GROMACS
重要：始终先查看本地帮助
GROMACS 版本差异可能导致参数不同。务必先运行 gmx <command> -h 获取该命令最准确的参数信息。
GROMACS 是分子动力学模拟软件包，可模拟从几百到数百万粒子的系统。本技能提供 GROMACS 命令参考和工作流指南。
快速入门
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gmx --version
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获取帮助
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gmx <command> -h
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# 带版本号搜索
web_search: "site:manual.gromacs.org gmx <command> <version>"
# 示例: "site:manual.gromacs.org gmx rms 2024.3"
命令分类
| 分类 | 主要命令 | 说明 |
|---|
| 拓扑与结构 | pdb2gmx, editconf, solvate, insert-molecules, genrestr | 生成拓扑、定义盒子、添加溶剂 |
| 模拟设置 | grompp, mdrun | 生成运行文件、执行模拟 |
| 能量分析 | energy, eneconv, bar | 提取能量、自由能计算 |
| 轨迹分析 | rms, rmsf, gyrate, hbond, distance, angle, dihedral, cluster, mindist, sasa, principal, do_dssp | RMSD/RMSF、氢键、距离、二级结构等 |
| 结构分析 | covar, anaeig, mdmat, sham, order, rotacf, dielectric | PCA、距离矩阵、自由能景观 |
| 轨迹处理 | trjconv, trjcat, trjorder, dump | 格式转换、PBC 修正、轨迹拼接 |
| 索引与选择 | make_ndx, select, genion | 创建索引组、选择原子、添加离子 |
| 工具 | xpm2ps, x2top, check, wham, tune_pme | 格式转换、检查文件、WHAM 分析 |
完整命令说明请参阅 command-categories.md。
常用参数
输入输出
| 参数 | 说明 |
|---|
-f INPUT | 输入轨迹/结构文件 |
-s TOPOLOGY | 输入拓扑文件（.tpr） |
-n INDEX | 输入索引文件（.ndx） |
-o OUTPUT | 输出文件 |
-deffnm BASENAME | 默认文件名前缀 |
时间选择
| 参数 | 说明 |
|---|
-b TIME | 起始时间（ps） |
-e TIME | 结束时间（ps） |
-dt TIME | 时间步长（ps） |
轨迹处理
| 参数 | 说明 |
|---|
-pbc TYPE | PBC 处理（none, mol, atom, com, nojump） |
-center | 居中坐标 |
-fit TYPE | 拟合轨迹（none, rot+trans 等） |
性能参数
| 参数 | 说明 |
|---|
-nt NUMBER | 线程数 |
-ntomp NUMBER | OpenMP 线程数 |
-nb TYPE | 邻居搜索（cpu, gpu） |
完整参数说明请参阅 common-parameters.md。
如何使用 GROMACS 命令
核心原则：始终先查看本地帮助
# 查看命令帮助
gmx <command> -h
# 示例
gmx rms -h
gmx trjconv -h
gmx energy -h
本地帮助提供：
- 完整参数列表
- 默认值说明
- 输入/输出文件要求
- 使用示例
在线文档查询（本地帮助不够时）：
# 带版本号搜索官方文档
web_search: "site:manual.gromacs.org gmx <command> <version>"
# 示例: "site:manual.gromacs.org gmx rms 2024.3"
文件格式
输入格式
| 格式 | 说明 |
|---|
.pdb | Protein Data Bank 格式 |
.gro | GROMACS 坐标格式 |
.tpr | GROMACS 运行输入文件（拓扑+参数） |
.xtc | 压缩轨迹（有损，适合长模拟） |
.trr | 全精度轨迹 |
.ndx | 索引文件（原子组） |
.mdp | 分子动力学参数文件 |
.top | 拓扑文件 |
输出格式
| 格式 | 说明 |
|---|
.xvg | Grace/XVG 图表格式（时间序列数据） |
.xpm | 像素图格式（矩阵、热图） |
.edr | 能量文件（二进制） |
.log | 日志文件 |
.cpt | 检查点文件（用于续算） |
版本兼容性
不同 GROMACS 版本可能有参数差异：
.tpr 文件不兼容不同主版本- 升级版本后需重新生成
.tpr 文件
- 始终检查
.mdp 参数是否有效
- 版本差异请查询官方文档：
site:manual.gromacs.org <version>
与 DuIvyTools 配合
GROMACS 输出文件可使用 DuIvyTools 可视化：
- .xvg 文件：RMSD、RMSF、能量、氢键等时间序列数据
- .xpm 文件：DCCM、FEL、DSSP 等矩阵数据
使用 duivytools-skills 技能进行可视化：
# 可视化 RMSD
dit xvg_show -f rmsd.xvg -x "Time (ns)" -y "RMSD (nm)"
# 可视化 DCCM
dit xpm_show -f dccm.xpm -cmap coolwarm -zmin -1 -zmax 1
# 可视化自由能景观
dit xpm_show -f fel.xpm -m 3d -eg plotly
性能优化
并行执行
# OpenMP（多线程）
gmx mdrun -nt 4 -s topol.tpr -deffnm md
# MPI（多节点）
mpirun -np 4 gmx_mpi mdrun -s topol.tpr -deffnm md
# 混合 MPI+OpenMP
mpirun -np 2 gmx_mpi mdrun -ntomp 2 -s topol.tpr -deffnm md
GPU 加速
# GPU 用于非键相互作用
gmx mdrun -ntomp 4 -nb gpu -s topol.tpr -deffnm md
# GPU 用于更新
gmx mdrun -ntomp 4 -nb gpu -update gpu -s topol.tpr -deffnm md
常见问题
"Fatal error: No such group"：索引组未找到
- 解决方案：使用
make_ndx 创建正确的索引文件
"Fatal error: Domain decomposition error"：并行设置问题
"Fatal error: Number of coordinates does not match topology"：文件不匹配
最佳实践
- 使用前检查版本
- 优先使用本地帮助获取准确参数
- 大模拟前先在小系统测试
- 生产运行时监控能量守恒
- 修改前备份文件
- 记录所有参数以便复现
- 使用 DuIvyTools 进行可视化分析
重要安全提示
Production Run（生产运行）
Agent 不应主动执行 mdrun 生产运行。正确的做法是：
- 生成运行脚本（如
run.sh）供用户执行
- 脚本应包含完整的运行命令和参数
- 让用户在合适的计算环境中自行运行
示例脚本：
#!/bin/bash
# run_md.sh - 生产运行脚本
gmx mdrun -s md.tpr -deffnm md -ntomp 4 -nb gpu
Agent 可以执行的操作：
- ✅ 能量最小化（短时间）
- ✅ NVT/NPT 平衡（短时间）
- ✅ 分析命令（rms, rmsf, hbond 等）
- ✅ 轨迹处理（trjconv）
- ❌ 长时间生产运行（应由用户执行）
参考文档
相关资源
