技术领域

[0001] 本发明属于分子力场技术领域， 具体涉及一种分子力场参数生成的计算任务管 理分析系统及其运行方法。

背景技术

[0002] 在传统的分子力场构建方法中， 通常使用计算机程序 （即参数化系统） 来实现 自动化计算任务的提交、 管理和计算结果的分析， 以完成分子力场的自动化构 建。 通常此类系统包含的主要模块为： 计算任务的自动化提交、 计算任务的管 理、 计算结果的静态分析、 力场参数的数据管理。 总体来说， 传统的分子力场 构建系统提供的构建计算任务的自动化提交、 管理和静态分析功能， 满足了分 子力场构建工作者的基础需要。

[0003] 随着药物、 材料和化学等工业的发展， 涉及的分子类型越来越多， 传统的分子 力场在准确性和覆盖度上越来越无法满足研发 的需求。 另外， 基于传统力场构 建的方法的计算方式基于本地或者服务器集群 的计算方式速度较慢， 已经无法 满足能覆盖更大化学空间的通用力场构建的需 求。

[0004] 力场参数的构建过程通常不是线性的， 数据结构往往会呈现出图形式的数据结 构， 传统的任务计算任务管理和展现方式都是基于 任务的某一属性的列表管理 ， 无法直观的对应到实际力场参数化的图数据结 构， 造成了管理效率的低下； 另外， 力场参数的构建过程中的计算任务常常设计大 量的数据分析， 通常一个 任务会设计成千上万个分子构象， 传统的静态分析方法无法很好的支撑大批量 分子构象的分析工作， 也同时限制了自动化构建的拓展能力。

发明概述

技术问题

问题的解决方案 技术解决方案

[0005] 针对上述技术问题， 本发明提供一种分子力场参数生成的计算任务 管理分析系 统及其运行方法， 适应新技术背景下的分子力场构建的计算管理 和分析需求。

[0006] 具体技术方案为：

[0007] 分子力场参数生成的计算任务管理分析系统， ， 包括计算结果分析模块和计算 任务管理模块， 计算结果分析模块与计算任务管理模块连接， 计算任务管理模 块通过云计算接口与力场构建计算服务器连接 。

[0008] 其中， 所述的计算结果分析模块包括交互式分析、 自定义分析、 自动化分析； 计算任务管理模块包括计算任务提交、 图数据结构视图、 计算任务模板设置、 计算任务结果回收、 计算路径设置； 计算任务结果回收与计算结果分析模块连 接， 计算任务提交与云计算接口连接。

[0009] 该分子力场参数生成的计算任务管理分析系统 的运行方法， 包括以下步骤：

[0010] ( 1) 选择分子力场构建计算模板

[0011] 对于不同类型的分子， 提交分子力场构建计算任务时会需要调整不同 的参数， 系统根据输入的分子类型通过机器学习的算法 自动推荐计算参数， 同时使用者 也可以根据需要对参数进行调整； 如果进行自动化计算任务提交， 还可以设置 分子计算路径；

[0012] (2) 选择计算任务提交平台并提交计算

[0013] 系统将计算任务提交到本地计算服务器或集群 、 超算中心、 云服务；

[0014] (3) 回收计算结果

[0015] 系统支持在计算任务完成后， 回收计算结果数据至本地， 清除服务器或者云端 的计算数据， 同时备份重要过程数据至本地；

[0016] 计算任务回收后， 会按照力场参数的图数据结构并以力场参数为 索引展示；

[0017] 4) 分析计算结果

[0018] 回收计算结果后， 系统可以对计算结果进行分析；

[0019] 如应用交互式分析功能， 可以应用分析模板快速对结果的数据异常进行 定位和 分析；

[0020] 如应用自定义分析功能， 可以自定义分析图的类型和展示的数据， 生成图表， 进行分析；

[0021] 如应用自动化分析功能， 可以配合自动化计算任务提交做任务是否达标 的判定

[0022] 本发明提供的分子力场参数生成的计算任务管 理分析系统及其运行方法， 计算 任务管理的核心是基于分子力场构建的实际数 据结构的特征来进行计算任务的 管理和调度； 另一方面对于计算结果采用交互式分析的方式 ， 方便使用者快速 定位问题， 能够迅速获取每一个异常数据的信息， 并通过函数的调用来支持自 动化构建的过程。

