JPH07296045A - 分子設計支援方法 - Google Patents
分子設計支援方法Info
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- JPH07296045A JPH07296045A JP8945594A JP8945594A JPH07296045A JP H07296045 A JPH07296045 A JP H07296045A JP 8945594 A JP8945594 A JP 8945594A JP 8945594 A JP8945594 A JP 8945594A JP H07296045 A JPH07296045 A JP H07296045A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/30—Computing systems specially adapted for manufacturing
Landscapes
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 原子間力といった分子構造最適化問題の解に
ついて、複数の予測手法を準備し、すべての予測手法を
同時に実行し、予測解の中から最適な解を選択する手順
により反復回数を削減し、分子構造最適化問題の高速計
算を可能とする分子設計支援方法を提供すること。 【構成】 設計する分子の初期構造を入力して構造最適
化計算を行う分子設計支援方法において、原子間に働く
力に基づき分子の最適構造を計算する、予め準備された
複数の予測手法を用いる計算ステップと、該計算ステッ
プにより得た複数の予測解の中から最適のものを決定す
るステップとを備えたことを特徴とする分子設計支援方
法。
ついて、複数の予測手法を準備し、すべての予測手法を
同時に実行し、予測解の中から最適な解を選択する手順
により反復回数を削減し、分子構造最適化問題の高速計
算を可能とする分子設計支援方法を提供すること。 【構成】 設計する分子の初期構造を入力して構造最適
化計算を行う分子設計支援方法において、原子間に働く
力に基づき分子の最適構造を計算する、予め準備された
複数の予測手法を用いる計算ステップと、該計算ステッ
プにより得た複数の予測解の中から最適のものを決定す
るステップとを備えたことを特徴とする分子設計支援方
法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は分子設計支援方法、すな
わち、分子の構造最適化問題の求解支援方法に係り、特
に分子構造計算の反復計算において、解の予測および最
適解の決定により高速処理を可能とした分子設計支援方
法に関するものである。
わち、分子の構造最適化問題の求解支援方法に係り、特
に分子構造計算の反復計算において、解の予測および最
適解の決定により高速処理を可能とした分子設計支援方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】計算機の進歩に伴い、大規模な分子構造
最適化等の数値解析が可能となってきた。これにより、
分子構造最適化技術を利用した分子設計支援装置が実用
化されている。ここで、分子構造最適化とは、安定な分
子の構造を決定することを意味する。このような安定な
分子構造では、分子内のすべての原子間に働く力が十分
小さくなり、それ以上、原子が運動しない状態となって
いる。ここで、原子間に働く力は原子間の距離に比例す
るために、分子構造最適化では分子内の各原子の座標を
変化させながら原子間力が十分小さくなったかどうかの
判定を繰り返し計算する反復計算が必要である。この原
子間力の計算式の総数は分子内の原子の総数に比例して
いる。従って、計算時間を削減するためには、反復計算
の回数を削減することによる高速化が設計支援装置の性
能を左右する。従来の分子設計支援装置では、分子構造
最適化問題の高速計算のために、例えば、「工学におけ
る数値シミュレーション」(丸善)に記載されているよう
に、分子内の各原子間に働く力を計算する際に、各原子
に作用する原子間力の予測手法を準備することにより反
復計算の反復回数を削減している。
最適化等の数値解析が可能となってきた。これにより、
分子構造最適化技術を利用した分子設計支援装置が実用
化されている。ここで、分子構造最適化とは、安定な分
子の構造を決定することを意味する。このような安定な
分子構造では、分子内のすべての原子間に働く力が十分
小さくなり、それ以上、原子が運動しない状態となって
いる。ここで、原子間に働く力は原子間の距離に比例す
るために、分子構造最適化では分子内の各原子の座標を
変化させながら原子間力が十分小さくなったかどうかの
判定を繰り返し計算する反復計算が必要である。この原
