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ABACUS+DPGEN+DeePMD+LAMMPS 铜掺杂铍晶体DP势函数拟合过程演示----初版教程
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ABACUS+DPGEN+DeePMD+LAMMPS 铜掺杂铍晶体DP势函数拟合过程演示----初版教程
ABACUS+DPGEN+DeePMD+LAMMPS 铜掺杂铍晶体DP势函数拟合过程演示----初版教程
用户5870用户5870
用户9833用户98332024年2月21日创建
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（ABACUS+DeePMD+DPGEN+LAMMPS）
作者：朱雪刚 邮箱:xuegangzhu@qq.com,手机：18831121620（同微信）； 工作单位：石家庄学院 理学院/北京科学智能研究院（AISI）访问学者2023.07-2024.09，访问导师北京大学陈默涵; 徐张满仓 邮箱: xuzhangmancang@dp.tech
截止2024.07.21录制视频教程已上传至Bohrium的课程《DeePMD应用案例讲解：铜原子掺杂铍晶体的机器学习势函数拟合过程演示》网址： https://bohrium.dp.tech/courses/1075495070?tab=courses 后续会在Bohrium平台更新
注意：后续的更新，大部分会在Bohrium课程平台进行，请看教程入门的同学加入课程进行学习；且录制的视频课程会把一些个人观点给加入，从个人观点来看比文字教程的内容更多
写教程内容讨论QQ群:143276924 DPGEN+ABACUS教程准备；
ABACUS软件的QQ群：759914681，群内有专职开发人员，目前ABACUS提问问题以github的issue为主，群内可作为辅助提问。
欢迎大家推广本教程，让更多的dp入门学习者有个参考，目前2024.09.16我联系的微信公众号推广是 lammps加油站的小马老师（我也报名了小马老师的一对一辅导）。当然也看到lammps爱好者在转发推广。感谢大家公众号的推广。
1.
研究前准备，研究背景调研、计算方法选择、相关软件安装等。2024.02.21
1.1
学习前提示：2024.02.23
教程可修改成VASP的使用，需要修改param.json和相关DFT计算的INPUT，param.json参考知乎文档：
《【DP-GEN教程】DP-GEN运行 无痛上手指南--LiSi晶体的DP势函数构建》，使用经验介绍，我有个博士室友想做DP势函数，然后我把手头有的param.json给他修改了一下，他准备了VASP的INPUT，再把machine.json中的ABACUS计算命令改成VASP的运行命令，提交后即可运行，单机运行，有4090显卡。
另外本教程的内容在网上基本都有，可参考一个Bohrium平台上的notebook文档总结教程《DeePMD 使用教程、科研案例、问题收集合集》另外一个可参考的是DeepMD的入门课程《DeePMD：从入门到精通》，以及哔哩哔哩上录制的相关视频或课程，特别是张与之和王一博等相关的课程《DeePMD基础培训》
Tips：该部分内容是我学习半年之后总结出来的相关内容，对于刚上手初学者，如果身边有使用使用相关软件的人，以向他们学习为主，会加快研究进程。例如我，真正快速在自己服务器上运行DPGEN是在贵州师范大学张为老师的帮助下，用两周走通了DPGEN拟合势函数的基本的流程，如果没有张老师帮助，自己找教程和看文档估计得几个月起步，主要是教程较少。同样如果你们身边没有其他会的人，那可参考本教程。本教程预期使用方法是先用本教程的方法走一遍你所研究的体系，大致走通之后，再仔细学习本教程内容以及其他相关教程资料。当然教程是否能达到预期目的，需要有相关学习者实践，并提出改进意见，相信经过多轮迭代是可以达到的。
我在入门软件之初，先学习Bohrium平台上共享的notebook从 《DFT 到 MD｜超详细「深度势能」材料计算上手指南》，用我的Be单晶体系把该流程走完，初次接触了python编程等也为后续完成相关项目增加了信心。后续在项目具体实施过程还参考刘建川的《ABACUS+DPGEN使用教程》。该网址是陈默涵老师主导的一个中文教程文档，初步入门的同学可以参考。傅方佳老师还给我知乎网上的教程，以及我花费两周时间看了知乎上的所有文章，后续也看了哔哩哔哩上的相关视频。这些教程现在在Bohrium的案例中有个总结文档建议初学者在上手时看一看《DeePMD 使用教程、科研案例、问题收集合集》
但后续实施过程也碰到了很多问题主要为：
1.
初始训练集准备不足，导致后续研究中途软件因各种原因终止，终止之后需要靠经验来修改相关DPGEN的参数文档，而这些经验目前网上比较零散，目前我是参考网络教程+咨询有经验的老师包括（贵州师范大学的张为老师、AISI+北京大学博士后傅方佳老师和胡太平老师等）。
2.
