Understanding Molecular Simulation

From Algorithms to Applications

Author: Daan Frenkel,Berend Smit

Publisher: Elsevier

ISBN: 9780080519982

Category: Science

Page: 664

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Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications explains the physics behind the "recipes" of molecular simulation for materials science. Computer simulators are continuously confronted with questions concerning the choice of a particular technique for a given application. A wide variety of tools exist, so the choice of technique requires a good understanding of the basic principles. More importantly, such understanding may greatly improve the efficiency of a simulation program. The implementation of simulation methods is illustrated in pseudocodes and their practical use in the case studies used in the text. Since the first edition only five years ago, the simulation world has changed significantly -- current techniques have matured and new ones have appeared. This new edition deals with these new developments; in particular, there are sections on: · Transition path sampling and diffusive barrier crossing to simulaterare events · Dissipative particle dynamic as a course-grained simulation technique · Novel schemes to compute the long-ranged forces · Hamiltonian and non-Hamiltonian dynamics in the context constant-temperature and constant-pressure molecular dynamics simulations · Multiple-time step algorithms as an alternative for constraints · Defects in solids · The pruned-enriched Rosenbluth sampling, recoil-growth, and concerted rotations for complex molecules · Parallel tempering for glassy Hamiltonians Examples are included that highlight current applications and the codes of case studies are available on the World Wide Web. Several new examples have been added since the first edition to illustrate recent applications. Questions are included in this new edition. No prior knowledge of computer simulation is assumed.

Industrial Applications of Molecular Simulations

Author: Marc Meunier

Publisher: CRC Press

ISBN: 1439861021

Category: Science

Page: 421

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The field of quantum and molecular simulations has experienced strong growth since the time of the early software packages. A recent study, showed a large increase in the number of people publishing papers based on ab initio methods from about 3,000 in 1991 to roughly 20,000 in 2009, with particularly strong growth in East Asia. Looking to the future, the question remains as to how these methods can be further integrated into the R&D value chain, bridging the gap from engineering to manufacturing. Using successful case studies as a framework, Industrial Applications of Molecular Simulations demonstrates the capability of molecular modeling to tackle problems of industrial relevance. This book presents a wide range of various modeling techniques, including methods based on quantum or classical mechanics, molecular dynamics, Monte Carlo simulations, etc. It also explores a wide range of materials, from soft materials such as polymeric blends widely used in the chemical industry to hard or inorganic materials such as glasses and alumina. Features Demonstrates how modeling can solve everyday problems for scientists in industry Provides a broad overview of theoretical approaches Presents a wide range of applications in areas such as materials research, catalysis, pharmaceutical development and electronics Emphasizes the relationship between theory and experiments

Multiscale Approaches to Protein Modeling

Author: Andrzej Kolinski

Publisher: Springer Science & Business Media

ISBN: 9781441968890

Category: Science

Page: 355

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The book gives a comprehensive review of the most advanced multiscale methods for protein structure prediction, computational studies of protein dynamics, folding mechanisms and macromolecular interactions. It approaches span a wide range of the levels of coarse-grained representations, various sampling techniques and variety of applications to biomedical and biophysical problems. This book is intended to be used as a reference book for those who are just beginning their adventure with biomacromolecular modeling but also as a valuable source of detailed information for those who are already experts in the field of biomacromolecular modeling and in related areas of computational biology or biophysics.

Chemical Modelling

Applications and Theory

Author: Michael Springborg

Publisher: Royal Society of Chemistry

ISBN: 1847550754

Category: Reference

Page: 352

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Chemical Modelling: Applications and Theory comprises critical literature reviews of molecular modelling, both theoretical and applied. Molecular modelling in this context refers to modelling the structure, properties and reactions of atoms, molecules and materials. Each chapter is compiled by experts in their fields and provides a selective review of recent literature, incorporating sufficient historical perspectives for the non-specialist to gain an understanding.