子間力の計算式の総数は分子内の原子の総数に比例して
いる。従って、計算時間を削減するためには、反復計算
の回数を削減することによる高速化が設計支援装置の性
能を左右する。従来の分子設計支援装置では、分子構造
最適化問題の高速計算のために、例えば、「工学におけ
る数値シミュレーション」(丸善)に記載されているよう
に、分子内の各原子間に働く力を計算する際に、各原子
に作用する原子間力の予測手法を準備することにより反
復計算の反復回数を削減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分子構
造最適化問題では、すべての原子間力に対して有効な原
子間力の予測手法は存在しない。また、分子構造最適化
問題の原子間力の収束性は、反復計算の反復回数にも依
存していることが多く、最悪の場合には、反復回数とと
もに原子間力が振動を繰り返したり、発散することによ
り分子構造最適化が停止して原子間力が得られなくなる
こともある。従って、原子間力について、特定の予測手
法を準備するだけでは、設計支援装置における分子構造
最適化問題の高速計算は実現しない。本発明は上記事情
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従
来の技術における上述の如き問題を解消し、原子間力と
いった分子構造最適化問題の解について、複数の予測手
法を準備し、すべての予測手法を同時に実行し、予測解
の中から最適な解を選択する手順により反復回数を削減
し、分子構造最適化問題の高速計算を可能とする分子設
計支援方法を提供することにある。
造最適化問題では、すべての原子間力に対して有効な原
子間力の予測手法は存在しない。また、分子構造最適化
問題の原子間力の収束性は、反復計算の反復回数にも依
存していることが多く、最悪の場合には、反復回数とと
もに原子間力が振動を繰り返したり、発散することによ
り分子構造最適化が停止して原子間力が得られなくなる
こともある。従って、原子間力について、特定の予測手
法を準備するだけでは、設計支援装置における分子構造
最適化問題の高速計算は実現しない。本発明は上記事情
に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、従
来の技術における上述の如き問題を解消し、原子間力と
いった分子構造最適化問題の解について、複数の予測手
法を準備し、すべての予測手法を同時に実行し、予測解
の中から最適な解を選択する手順により反復回数を削減
し、分子構造最適化問題の高速計算を可能とする分子設
計支援方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、設
計する分子の初期構造を入力して構造最適化計算を行う
分子設計支援方法において、原子間に働く力に基づき分
子の最適構造を計算する、予め準備された複数の予測手
法を用いる計算ステップと、該計算ステップにより得た
複数の予測解の中から最適のものを決定するステップと
を備えたことを特徴とする分子設計支援方法によって達
成される。
計する分子の初期構造を入力して構造最適化計算を行う
分子設計支援方法において、原子間に働く力に基づき分
子の最適構造を計算する、予め準備された複数の予測手
法を用いる計算ステップと、該計算ステップにより得た
複数の予測解の中から最適のものを決定するステップと
を備えたことを特徴とする分子設計支援方法によって達
成される。
【０００５】
【作用】本発明に係る分子設計支援方法においては、以
下に示す手順により、原子間力を予測することを特徴と
しており、特に、第４ステップと第５ステップ、すなわ
ち、第３ステップで得た原子間力に基づき、予め準備さ
れた複数の解の予測手法を実行し、それぞれの予測手法
に基づいた予測解を決定し、ここで得た複数の予測解の
中から最適な解を選択することにより、反復回数を削減
し、実用的な時間内での、分子構造最適化問題の計算を
可能とする分子設計支援方法を実現できるものである。 (１)第１ステップ：分子内の各原子の初期座標や原子間
ポテンシャルパラメータを入力するステップ。具体的に
は、計算機のオペレータによる初期値の入力、あるい
は、計算機に設置された記憶装置に予め記憶させておい
た初期値を計算機に設置された演算部に読み出す処理を
指す。 (２)第２ステップ：反復計算の各回の座標を設定し、そ
のときの原子間ポテンシャルを決定するステップ。 (３)第３ステップ：前ステップで決定した原子間ポテン
シャルを微分することにより、原子間力を求めるステッ
プ。 (４)第４ステップ：前ステップで得た原子間力に基づ
き、予め準備された複数の解の予測手法を実行し、それ
ぞれの予測手法に基づいた予測解を決定するステップ。 (５)第５ステップ：前ステップで得た複数の予測解の中
