培訓班的時候本來打算為期兩天,本以為內容不多,兩天就夠了,甚至還富裕。但是到了培訓第二天才發現失算了,講的進度明顯落后于預期,稍微在機子上演示一下時間就迅速過去了。結果只好演示得比較快,去掉不少例子,學員自行練習的時間和當場答疑的時間也都迫不得已去掉了,即便如此最后還有不少主題沒法講而只能被迫一帶而過,這著實有些遺憾。之所以在時間安排上會失算,其實也正體現了波函數分析內涵之豐富,Multiwfn功能之強大,以至于三天根本介紹不完。

    實際講課的時間按排如下所示。其實這個安排和本人最初的預計有天壤之別,到第二天和第三天,是一邊講一邊修改后續的時間安排。

    第一天上午先把Multiwfn程序的基本功能非常簡略地介紹了一遍,目的是給學員一個對Multiwfn的初步、總體的認識。隨后講了量子化學的基本知識,目的是為了在學習后面的內容的時候不會感到有基礎知識上的障礙。第一天下午介紹了波函數分析的許多重要概念,但是有一部分概念是在隨后兩天結合著Multiwfn的具體的模塊一起講的。第一天最后講了講Multiwfn的使用上的基本知識,比如怎么安裝、怎么生成波函數文件之類。

    第二天和第三天以現場演示,結合少量理論講解為主。第二天上午一直在講怎么繪制實空間函數,雖然看起來沒有太多好講的,起初也只留了大概兩節課的時間,但講起來才發現,要演示的例子、要講解的選項太多,結果講了一上午還沒完全講完,這也是因為Multiwfn的用處太大、靈活度太高所致。下午接著將之講完后,就講拓撲分析和盆分析模塊、鍵級分析、軌道成分分析。

    第三天安排得相當緊,講了布居分析、模糊空間分析、繪制態密度、繪制光譜、分子表面分析、AdNDP(一帶而過)、CDA、格點數據處理、電子激發分析、雜項功能、弱相互作用分析、芳香性分析(一帶而過)、反應位點預測。然后還給大家留了個作業題,讓大家結合本次培訓所學的知識研究乙炔三聚化過程中電子結構的變化。本來想好好講講怎么修改Multiwfn的代碼,幻燈片做了很多,結果最后只能花10分鐘時間隨便一帶而過了。

    第三天下午很簡略、隨意地介紹了一下如何撰寫名為A theoretical investigation on XX或XX: A DFT / ab initio study (XX代表某個新穎體系)的文章。當時用的幻燈片做了較大修改,在這里可以下載最新的:http://pan.baidu.com/share/link?shareid=4238984030&uk=1074012119。這是個頗有特色的講授內容,以前肯定從沒人這么介紹過。說實話,凡是以這種標題為名的文章,90%以上都是灌水文章。我講這個絕非想讓學員灌水,特別在幻燈片最后一頁還用大字寫明:“灌水可恥”。之所以講這個,是希望學員能開闊思路,隨便找個分子,腦子里就能想出通過波函數分析手段拿Multiwfn程序能去分析它的哪些方面獲得有價值的信息。其實,拿Gaussian一通算,然后用Multiwfn做一通分析,一篇文章的數據量就夠了,寫寫這樣的文章作為練習,比如讓研究生練練手是很有益的,但是若這樣翻來覆去在期刊上灌水,比如換個元素灌一篇、換個基團灌一篇,這樣絕對是學術界的禍害。我希望用戶通過Multiwfn程序能得到有益的結論、有創新性的觀點,而不是將之作為灌水的利器。

    開這個培訓班最主要的目的就是在中國普及波函數分析方法,讓廣大計算化學工作者了解到Multiwfn的基本使用,并投入到實際研究中。如果說量子化學計算計算出的波函數相當于合成出的化合物,那么波函數分析就可以形象地比喻成化合物的表征。合成出一個物質,不表征就什么有益的信息也不知道;同樣地,計算出個波函數,不進行波函數分析,那么對于體系的電子結構本質特點、各種屬性就一無所知,或者只能知道個皮毛。很多人通過量子化學研究問題的手段都顯得十分單一、貧乏,比如就是優化個結構,比比能量,算個過渡態,算個光譜,看看分子軌道之類的,實際上更多更本質的信息全都藏在波函數里,結果波函數卻被棄之不顧,這顯然不應該,研究文章的分析討論自然也顯得膚淺。比較遺憾的是,如此重要的波函數分析在我國普及程度極低,其原因在《雜談Multiwfn從1.0到3.0版的開發經歷》(http://www.shanxitv.org/180)中已經詳細討論過。

