基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置与流程

本发明涉及人工智能，具体涉及一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置。

背景技术：

1、在构建交联体系分子模型时，现有技术通常可以采用以下技术手段：

2、其一，基于material studio软件的脚本，通过调用material studio中成键的功能，来实现树脂的交联过程。但是，该脚本所能操作的体系一般较小，一般盒子大小约为3nm左右。例如，专利申请号为cn201810643469.5所公开的构建氧化石墨烯与聚碳化二亚胺交联结构模型的方法，其适用的体系单一，并且体系相对较小。

3、其二，基于开源动力学软件large scale atomic / molecular massivelyparallel simulator (lammps) 中的fix/react的扩展插件，可以实现交联，但是目前受限于有限的体系，应用范围的限制较大。

4、其三，基于反应力场的方法，反应力场目前受限于体系力场参数复杂，以及其在进行交联过程时的运算效率很低，也导致其很难交联较大的体系。

5、其四，利用截断半径的方法，基于分子动力学方法构建交联体系，该方法适用面广，但是，随着交联率的升高，其交联难度和耗时也在升高，导致交联难度较高，耗时较长。

6、在上述现有方法中，都需要多步的蒙特卡洛搜索(截断半径法)加上分子动力学弛豫，其最主要的耗时都集中在这两步上，尤其当体系很大的时候。另外随着体系交联率的升高，还有两个情况会出现：1）每一步生成的化学键数目会减低，导致总交联步数升高；2）由于可能存在的局部会出现分子笼，即一定区域内一类分子过于集中而无法同其他类分子反应，因此很难达到较高交联率的交联，其失败的概率也很大。

7、因此，提供一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置，以解决目前构建复杂交联体的空间网状结构的交联效率较低，耗时较长，成功率较低的技术问题，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明实施例提供一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置，以解决目前构建复杂交联体的空间网状结构的交联效率较低，耗时较长，成功率较低的技术问题，从而在复杂交联体的空间网状结构的构建过程中，具有较高的交联效率、较短的耗时和较高的成功率。

2、为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

3、一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，所述方法包括：

4、读取多个分子结构，利用目标个所述分子结构构建混合体系，并对所述混合体系进行力场分配；

5、基于完成力场分配后的混合体系，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联；所述模拟退火法是将体系交联的过程，抽象成为寻找连接全部目标分子最短路径的过程，路径最短代表最终新增加的化学键势能最小；

6、在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，生成目标交联网状结构。

7、在一些实施例中，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联，具体包括：

8、随机生成一条目标路径，所述目标路径能够连接所述混合体系中的所有分子；

9、对所述目标路径进行扰动，并生成扰动后的新的路径；

10、在所述新的路径为当前最优解的情况下，则以所述新的路径进入迭代；

11、在当前迭代次数达到所述预设迭代次数的情况下，生成连接所有分子所需要的所有化学键，以结束交联。

12、在一些实施例中，对所述目标路径进行扰动，并生成扰动后的新的路径，之后还包括：

13、在所述新的路径不为当前最优解的情况下，则判断是否符合metropolis规则；

14、当符合metropolis规则时，则以所述新的路径进入迭代。

15、在一些实施例中，判断是否符合metropolis规则，之后还包括：

16、当不符合metropolis规则时，则对所述新的路径重新设定迭代次数。

17、在一些实施例中，以所述新的路径进入迭代，之后还包括：

18、在当前迭代次数未达到所述预设迭代次数的情况下，则对所述新的路径重新设定迭代次数。

19、在一些实施例中，随机交换所述目标路径中预设数量的分子之间的连接关系，以实现对所述目标路径进行扰动。

20、在一些实施例中，在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，生成目标交联网状结构之前还包括：

21、利用柔性平衡算法确定所述混合体系达到体系平衡状态，并完成动力学模拟后生成所述目标交联网状结构。

22、本发明还提供一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建装置，所述装置包括：

23、体系构建模块，用于读取多个分子结构，利用目标个所述分子结构构建混合体系，并对所述混合体系进行力场分配；

24、分子交联模块，用于基于完成力场分配后的混合体系，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联；

25、结果生成模块，用于在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，生成目标交联网状结构。

26、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。

27、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

28、本发明所提供基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置，读取多个分子结构，利用目标个所述分子结构构建混合体系，并对所述混合体系进行力场分配；通过基于完成力场分配后的混合体系，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联；在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，即可生成目标交联网状结构。从而解决了目前构建复杂交联体的空间网状结构的交联效率较低，耗时较长，成功率较低的技术问题，进而在复杂交联体的空间网状结构的构建过程中，具有较高的交联效率、较短的耗时和较高的成功率。

技术特征：

1.一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，对所述目标路径进行扰动，并生成扰动后的新的路径，之后还包括：

4.根据权利要求3所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，判断是否符合metropolis规则，之后还包括：

5.根据权利要求3所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，以所述新的路径进入迭代，之后还包括：

6.根据权利要求1所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，随机交换所述目标路径中预设数量的分子之间的连接关系，以实现对所述目标路径进行扰动。

7.根据权利要求1所述的基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法，其特征在于，在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，生成目标交联网状结构之前还包括：

8.一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明实施例公开了一种基于模拟退火法的交联体系分子模型构建方法和装置，所述方法包括：读取多个分子结构，利用目标个所述分子结构构建混合体系，并对所述混合体系进行力场分配；基于完成力场分配后的混合体系，利用模拟退火法进行交联，直到达到预设迭代次数并达到预设交联率的情况下结束交联；在通过交联生成连接所有分子所需要的所有化学键的情况下，即可生成目标交联网状结构。从而解决了目前构建复杂交联体的空间网状结构的交联效率较低，耗时较长，成功率较低的技术问题，进而在复杂交联体的空间网状结构的构建过程中，具有较高的交联效率、较短的耗时和较高的成功率。

技术研发人员：黄铭
受保护的技术使用者：苏州创腾软件有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13