から最適な解を選択するステップ。 (６)第６ステップ：前ステップで得た最適解について解
が収束したかどうかを判定し、収束した場合は処理を終
了し、収束しない場合は最適解を初期値として解が収束
するまで反復計算を続行させるステップ。つまり、前ス
テップで得た最適な原子間力を使用して分子内の各原子
間のポテンシャルを決定し(第２ステップ)、原子間ポテ
ンシャルを微分して原子間力を求め(第３ステップ)、予
め準備された複数の解の予測手法を実行し、それぞれの
予測手法に基づいた予測解を決定し(第４ステップ)、最
適な解を選択する(第５ステップ)ステップ。 (７)第７ステップ：前ステップで収束したと判定された
場合、その最適解における分子構造の分子特性を評価す
るステップ。
下に示す手順により、原子間力を予測することを特徴と
しており、特に、第４ステップと第５ステップ、すなわ
ち、第３ステップで得た原子間力に基づき、予め準備さ
れた複数の解の予測手法を実行し、それぞれの予測手法
に基づいた予測解を決定し、ここで得た複数の予測解の
中から最適な解を選択することにより、反復回数を削減
し、実用的な時間内での、分子構造最適化問題の計算を
可能とする分子設計支援方法を実現できるものである。 (１)第１ステップ：分子内の各原子の初期座標や原子間
ポテンシャルパラメータを入力するステップ。具体的に
は、計算機のオペレータによる初期値の入力、あるい
は、計算機に設置された記憶装置に予め記憶させておい
た初期値を計算機に設置された演算部に読み出す処理を
指す。 (２)第２ステップ：反復計算の各回の座標を設定し、そ
のときの原子間ポテンシャルを決定するステップ。 (３)第３ステップ：前ステップで決定した原子間ポテン
シャルを微分することにより、原子間力を求めるステッ
プ。 (４)第４ステップ：前ステップで得た原子間力に基づ
き、予め準備された複数の解の予測手法を実行し、それ
ぞれの予測手法に基づいた予測解を決定するステップ。 (５)第５ステップ：前ステップで得た複数の予測解の中
から最適な解を選択するステップ。 (６)第６ステップ：前ステップで得た最適解について解
が収束したかどうかを判定し、収束した場合は処理を終
了し、収束しない場合は最適解を初期値として解が収束
するまで反復計算を続行させるステップ。つまり、前ス
テップで得た最適な原子間力を使用して分子内の各原子
間のポテンシャルを決定し(第２ステップ)、原子間ポテ
ンシャルを微分して原子間力を求め(第３ステップ)、予
め準備された複数の解の予測手法を実行し、それぞれの
予測手法に基づいた予測解を決定し(第４ステップ)、最
適な解を選択する(第５ステップ)ステップ。 (７)第７ステップ：前ステップで収束したと判定された
場合、その最適解における分子構造の分子特性を評価す
るステップ。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。分子設計支援装置とは、分子の初期構造お
よび原子間ポテンシャルを入力し、入力された分子の最
適構造における化学的特性等を評価することにより分子
を設計する装置である。化学的特性等を評価するための
基本的な物理量である分子の最適構造のを得るために必
要となる各原子間の原子間力は、原子間ポテンシャルを
微分することにより得られる。原子間ポテンシャルを微
分し、各原子間の原子間力を計算して最適構造を求める
手法は分子構造最適化計算と呼ばれており、数値的には
原子間の相互作用を表現した運動方程式に帰着される。
図２に、本発明の一実施例に係る分子設計支援装置の構
成を示した。図において、１は表示装置、２は演算処理
装置であり、演算処理装置２は、演算部２ａ，処理手順
記憶部２ｂ，中間データ記憶部２ｃ，データ出力部２ｄ
およびデータ入力部２ｅにより構成される。演算処理装
置２により作成されたデータは、出力装置４の表示部に
表示される。３は入力装置、５は記憶装置である。
に説明する。分子設計支援装置とは、分子の初期構造お
よび原子間ポテンシャルを入力し、入力された分子の最
適構造における化学的特性等を評価することにより分子
を設計する装置である。化学的特性等を評価するための
基本的な物理量である分子の最適構造のを得るために必
要となる各原子間の原子間力は、原子間ポテンシャルを
微分することにより得られる。原子間ポテンシャルを微
分し、各原子間の原子間力を計算して最適構造を求める
手法は分子構造最適化計算と呼ばれており、数値的には
原子間の相互作用を表現した運動方程式に帰着される。
図２に、本発明の一実施例に係る分子設計支援装置の構
成を示した。図において、１は表示装置、２は演算処理
装置であり、演算処理装置２は、演算部２ａ，処理手順
記憶部２ｂ，中間データ記憶部２ｃ，データ出力部２ｄ
