【LAMMPS翻译系列】compute命令

compute命令为一组原子执行某种计算。

使用语法

compute ID group-ID style args

• ID = compute命令的ID
• group-ID = 该compute命令所作用的原子组的ID
• style = compute类型名（最下有列表）
• args = 特定类型compute命令所需要的参数

使用举例

compute 1 all temp
compute newtemp flow temp/partial 1 1 0
compute 3 all ke/atom

使用介绍

该命令为一组原子执行某种计算。计算出的量是瞬时值，也就是说它们只是原子在当前时间步或迭代步的信息。当然，compute命令也可以在内部保存体系在之前一个状态的某些信息。

定义compute命令的时候并不会执行计算。真正的计算过程是被其他LAMMPS命令激活的，比如某些fix命令需要计算温度的时候，或这需要产生热力学信息的时候，或者需要dump输出到文件中的时候。

compute命令的ID只能包含字母、数字和下划线。

---

compute命令可以计算出全局量、单原子量或局部量中某一种类型的量。

• 全局量（global）是系统维度的量，比如体系的温度。
• 单原子量（per-atom）是每个原子都具有的量，比如每个原子的动能。不在compute命令所指定的组内的原子的该单原子量被设为0。
• 局域量（local）是每个处理器基于它们所拥有的原子而计算出的量，比如键之间的距离。

计算产生单原子量的compute命令在其类型名中含有单词“atom”，比如ke/atom。计算产生局域量的compute命令在其类型名称中含有单词“local”，比如bond/local。类型名中不包含“atom”或“local”的compute命令计算产生的是全局量。

另外需要注意的是一个单独的compute命令只可能会产生这三种类型的量的某一种。

全局量、单原子量和局域量都有三种存在形式：单独的标量、一维矢量和二维阵列。每种具体类型的compute命令的页面会介绍它会产生哪种类型的变量，以及它的存在形式，比如单原子一维矢量。有些类型的compute命令会产生多种存在形式的某种类型的量，比如全局标量和全局矢量。

如果要使用compute命令计算出的量，比如使用输出命令将它们输出，可以使用下面的方括号记号来引用它们。其中的ID是compute命令的ID。

也就是说，使用使用一个方括号可以将量的维度降低一维，这样矢量就会变成标量，阵列就会变成矢量。使用两个方括号会将维度降低两次，也就是将阵列变为标量。通过这种方法，使用compute标量值作为输入的命令也可以同样处理矢量和阵列的元素。

注意：可以使用compute量的命令和变量并不是可以使用任何一种存在形式的量，比如一个命令可能会需要矢量类型的量，而不是标量类型的。这也就意味着在引用compute计算的量时不能含糊，而需要注意它的存在形式。这也会在具体介绍这些命令时详细的解释到。

---

在LAMMPS中，compute命令产生的值有下列的使用方法：

• 计算全局温度或全局压强的compute命令产生的结果可以被进行恒温或恒压的fix命令使用，或者是在创建原子速度的时候被使用。
• 全局量可以使用命令thermo_style custom or fix ave/time 输出，也可以以equal类型或atom类型的变量进行引用。
• 单原子量可以使用 dump customor fix ave/spatial 命令进行输出，也可以使用 fix ave/atom命令对时间进行平均，或使用compute reduce 命令进行降维，或使用atom-style类型的变量进行引用。
• 局域量可以使用compute reduce命令进行降维，或者使用fix ave/histo命令进行直方图化，或者使用dump local命令进行输出。

compute命令计算的全局量既可以是内部的，也可以是外部的。“内部”是说其值独立于模拟中的原子数，比如温度。“外部”是说其值的大小与模拟中的原子数有关系，比如总的转动动能。命令Thermodynamic output 会将外部量的值对体系中的原子数进行规范化，具体看“thermo_modify norm”的设置。但对于内部量，它不会进行规范化。如果使用其他方法对fix量进行引用，比如变量variable，你需要了解它是内部量还是外部量。

---

LAMMPS会在内部为热力学输出定义默认的compute计算，而且总会创建三种计算，分别命名为 "thermo_temp", "thermo_press" 和 "thermo_pe"。这种默认的定义与在输入脚本中使用了下面的命令效果相同：

compute thermo_temp all temp
compute thermo_press all pressure thermo_temp
compute thermo_pe all pe