软件具体实施过程需要学习软件使用，我首先参考的是ABACUS、DPGEN的官方文档，但官方文档其实目前不适合新手入门。对于新手建议参考相关教程先上手，之后再有兴趣可回头学习软件的官方文档。
3.
开始DFT计算之前并无相关教程可参考，不知如何开始。例如：咨询北京大学刘裕之后，第一次写测试并完成脚本花费大约两周时间（我在前期跟着开发者解决ABACUS的issue时使用了bash脚本，再加以前看过鸟哥的私房菜那本书，因此还算有些基础），如果有相关教程或案例可能测试能缩短至三四天。
4.
使用个人服务器，缺少相关教程，在配置上碰到使用相同环境的贵州师范大学张为老师，他帮我解决很多初期问题，让我在两周内把服务器快速调整通过，之后才算正式开始后续的探索。
5.
DPGEN迭代过程具体分析方法在网上比较零散，我花费大约两周时间把知乎上的所有文章浏览一遍，最终确定有两三篇相关文档可用。后来发现Bohrium有个notebook把相关文档进行了整理《DeePMD 使用教程、科研案例、问题收集合集》 如果我先学习notebook相关文档，然后再回头看知乎可能会更节省时间，总体来说上手简单了，但还没达到初级教程的目的，对于具体研究仍然需要很多地方需要探索和注意。
6.
DPGEN迭代过程的具体设置和问题的处理（该部分内容我目前也正在学习，结合网上资料有个大概眉目，但感觉还是不够丝滑，主要是缺少相关的分析python脚本，目前主要是通过参考相关教程中的脚本，并咨询chatgpt来完成）
7.
按需筛选数据教程较少，目前我也没完成，应该是学习dpdata的手册来学会使用，如果有教程可能会降低初学者的使用时间。
1.2
研究背景2024.02.23
1.
铜掺杂铍晶体是该次研究的主要背景，实验上在局部做激光加热过程中，掺杂的铜会发生不均匀扩散。实验上观察到不均匀扩散主要出现在晶界，或缺陷处。进而导致铜掺杂分布不再均匀。因此需要探索有效的方法，研究铜扩散的主要原因，并提出阻止铜扩散的解决方案。
2.
分子动力学能从原子尺度解释铜扩散的原因，但目前势函数不够完善，而DP方法可解决该问题。
在做模拟之前都需要先熟悉研究背景，熟悉研究背景有利于确定研究方向，有利于后续的研究方案的设计和实施，进而节约总体的研究资源和时间。
1.3
研究方法--软件选择2024.02.23
根据研究背景，拟采用的机器学习势函数拟合铍掺杂铜的DP方法，需要使用DFT+MD以及机器学习势函数做研究。
1.3.1
DP方法主要过程：
1.
利用DFT计算获取准确的力和能量，并准备初始训练集（可使用DPGEN的init功能来完成）。
2.
利用训练集训练DP势函数（可通过DPGEN控制DP来完成，最好训练4个使用不同随机数的DP势函数）。
3.
通过DPGEN的迭代过程丰富训练集（可通过DPGEN控制DP+LAMMPS+ABACUS完成，主要是对比动力学一个结构在四个势函数下的受力偏差，如果偏差较大则需要补充数据集。初始训练集不够丰富，会导致DP势函数模拟结果比较差。此过程还需要对DP势函数进行准确性验证等）。
4.
利用LAMMPS和获取的DP势函数进行分子动力学模拟。
1.3.2
模拟过程中的软件选择
1.
DFT软件拟采用ABACUS，主要原因包括：开源，支持lcao基组可有效降低计算时间，国内开发者和维护人数较多，潜力很大。（其他软件还有VASP，CP2K，QE，Materials Studio等）
2.
机器学习势函数采用拟合DP的DeePMD-kit，DPGEN；主要原因目前来看国内的教程较多，相对来说上手容易。（另外国内做的比较好的还有GPUMD的nep，以及国外其他机器学习势函数例如VASP自带的机器学习势函数等）
3.
分子动力学模拟MD使用LAMMPS，主要原因：开源，功能强大。（其他动力学软件还有GPUMD，GROMACS，AMBER等）
1.4
软件安装2024.02.23（推荐使用Bohrium服务器）
1.4.1
Bohrium系统服务器计算2024.02.23
如果使用Bohrium平台进行计算，那软件安装过程可以省略，软件都是安装好的且教程比较多，具体使用可以咨询相关客服。
1.4.2
个人已有服务器2024.02.23
（后期打算录制个人服务器的安装过程视频，从系统安装开始到软件的运行截止。目前bilibili上有刘锦程的相关安装视频教程《DeePMD-kit和DP-GEN安装》，可关注“啦啦黑还黑”），目前通过conda安装软件是比较简单的。
如果有个人的服务器，且熟悉软件安装，或者身边有熟悉软件安装的同学或同事，那请他们帮忙可快速安装，主要过程为：