およびデータ入力部２ｅにより構成される。演算処理装
置２により作成されたデータは、出力装置４の表示部に
表示される。３は入力装置、５は記憶装置である。
【０００７】図１に、本実施例に係る分子設計支援装置
を用いた処理手順を示す。図１示した処理手順は、上述
の処理手順記憶部２ｂに記憶されており、この処理手順
に従って中間データ記憶部２ｃを介して記憶装置５から
必要なデータが読み出され、演算部２ａにおいて実行さ
れる。演算部２ａにより実行された演算の結果は、中間
データ記憶部２ｃを介して記憶装置５に記憶される。ま
た、演算部２ａにより実行された演算結果は、データ入
力部２ｅを介して入力装置３から入力された指示に従
い、データ出力部２ｄにより作成されたデータを表示装
置１を介して出力装置４に出力される。以下、本実施例
による分子設計支援の手順を、順次説明する。図１に示
す如く、ステップ１０は初期パラメータの入力であり、
入力装置３によりオペレータが、総原子数Ｋ，各原子の
Ｘ座標Ｘ(１)〜Ｘ(Ｋ)，Ｙ座標Ｙ(１)〜Ｙ(Ｋ)，Ｚ座標
Ｚ(１)〜Ｚ(Ｋ)，質量Ｍ(１)〜Ｍ(Ｋ)，ポテンシャルパ
ラメータ，時間巾Ｔ，原子間力の収束判定条件ＧＭＩＮ
を入力する手順、あるいは、予め記憶装置５に記憶させ
ておいた上記各パラメータを、演算部２ａに読み出す手
順である。
を用いた処理手順を示す。図１示した処理手順は、上述
の処理手順記憶部２ｂに記憶されており、この処理手順
に従って中間データ記憶部２ｃを介して記憶装置５から
必要なデータが読み出され、演算部２ａにおいて実行さ
れる。演算部２ａにより実行された演算の結果は、中間
データ記憶部２ｃを介して記憶装置５に記憶される。ま
た、演算部２ａにより実行された演算結果は、データ入
力部２ｅを介して入力装置３から入力された指示に従
い、データ出力部２ｄにより作成されたデータを表示装
置１を介して出力装置４に出力される。以下、本実施例
による分子設計支援の手順を、順次説明する。図１に示
す如く、ステップ１０は初期パラメータの入力であり、
入力装置３によりオペレータが、総原子数Ｋ，各原子の
Ｘ座標Ｘ(１)〜Ｘ(Ｋ)，Ｙ座標Ｙ(１)〜Ｙ(Ｋ)，Ｚ座標
Ｚ(１)〜Ｚ(Ｋ)，質量Ｍ(１)〜Ｍ(Ｋ)，ポテンシャルパ
ラメータ，時間巾Ｔ，原子間力の収束判定条件ＧＭＩＮ
を入力する手順、あるいは、予め記憶装置５に記憶させ
ておいた上記各パラメータを、演算部２ａに読み出す手
順である。
【０００８】これらの各パラメータを用いることによ
り、原子間ポテンシャルＶ(ｒ)は、例えば、「計算材料
化学」(海文堂出版)によるとポテンシャルパラメータを
ε，σとすると次式(数１)で与えられる。
り、原子間ポテンシャルＶ(ｒ)は、例えば、「計算材料
化学」(海文堂出版)によるとポテンシャルパラメータを
ε，σとすると次式(数１)で与えられる。
【数１】 なお、ここでの説明においては、座標系は直交座標での
例を示したが、他の座標系を使用しても同じ効果が得ら
れるのは明らかである。ステップ１１からステップ１５
により、以下に説明する如く、反復計算により分子構造
を決定する。まず、ステップ１１では各反復回における
各原子の座標を計算する。例えば、分子の中の第Ｉ番目
の原子の座標は式(数２)で与える。
例を示したが、他の座標系を使用しても同じ効果が得ら
れるのは明らかである。ステップ１１からステップ１５
により、以下に説明する如く、反復計算により分子構造
を決定する。まず、ステップ１１では各反復回における
各原子の座標を計算する。例えば、分子の中の第Ｉ番目
の原子の座標は式(数２)で与える。
【数２】
【０００９】具体的には、入力装置３を使用した、オペ
レータによる各反復回における原子の座標の入力、ある
いは、予め記憶装置５に記憶させておいた各反復回にお
ける原子の座標の入力を演算部２ａに読み出す手順を意
味する。但し、ＤＸ(Ｉ)，ＤＹ(Ｉ)，ＤＺ(Ｉ)は、各反
復回における第Ｉ番目の原子のＸ，Ｙ，Ｚ方向の増分値
であり、第１回目の反復では０とする。また、式(数１)
におけるポテンシャルＶ(ｒ)中のｒは原子間の距離であ
り、例えば、１番目と２番目の原子間の距離ｒは、式
(数３)で与えられる。
レータによる各反復回における原子の座標の入力、ある
いは、予め記憶装置５に記憶させておいた各反復回にお
ける原子の座標の入力を演算部２ａに読み出す手順を意
味する。但し、ＤＸ(Ｉ)，ＤＹ(Ｉ)，ＤＺ(Ｉ)は、各反
復回における第Ｉ番目の原子のＸ，Ｙ，Ｚ方向の増分値
であり、第１回目の反復では０とする。また、式(数１)
におけるポテンシャルＶ(ｒ)中のｒは原子間の距離であ
り、例えば、１番目と２番目の原子間の距離ｒは、式
(数３)で与えられる。
【数３】
【００１０】ステップ１２は、ポテンシャルの式(数１)
を微分して原子間力を求める手順である。ステップ１２