    在和一些研究生學員的討論中,也包括我個人的一些感受,深感現在中國的量化的大齡圈子里,不僅不重視波函數分析,甚至還帶有歧視色彩。大多數中國大齡理論化學研究者,具體來說是指>40歲的人,大多感覺波函數分析是異端,屬于非主流,沒有前景,市場狹窄。我對此深感失望。之所以有這種局面,可以說很大程度上是因為這些人年輕時沒接觸過波函數分析,上了年紀之后,看到新的自己不懂的東西又不愿接受,盲目排斥而固執于自己的研究方法。殊不知不與時俱進,不敏銳地捕捉未來的主流,眼界將會愈發狹隘。討論的時候有一個年輕的學員向筆者訴苦,說自己研究方向是團簇,很喜歡用波函數分析方法研究,認為直觀、容易理解、還可以提供更深入的信息,是以后研究團簇的新的方向,但是其老板堅決反對,認為他用波函數分析來研究是在胡搞,偏讓他按老套路,擺擺構型,高精度算算能量比較下就完事,他深感,這種老套的研究方式是不行的,毫無新意,根本說明不了什么根本問題。然而他又是個個性鮮明,勇于堅持于自己觀點,不愿違心地附和他人的人,結果因為研究思想的不同跟其老板鬧翻。聽到此事,令寡人對如今的現狀很是無奈。我只好建議他,先按老套路出點文章應付他老板,然后堅持按照他自己的想法利用波函數分析去做。波函數分析的推廣普及是一件長期、艱難、任重而道遠的事情,但是絕對是正確、有益的事情,波函數分析是前途無量的。雖然它普遍不被大齡研究者們所接納(這些人已經從波函數分析的推廣對象中被排除),但是我高興地看到,我國年輕的量子化學工作者普遍是樂于學習、使用波函數分析的。將波函數分析在如今的年輕人心中播下種子,想必到他們成長為量子化學研究的中堅力量時,波函數分析的價值的認知度、流行的程度已經有了天翻地覆的變化。

    我堅持理論和實踐一定要結合起來。波函數分析的書在國際上不少,相關文章不斷大量發表,愈來愈多,但是沒什么好用的程序,導致不少人光是看懂了理論,結果根本沒法用起來。Multiwfn的存在徹底扭轉了這個局面,讓波函數分析理論不再停留在紙面上,而是成為研究理論化學問題強有力的工具。所以這次培訓班,在后兩天時間內,都是對于每個主題先簡要介紹完有關基本理論后,馬上通過實際問題進行演示,既了解了程序的操作,也通過實例能夠進一步感受波函數分析的實際應用價值。

    本以為參加培訓的都是搞量化的,至少知道一些最基本的量化知識。但是發現,有不少人只是聽說過卻從沒接觸過量化,比如有的人純粹是做經典力場的分子動力學的。雖然為了降低門檻,在培訓的第一天先把量子化學最基本的內容回顧了一遍,但是感覺這樣還是不夠,把量化的基本內容即便用最淺顯的語言、盡量不涉及數學公式來講,對于零基礎的人,想在2兩節課內就講明白,還是不夠現實。我也覺得,肯定有很多初學者也想能有個培訓班,能把量子化學從零講起,不在幻燈片上堆砌一大堆量化書本上枯燥的數學公式,而是能盡可能多的通過語言結合最基本的公式把量化的梗概、思想說明白。基于這個考慮,我打算把下一次Multiwfn培訓班弄成2+4天的形式。前兩天純粹講量化入門知識,只要化學系本科畢業就能聽懂,聽過兩天之后,就能把量子化學的基本框架搞明白,了解HF、后HF、DFT、基組、幾何優化、振動分析、激發態之類的概念/原理。這樣,如果是毫無基礎,就從培訓班第一天開始聽,而對于量化已經入門的人,直接從第3天開始聽就行了。同時,講波函數分析就有4天時間,講的時候就可以慢條斯理了,大家也能夠理解得更細致透徹了。