[0023] 本发明提供的分子力场参数生成的计算任务管 理分析系统及其运行方法， 以科 研人员为主的力场构建系统使用者通常不具备 强大的开放接口开发能力， 本系 统提供了方便的云计算调用接口， 方便调用更大算力， 提高力场构建的速度； 以力场构建特点的图数据结构的形式来管理计 算任务， 全景化且直观； 提供对 力场构建计算结果的交互式分析方式， 方便快速定位计算异常， 且能支持自动 化处理分析任务。

发明的有益效果

有益效果

对附图的简要说明

附图说明

[0024] 图 1是本发明结构系统结构示意图；

[0025] 图 2是本发明应用不同分析场景条件的流程图；

[0026] 图 3是本发明使用手动分析场景的流程图；

[0027] 图 4是本发明使用自动分析场景的流程图；

[0028] 图 5是本发明应用于力场数据结构的计算任务管� �视图；

[0029] 图 6是本发明的计算结果交互式分析视图；

[0030] 图 7是本发明分子计算路径设置的示意图。

发明实施例

本发明的实施方式 [0031] 结合实施例说明本发明的具体技术方案。

[0032] 如图 1所示， 分子力场参数生成的计算任务管理分析系统， 包括计算结果分析 模块和计算任务管理模块， 计算结果分析模块与计算任务管理模块连接， 计算 任务管理模块通过云计算接口与力场构建计算 服务器连接。 所述的计算结果分 析模块包括交互式分析、 自定义分析、 自动化分析； 计算任务管理模块包括计 算任务提交、 图数据结构视图、 计算任务模板设置、 计算任务结果回收、 计算 路径设置； 计算任务结果回收与计算结果分析模块连接， 计算任务提交与云计 算接口连接。

[0033] 针对不同的使用场景， 本系统可以应用手动分析和自动化分析两种模 式， 其中 手动分析又分为交互式分析和自定义分析； 通常在需要进行大批量计算时应用 自动化分析； 在系统自带分析模板可以满足分析需要时使用 交互式分析； 需要 个性化分析时使用自定义分析， 如图 2所示。

[0034] 应用于手动分析的具体使用流程如图 3所示；

[0035] 应用于自动分析的具体使用流程如图 4所示；

[0036] 下面对图中的功能模块和流程进行说明。

[0037] 通常一次完成的分子力场的构建过程是需要多 次分步计算， 手动分析的使用流 程以其中一次典型的分子力场构建计算任务的 提交到分析为例。

[0038] 一般情况下会选择一批同类分子作为力场构建 拟合过程的输入， 输入后， 要完 成以下步骤：

[0039] ( 1) 选择分子力场构建计算模板

[0040] 对于不同类型的分子， 提交分子力场构建计算任务时会需要调整不同 的参数， 本系统能够根据输入的分子类型通过机器学习 的算法自动推荐计算参数， 同时 使用者也可以根据需要对参数进行调整， 以适应自身需求。

[0041] (2) 选择计算任务提交平台并提交计算

[0042] 本系统支持将计算任务提交到本地计算服务器 或集群、 超算中心、 云服务。 通 常力场构建工作者都是通过本地计算服务器或 超算中心来计算， 而随着云服务 的发展， 云服务显然可以提供更大的算力， 以提升构建速度。 但一般的科研机 构不具备对云服务的开放接口开发能力， 通过本系统可以克服该障碍。 [0043] (3) 回收计算结果