では各反復回における各原子間力を計算する。例えば、
分子の中の第Ｉ番目の原子に働く力は、式(数４)で与え
られる。微分は各原子の位置での値とする。
を微分して原子間力を求める手順である。ステップ１２
では各反復回における各原子間力を計算する。例えば、
分子の中の第Ｉ番目の原子に働く力は、式(数４)で与え
られる。微分は各原子の位置での値とする。
【数４】 ステップ１３は、複数の予測手法のすべてを同時に実行
し、得られた各々の予測解を記憶装置５に記憶させる手
順である。ここで、予測解とは予測手法により得られた
原子間力の予測値を指す。図１では、２種類の予測手法
を実行した場合の例を記載した。予測手法の総数は少な
くとも２種類以上あれば良い。以下の説明では、ステッ
プ１３における予測手法について、予測手法１および予
測手法２として代表的な予測手法である緩和法と最小二
乗法を例にとり説明する。
し、得られた各々の予測解を記憶装置５に記憶させる手
順である。ここで、予測解とは予測手法により得られた
原子間力の予測値を指す。図１では、２種類の予測手法
を実行した場合の例を記載した。予測手法の総数は少な
くとも２種類以上あれば良い。以下の説明では、ステッ
プ１３における予測手法について、予測手法１および予
測手法２として代表的な予測手法である緩和法と最小二
乗法を例にとり説明する。
【００１１】反復計算において、反復回数をＮとすると
き、ステップ１２で求めた単純解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成
分は、式(数４)よりＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，ＦＺ(Ｉ)とな
る。なお、予測手法とは、単純解ＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，
ＦＺ(Ｉ)と記憶装置５に記憶させておいた反復回数Ｎ−
１での最適解ＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，Ｇ
Ｚ(Ｉ，Ｎ−１)により、反復回数Ｎでの予測解ＰＸ
(Ｉ)，ＰＹ(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)を予測する手法である。ここ
で、ＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＺ(Ｉ，
Ｎ−１)は、第Ｉ番目の原子の最適解のＸ，Ｙ，Ｚ方向
の成分である。また、ＰＸ(Ｉ)，ＰＹ(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)
は、第Ｉ番目の原子の予測解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成分で
ある。一例としての緩和法では、予測解ＰＸ(Ｉ)，ＰＹ
(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)は、式(数５)で定義される。
き、ステップ１２で求めた単純解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成
分は、式(数４)よりＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，ＦＺ(Ｉ)とな
る。なお、予測手法とは、単純解ＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，
ＦＺ(Ｉ)と記憶装置５に記憶させておいた反復回数Ｎ−
１での最適解ＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，Ｇ
Ｚ(Ｉ，Ｎ−１)により、反復回数Ｎでの予測解ＰＸ
(Ｉ)，ＰＹ(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)を予測する手法である。ここ
で、ＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＺ(Ｉ，
Ｎ−１)は、第Ｉ番目の原子の最適解のＸ，Ｙ，Ｚ方向
の成分である。また、ＰＸ(Ｉ)，ＰＹ(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)
は、第Ｉ番目の原子の予測解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成分で
ある。一例としての緩和法では、予測解ＰＸ(Ｉ)，ＰＹ
(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)は、式(数５)で定義される。