    這次連講三天個整天,每天再加上答疑,感覺比較辛苦,不過沒有想象中的那么嚴重。不知連講6天會不會撐得住...辛苦雖然辛苦,不過全都講完之后,其實感覺挺high的。

    由于人力的限制,這次培訓沒能提供安排住宿,也沒有提供住宿拼房的信息平臺,等下次培訓時盡量把這方面弄好。節省學員住宿成本。

    實際上準備這次培訓的時間比較緊迫,也就沒能提供講義。下次培訓肯定會編寫講義,這樣就可以少記很多東西了,預習、復習起來都容易得多。在講義的基礎上,再進行擴充和編纂,筆者就打算寫一本名為《量子化學波函數分析》的書,我想這對波函數分析和Multiwfn程序在我國更廣泛地普及將有巨大推動作用。肯定先出中文版以降低閱讀門檻,若受到好評,等第二或第三版再考慮出英文版。由于考慮到可能有外國人參加培訓,并且我也希望能讓外國人通過幻燈片了解Multiwfn,這次培訓的幻燈片都做成了英文。雖然下次也會用英文的幻燈片,但講義將會是中文。

    演示Multiwfn功能的時候,據說很多人都在使勁記操作指令,諸如4-9-2-enter-3-0,就像密文似的,其實這沒必要。Multiwfn的所有選項在屏幕上都清楚地顯示著,關鍵在于理解。只要理解了,該怎么操作自然而然就會知道。這次培訓中演示的例子少數直接來自于手冊的例子,但是為了避免和手冊的例子重復而失去當場演示的必要性,多數例子都是新編的。雖然是新編的,但是內容基本上還是手冊里第四章的教程里的范疇。我總是強調讀手冊,特別是讀第四章60多個實例的重要性。把例子看了,稍微舉一反三,Multiwfn的大多數功能就都會用了。再次提醒一下,如果想Multiwfn快速入門,務必先認真閱讀《Multiwfn入門tips》(http://www.shanxitv.org/167)。Multiwfn雖然非常強大,但使用、入門是極其容易的。

    下一次培訓的時間和地點都是未知數,但是地點應該肯定在北京某地。由于要印刷講義,并且很可能會租賃教室,都需要開銷,所以就沒法再免費了,不過培訓依然會保持完全非盈利、公益性的目的,就算收費也就100左右,最多不超過200(6天的總費用)。絕對不像某些無良黑心的計算化學軟件的培訓,動輒上千乃至幾千。如果有公司愿意提供贊助,或者有人愿意提供場地也可以聯系筆者,以盡量不給學員帶來經濟上的負擔。如果對下次的培訓班有什么建議歡迎發郵件我sobereva@sina.com

    這次培訓沒有提供影像資料,也沒有允許公開傳播錄音。原因有很多,其中一點是這次培訓還只是試水,很多方面考慮不周全也比較倉促。待下次,將會有一個準備更充分、更完整的波函數分析+Multiwfn的培訓展現給學員,到時候或許會提供官方錄制的培訓課程。下一次講的內容也肯定和這次會有很多不同,Multiwfn是不斷在發展的,所以每一期培訓都會有很多新東西。

    這次由于一些客觀因素的限制,有些大膽的想法都沒能如愿。以后的培訓將擺脫這些束縛,變得更為自由,到時候,我希望Multiwfn培訓班的教室中能充滿快活的空氣,徹底擺脫常規計算化學會議/培訓的沉悶死板的氣氛,而某種程度上像個Live,令大家心懷愉悅地領會波函數分析的妙處。

    本次培訓報道時免費發放了筆者設計的Multiwfn的周邊。包括以下這些

     

    會議筆記本,表面燙金,每人一個

     

    Multiwfn圓珠筆,每人兩個

     

    Multiwfn布袋(圖中是袋子兩面的圖案),每人一個

     

    Multiwfn明信片,每人一個,三種圖案隨機

     

    Multiwfn的鑰匙鏈,由于筆者財力所限,只有先到的少數人才贈送了。有幾種不同樣式的

     

    PS1:最后再強調一次,不要把培訓的主講人(筆者)和Sobereva這個ID搞混,主講人只是共用Sobereva這個ID的團伙當中的一個。

    PS2:此次培訓得到了場地提供方北京科技大學的化學與生物工程學院的諸位同志的支持,在此表示感謝。

    久久精品国产99久久香蕉