[0044] 本系统支持在计算任务完成后， 回收计算结果数据至本地， 同时处于安全考虑 ， 支持清除服务器或者云端的计算数据， 同时备份重要过程数据至本地。

[0045] 计算任务回收后， 会按照力场参数的图数据结构并以力场参数为 索引展示， 如 图 5

[0046] (4) 结果分析

[0047] (a) 交互式分析

[0048] 根据不同的计算模板， 系统会使用对应计算模板的交互式分析组件来 构建计算 结果的分析报告。 以常规的分子力场构建结果分析模式为例， 会包括分子力学 方法与量子力学方法计算出的能量、 力、 结构参数 (键长、 键角、 二面角、 反 常二面角等) 的比对。 利用交互式分析功能， 可以很快读取出离群异常点的所 有数据， 并快速定位到异常数据的分析图， 以某散点图的效果为例， 见图 6; 另 夕卜， 还可以通过一些计算函数来批量筛出离群异常 点。

[0049] (b) 自定义分析

[0050] 通常使用交互式分析自带的分析功能就足以满 足常规分析需求， 但也存在使用 者会需要分析其他数据的情况， 这时可以使用自定义分析功能来导入需要的数 据来进行分析。 由于计算任务提交的分子数据也是基于分子构 象的编号为主索 引的， 因此可以按照构象拿到每个构象的属性或者计 算结果。 自定义分析支持 多种图表类型， 除常见的散点图、 折线图、 柱状图、 饼图外， 还支持箱线图、 小提琴图等对偏差和分布敏感的图表， 帮助使用者更清晰地发现数据的问题。

[0051] 如果使用自动分析功能， 如图 4所示， 则可以通过计算路径和分析标准的设定 来连续自动执行， 具体步骤和相关的功能模块介绍如下：

[0052] A设置分子集合的计算路径

[0053] 本系统支持多任务并行提交， 需要提前设置好分子计算的路径。

[0054] 例如一批分子可能有 x个烷烃、 y个醇醛酮类、 z个含氮化合物。 需要先对 x个烷 烃进行三次拟合计算， 完成再同时对 y个醇醛酮类和 z个含氮化合物并行做三次拟 合计算。 这时的路径如图 7所示。

[0055] 需要在每一个路径上设置需要计算的分子、 计算任务的模板、 自动化分析的标 准。 其中自动化分析的标准用于判断当前任务的拟 合过程是否达到要求， 如果 达到要求则进行下一步计算； 如果未达到则中断进程并通知使用者重新设定 计 算条件。

[0056] B选择计算任务提交平台并提交计算

[0057] 同交互式分析。

[0058] C回收计算结果

[0059] 同交互式分析。

[0060] D自动化分析

[0061] 本系统在计算结果回收后， 由于之前设置了自动分析标准， 可以对任务计算结 果进行自动化分析， 并留存分析结果， 符合要求的则会继续计算直至完成。

[0062] 以一次完整的分子力场构建过程的情况为例来 说明效益。

[0063] 某机构科研人员计划用 10000个分子来构建一套新的分子力场。 其中计划分 100 次任务， 每次 100个分子进行力场拟合来构建力场。

[0064] 通过使用本系统， 该人员可以将 100次任务提前进行计算路径规划， 并利用系 统的自动匹配模板的功能快速设置计算模板， 然后提交到云上计算， 而如果使 用传统方式则需要分次提交 100次。 由于采用了自动化分析， 任务完成后可以直 接继续下一任务， 充分利用了空隙的时间； 另外云上算力更强大， 计算速度要 更快， 因此大大提升了分子力场的构建效率。

[0065] 当计算完成后， 可以在计算任务管理界面清晰地查看分子力场 的构建路径、 数 据结构和计算任务的分布以及总量， 能全景地了解此次分子力场构建的全局信 息。

[0066] 对于计算结果的交互式分析， 如图 6中， 可以直接查看任一点的相关信息和分 子构象， 还能帮助使用者计算使用了同类参数的其他构 象， 用于观察是否都有 异常； 还可以利用一些计算函数通过对某些值的计算 ， 快速筛出一批异常分子 ， 大大提高了使用者的效率。

[0067] 另外， 如有特殊的需要， 还可以使用自定义分析功能， 满足了使用者的个性化 需求。