【数５】
【００１２】ここで、αは緩和パラメータであり、反復
回数が(Ｎ−１)回での最適解であるＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，
ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＺ(Ｉ，Ｎ−１)と、Ｎ回での単純
解であるＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，ＦＺ(Ｉ)との重みを示す
量である。また、予測手法の他の例である最小二乗法で
は、例えば、反復回数が１からＮまでの最適解ＧＸ
(Ｉ，１)，ＧＹ(Ｉ，１)，ＧＺ(Ｉ，１)からＧＸ(Ｉ，
Ｎ)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ)，ＧＺ(Ｉ，Ｎ)を二次式で近似する
ことにより、予測解を計算する。具体的には、第Ｉ番目
の原子の予測解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成分であるＱＸ
(Ｉ)，ＱＹ(Ｉ)，ＱＺ(Ｉ)を、式(数６)で与える。
回数が(Ｎ−１)回での最適解であるＧＸ(Ｉ，Ｎ−１)，
ＧＹ(Ｉ，Ｎ−１)，ＧＺ(Ｉ，Ｎ−１)と、Ｎ回での単純
解であるＦＸ(Ｉ)，ＦＹ(Ｉ)，ＦＺ(Ｉ)との重みを示す
量である。また、予測手法の他の例である最小二乗法で
は、例えば、反復回数が１からＮまでの最適解ＧＸ
(Ｉ，１)，ＧＹ(Ｉ，１)，ＧＺ(Ｉ，１)からＧＸ(Ｉ，
Ｎ)，ＧＹ(Ｉ，Ｎ)，ＧＺ(Ｉ，Ｎ)を二次式で近似する
ことにより、予測解を計算する。具体的には、第Ｉ番目
の原子の予測解のＸ，Ｙ，Ｚ方向の成分であるＱＸ
(Ｉ)，ＱＹ(Ｉ)，ＱＺ(Ｉ)を、式(数６)で与える。
【数６】
【００１３】係数ＡＸ，ＢＸ，ＣＸは、ＱＸ(Ｉ)を定義
する二次式のパラメータであり、ＡＹ，ＢＹ，ＣＹはＱ
Ｙ(Ｉ)を定義する二次式のパラメータであり、ＡＺ，Ｂ
Ｚ，ＣＺはＱＺ(Ｉ)を定義する二次式のパラメータであ
り、それぞれ、式(数７)に示される行列式により得られ
る。
する二次式のパラメータであり、ＡＹ，ＢＹ，ＣＹはＱ
Ｙ(Ｉ)を定義する二次式のパラメータであり、ＡＺ，Ｂ
Ｚ，ＣＺはＱＺ(Ｉ)を定義する二次式のパラメータであ
り、それぞれ、式(数７)に示される行列式により得られ
る。
【数７】 求めた複数の予測解ＰＸ(Ｉ)，ＰＹ(Ｉ)，ＰＺ(Ｉ)やＱ
Ｘ(Ｉ)，ＱＹ(Ｉ)，ＱＺ(Ｉ)は、記憶装置５に記憶させ
ておく。以上の、ステップ１３の手順を最適解予測手順
と呼ぶ。最適解予測手順において使用する原子間力の予
測手法に対する制限はない。本実施例で用いた予測手法
以外の原子間力の予測手法を利用しても本実施例と同じ
効果が得られる。
Ｘ(Ｉ)，ＱＹ(Ｉ)，ＱＺ(Ｉ)は、記憶装置５に記憶させ
ておく。以上の、ステップ１３の手順を最適解予測手順
と呼ぶ。最適解予測手順において使用する原子間力の予
測手法に対する制限はない。本実施例で用いた予測手法
以外の原子間力の予測手法を利用しても本実施例と同じ
効果が得られる。
【００１４】ステップ１３ですべての予測手法について
の処理が終了した場合、ステップ１４に進む。ステップ
１４では、ステップ１３で得られた複数の予測解の中か
ら最適な解を式(数８)で決定する。
の処理が終了した場合、ステップ１４に進む。ステップ
１４では、ステップ１３で得られた複数の予測解の中か
ら最適な解を式(数８)で決定する。
【数８】 得られた最適解は、反復計算の次の反復回で使用する新
たな初期値として採用するために保存しておく。次の反
復回における増分値ＤＸ(Ｉ)，ＤＹ(Ｉ)，ＤＺ(Ｉ)は、
式(数９)で与えられる。
たな初期値として採用するために保存しておく。次の反
復回における増分値ＤＸ(Ｉ)，ＤＹ(Ｉ)，ＤＺ(Ｉ)は、
式(数９)で与えられる。
【数９】 以上の、ステップ１４の手順を最適解選択手順と呼ぶ。
ステップ１５では、ステップ１４で得られた最適解が収
束しているかどうかを式(数１０)を用いて判定する。
ステップ１５では、ステップ１４で得られた最適解が収
束しているかどうかを式(数１０)を用いて判定する。
【数１０】
【００１５】収束していない場合は、ステップ１１から
ステップ１４を繰り返す。また、ステップ１５において
収束したと判定された場合は、ステップ１６において、
収束した最適解での分子の特性を評価する。本発明の効
果を図３に示した。図３は、最適解予測手順(ステップ
１３)において、予測手法を２種類準備した例であり、
縦軸に原子間力をとり、横軸に反復回数をとって、予測
解の収束の挙動を示したものである。図３において、予
測手法１は反復回数が少ない時点では原子間力が小さい
が収束は遅い。一方、予測手法２は反復回数が少ない時