如果热力学输出需要其他类型的量，可以再添加其他相应的compute计算。具体可以参考thermo_style命令。

可以计算温度或压强的fix命令，比如用于恒温或恒压的fix命令，在其内部也可以创建compute计算。这些在fix命令的页面有进行介绍。

上面列举的所有默认定义的compute计算，都可以通过在输入脚本中使用compute命令定义相应的计算而被替换。这些在thermo_modify命令和fix modify命令的页面有介绍。

不论是LAMMPS内部定义的还是用户自定义的compute命令，其设置都可以使用compute_modify命令进行修改。

compute定义的计算可以使用uncompute命令删除。

用户也可以自己通过编写代码创建新的compute命令，其结果的应用与上面提到的引用方法相同。

---

每一种类型的compute命令都有单独的文档页面来介绍其参数和它具体是做什么的。下面是lammps中可用的compute命令列表。（译注：compute命令会经常增加，所以这里列出的很可能并非全部。）

• angle/local - theta and energy of each angle
• atom/molecule - sum per-atom properties for each molecule
• body/local - attributes of body sub-particles
• bond/local - distance and energy of each bond
• centro/atom - centro-symmetry parameter for each atom
• cluster/atom - cluster ID for each atom
• cna/atom - common neighbor analysis (CNA) for each atom
• com - center-of-mass of group of atoms
• com/molecule - center-of-mass for each molecule
• contact/atom - contact count for each spherical particle
• coord/atom - coordination number for each atom
• damage/atom - Peridynamic damage for each atom
• dihedral/local - angle of each dihedral
• displace/atom - displacement of each atom
• erotate/asphere - rotational energy of aspherical particles
• erotate/rigid - rotational energy of rigid bodies
• erotate/sphere - rotational energy of spherical particles
• erotate/sphere/atom - rotational energy for each spherical particle
• event/displace - detect event on atom displacement
• group/group - energy/force between two groups of atoms
• gyration - radius of gyration of group of atoms
• gyration/molecule - radius of gyration for each molecule
• heat/flux - heat flux through a group of atoms
• improper/local - angle of each improper
• inertia/molecule - inertia tensor for each molecule
• ke - translational kinetic energy
• ke/atom - kinetic energy for each atom
• ke/rigid - translational kinetic energy of rigid bodies
• msd - mean-squared displacement of group of atoms
• msd/molecule - mean-squared displacement for each molecule
• pair - values computed by a pair style
• pair/local - distance/energy/force of each pairwise interaction
• pe - potential energy
• pe/atom - potential energy for each atom
• pressure - total pressure and pressure tensor
• property/atom - convert atom attributes to per-atom vectors/arrays
• property/local - convert local attributes to localvectors/arrays
• property/molecule - convert molecule attributes to localvectors/arrays
• rdf - radial distribution function g(r) histogram of group of atoms
• reduce - combine per-atom quantities into a single global value
• reduce/region - same as compute reduce, within a region
• slice - extract values from global vector or array
• stress/atom - stress tensor for each atom
• temp - 计算一组原子的温度
• temp/asphere - temperature of aspherical particles
• temp/com - temperature after subtracting center-of-mass velocity
• temp/deform - temperature excluding box deformation velocity
• temp/partial - temperature excluding one or more dimensions of velocity
• temp/profile - temperature excluding a binned velocity profile
• temp/ramp - temperature excluding ramped velocity component
• temp/region - temperature of a region of atoms
• temp/sphere - temperature of spherical particles
• ti - thermodyanmic integration free energy values
• voronoi/atom - Voronoi volume and neighbors for each atom

另外还有一些用户贡献的compute命令也发布在LAMMPS程序包中。这些类型的fix命令被列在this page。

也有一些用于加速CPU和GPU计算速度的compute命令发布在LAMMPS程序包中。这些类型的compute命令被列在this page。

相关命令

uncompute, compute_modify, fix ave/atom, fix ave/spatial, fix ave/time, fix ave/histo

• LAMMPS命令官方手册
• LAMMPS中文翻译全部命令索引