点では原子間力が大きいが収束は速い。従って、この例
では、最適解としては、破線で示される、予測手法２と
予測手法１の組み合わせが選択されることになる。
ステップ１４を繰り返す。また、ステップ１５において
収束したと判定された場合は、ステップ１６において、
収束した最適解での分子の特性を評価する。本発明の効
果を図３に示した。図３は、最適解予測手順(ステップ
１３)において、予測手法を２種類準備した例であり、
縦軸に原子間力をとり、横軸に反復回数をとって、予測
解の収束の挙動を示したものである。図３において、予
測手法１は反復回数が少ない時点では原子間力が小さい
が収束は遅い。一方、予測手法２は反復回数が少ない時
点では原子間力が大きいが収束は速い。従って、この例
では、最適解としては、破線で示される、予測手法２と
予測手法１の組み合わせが選択されることになる。
【００１６】上記実施例による最適解予測手順および最
適解選択手順によれば、図３で示した最適解の如く、常
に小さな原子間力の予測解を選択することにより、従来
の分子構造最適化問題の求解法と比較して反復計算の反
復回数を削減することができる。従って、高速度に構造
最適化問題を解決できるため、高速度の分子設計支援が
可能になるという利点がある。なお、上記実施例は本発
明の一例を示したものであり、本発明はこれに限定され
るべきものではないことは言うまでもないことである。
例えば、上記実施例では分子設計支援の処理手順を説明
したが、装置の構成はすべて図２に示した構成を使用す
る。従って、上記実施例で説明した処理手順をフロッピ
ーディスク等の記録媒体に記憶させておけば、図２に示
した構成を持つような任意の計算機上で分子設計支援が
実現できることは明らかである。
適解選択手順によれば、図３で示した最適解の如く、常
に小さな原子間力の予測解を選択することにより、従来
の分子構造最適化問題の求解法と比較して反復計算の反
復回数を削減することができる。従って、高速度に構造
最適化問題を解決できるため、高速度の分子設計支援が
可能になるという利点がある。なお、上記実施例は本発
明の一例を示したものであり、本発明はこれに限定され
るべきものではないことは言うまでもないことである。
例えば、上記実施例では分子設計支援の処理手順を説明
したが、装置の構成はすべて図２に示した構成を使用す
る。従って、上記実施例で説明した処理手順をフロッピ
ーディスク等の記録媒体に記憶させておけば、図２に示
した構成を持つような任意の計算機上で分子設計支援が
実現できることは明らかである。
【００１７】
【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、原子間力といった分子構造最適化問題の解につい
て、複数の予測手法を準備し、すべての予測手法を同時
に実行し、予測解の中から最適な解を選択する手順によ
り反復回数を削減し、分子構造最適化問題の高速計算を
可能とする分子設計支援方法を実現できるという顕著な
効果を奏するものである。また、本発明に係る分子設計
支援方法の手順を記録した記録媒体を用いれば、分子内
の各原子間に働く力の計算における反復回数が削減さ
れ、短時間で分子構造最適化問題の処理ができる。
れば、原子間力といった分子構造最適化問題の解につい
て、複数の予測手法を準備し、すべての予測手法を同時
に実行し、予測解の中から最適な解を選択する手順によ
り反復回数を削減し、分子構造最適化問題の高速計算を
可能とする分子設計支援方法を実現できるという顕著な
効果を奏するものである。また、本発明に係る分子設計
支援方法の手順を記録した記録媒体を用いれば、分子内
の各原子間に働く力の計算における反復回数が削減さ
れ、短時間で分子構造最適化問題の処理ができる。
【図１】本発明の一実施例に係る分子設計支援手順のフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図２】実施例に係る分子設計支援装置の構成図であ
る。
る。
【図３】発明の効果を表わす図である。
１ 表示装置 ２ 演算処理装置 ２ａ 演算部 ２ｂ 処理手順記憶部 ２ｃ 中間データ記憶部 ２ｄ データ出力部 ２ｅ データ入力部 ３ 入力装置 ４ 出力装置 ５ 記憶装置
Claims (1)
- 【請求項１】 設計する分子の初期構造を入力して構造
最適化計算を行う分子設計支援方法において、原子間に
働く力に基づき分子の最適構造を計算する、予め準備さ
れた複数の予測手法を用いる計算ステップと、該計算ス
テップにより得た複数の予測解の中から最適のものを決
定するステップとを備えたことを特徴とする分子設計支
援方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8945594A JPH07296045A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 分子設計支援方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8945594A JPH07296045A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 分子設計支援方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07296045A true JPH07296045A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=13971179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8945594A Pending JPH07296045A (ja) | 1994-04-27 | 1994-04-27 | 分子設計支援方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07296045A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100783331B1 (ko) * | 2006-04-26 | 2007-12-10 | 한국화학연구원 | 멀티스케일 시뮬레이션 결합을 위한 시스템 및 방법 |
| WO2008001851A1 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Ihi Corporation | Drug, drug induction device, magnetic detector and method of designing drug |
| JP2008117969A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Ihi Corp | 磁性材料、磁性材料の誘導装置及び磁性材料の設計方法 |
| US9505732B2 (en) | 2008-11-20 | 2016-11-29 | Ihi Corporation | Auto magnetic metal salen complex compound |
| US10034941B2 (en) | 2007-12-28 | 2018-07-31 | Ihi Corporation | Iron-salen complex |
-
1994
- 1994-04-27 JP JP8945594A patent/JPH07296045A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120283505A1 (en) * | 2005-08-31 | 2012-11-08 | Yoshihiro Ishikawa | Drug, drug guidance system, magnetic detection system, and drug design method |
| US8691261B2 (en) | 2005-08-31 | 2014-04-08 | Ihi Corporation | Drug, drug guidance system, magnetic detection system, and drug design method |
| KR100783331B1 (ko) * | 2006-04-26 | 2007-12-10 | 한국화학연구원 | 멀티스케일 시뮬레이션 결합을 위한 시스템 및 방법 |
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| JP5378792B2 (ja) * | 2006-06-28 | 2013-12-25 | 株式会社Ｉｈｉ | 磁性薬誘導システム |
| JP2008117969A (ja) * | 2006-11-06 | 2008-05-22 | Ihi Corp | 磁性材料、磁性材料の誘導装置及び磁性材料の設計方法 |
| US10034941B2 (en) | 2007-12-28 | 2018-07-31 | Ihi Corporation | Iron-salen complex |
| US9505732B2 (en) | 2008-11-20 | 2016-11-29 | Ihi Corporation | Auto magnetic metal salen complex compound |
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