Algorithmen - Eine Einführung

Author: Thomas H. Cormen,Charles E. Leiserson,Ronald Rivest,Clifford Stein

Publisher: Walter de Gruyter GmbH & Co KG

ISBN: 3110522012

Category: Computers

Page: 1339

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Der "Cormen" bietet eine umfassende und vielseitige Einführung in das moderne Studium von Algorithmen. Es stellt viele Algorithmen Schritt für Schritt vor, behandelt sie detailliert und macht deren Entwurf und deren Analyse allen Leserschichten zugänglich. Sorgfältige Erklärungen zur notwendigen Mathematik helfen, die Analyse der Algorithmen zu verstehen. Den Autoren ist es dabei geglückt, Erklärungen elementar zu halten, ohne auf Tiefe oder mathematische Exaktheit zu verzichten. Jedes der weitgehend eigenständig gestalteten Kapitel stellt einen Algorithmus, eine Entwurfstechnik, ein Anwendungsgebiet oder ein verwandtes Thema vor. Algorithmen werden beschrieben und in Pseudocode entworfen, der für jeden lesbar sein sollte, der schon selbst ein wenig programmiert hat. Zahlreiche Abbildungen verdeutlichen, wie die Algorithmen arbeiten. Ebenfalls angesprochen werden Belange der Implementierung und andere technische Fragen, wobei, da Effizienz als Entwurfskriterium betont wird, die Ausführungen eine sorgfältige Analyse der Laufzeiten der Programme mit ein schließen. Über 1000 Übungen und Problemstellungen und ein umfangreiches Quellen- und Literaturverzeichnis komplettieren das Lehrbuch, dass durch das ganze Studium, aber auch noch danach als mathematisches Nachschlagewerk oder als technisches Handbuch nützlich ist. Für die dritte Auflage wurde das gesamte Buch aktualisiert. Die Änderungen sind vielfältig und umfassen insbesondere neue Kapitel, überarbeiteten Pseudocode, didaktische Verbesserungen und einen lebhafteren Schreibstil. So wurden etwa - neue Kapitel zu van-Emde-Boas-Bäume und mehrfädigen (engl.: multithreaded) Algorithmen aufgenommen, - das Kapitel zu Rekursionsgleichungen überarbeitet, sodass es nunmehr die Teile-und-Beherrsche-Methode besser abdeckt, - die Betrachtungen zu dynamischer Programmierung und Greedy-Algorithmen überarbeitet; Memoisation und der Begriff des Teilproblem-Graphen als eine Möglichkeit, die Laufzeit eines auf dynamischer Programmierung beruhender Algorithmus zu verstehen, werden eingeführt. - 100 neue Übungsaufgaben und 28 neue Problemstellungen ergänzt. Umfangreiches Dozentenmaterial (auf englisch) ist über die Website des US-Verlags verfügbar.

Numerische Simulation in der Moleküldynamik

Numerik, Algorithmen, Parallelisierung, Anwendungen

Author: Michael Griebel,Stephan Knapek,Gerhard Zumbusch,Attila Caglar

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 364218779X

Category: Mathematics

Page: 480

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Das Buch behandelt Methoden des wissenschaftlichen Rechnens in der Moleküldynamik, einem Bereich, der in vielen Anwendungen der Chemie, der Biowissenschaften, der Materialwissenschaften, insbesondere der Nanotechnologie, sowie der Astrophysik eine wichtige Rolle spielt. Es führt in die wichtigsten Simulationstechniken zur numerischen Behandlung der Newtonschen Bewegungsgleichungen ein. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der schnellen Auswertung kurz- und langreichweitiger Kräfte mittels Linked Cell-, P$/\3$M-, Baum- und Multipol-Verfahren, sowie deren paralleler Implementierung und Lastbalancierung auf Rechensystemen mit verteiltem Speicher. Die einzelnen Kapitel beinhalten darüberhinaus detailierte Hinweise, um die Verfahren Schritt für Schritt in ein Programmpaket umzusetzen. In zahlreichen farbigen Abbildungen werden Simulationsergebnisse für eine Reihe von Anwendungen präsentiert.

Numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen

Author: Christian Großmann,Hans-Görg Roos

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 9783519220893

Category: Mathematics

Page: 572

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Mathematiker, Naturwissenschaftler und Ingenieure erhalten mit diesem Lehrbuch eine Einführung in die numerische Behandlung partieller Differentialgleichungen. Diskutiert werden die grundlegenden Verfahren - Finite Differenzen, Finite Volumen und Finite Elemente - für die wesentlichen Typen partieller Differentialgleichungen: elliptische, parabolische und hyperbolische Gleichungen. Einbezogen werden auch moderne Methoden zur Lösung der diskreten Probleme. Hinweise auf aktuelle Software sowie zahlreiche Beispiele und Übungsaufgaben runden diese Einführung ab.

Kristallplastizität

Mit Besonderer Berücksichtigung der Metalle

Author: Erich Schmid,Walter Boas

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3662345323

Category: Technology & Engineering

Page: 373

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Dieser Buchtitel ist Teil des Digitalisierungsprojekts Springer Book Archives mit Publikationen, die seit den Anfängen des Verlags von 1842 erschienen sind. Der Verlag stellt mit diesem Archiv Quellen für die historische wie auch die disziplingeschichtliche Forschung zur Verfügung, die jeweils im historischen Kontext betrachtet werden müssen. Dieser Titel erschien in der Zeit vor 1945 und wird daher in seiner zeittypischen politisch-ideologischen Ausrichtung vom Verlag nicht beworben.

Angewandte Mathematik: Body and Soul

Band 2: Integrale und Geometrie in IRn

Author: Kenneth Eriksson,Donald Estep,Claes Johnson

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3540269509

Category: Mathematics

Page: 362

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"Angewandte Mathematik: Body & Soul" ist ein neuer Grundkurs in der Mathematikausbildung für Studienanfänger in den Naturwissenschaften, der Technik, und der Mathematik, der an der Chalmers Tekniska Högskola in Göteborg entwickelt wurde. Er besteht aus drei Bänden sowie Computer-Software. Das Projekt ist begründet in der Computerrevolution, die ihrerseits völlig neue Möglichkeiten des wissenschaftlichen Rechnens in der Mathematik, den Naturwissenschaften und im Ingenieurwesen eröffnet hat. Es besteht aus einer Synthese der mathematischen Analysis (Soul) mit der numerischen Berechnung (Body) sowie den Anwendungen. Die Bände I-III geben eine moderne Version der Analysis und der linearen Algebra wieder, einschließlich konstruktiver numerischer Techniken und Anwendungen, zugeschnitten auf Anfängerprogramme im Maschinenbau und den Naturwissenschaften. Weitere Bände behandeln Themen wie z.B. dynamische Systeme, Strömungsdynamik, Festkörpermechanik und Elektromagnetismus. Dieser Band entwickelt das Riemann-Integral, um eine Funktion zu einer gegebenen Ableitung zu bestimmen. Darauf aufbauend werden Differentialgleichungen und Anfangswertprobleme mit einer Vielzahl anschaulicher Anwendungen behandelt. Die lineare Algebra wird auf n-dimensionale Räume verallgemeinert, wobei wiederum dem praktischen Umgang und numerischen Lösungstechniken besonderer Platz eingeräumt wird. Die Autoren sind führende Experten im Gebiet des wissenschaftlichen Rechnens und haben schon mehrere erfolgreiche Bücher geschrieben. "[......] Oh, by the way, I suggest immediate purchase of all three volumes!" The Mathematical Association of America Online, 7.7.04

Die Stratosphäre

Phänomene, Geschichte, Relevanz

Author: Karin Labitzke

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642599893

Category: Science

Page: 178

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In diesem Buch wird einerseits die spannende Entdeckung der Stratosphäre selbst und verschiedener unerwarteter Phänomene in der Stratosphäre beschrieben: ein bemannter Ballonflug im Jahr 1901 bis in 11 km Höhe; eine Expedition zum Victoriasee im Jahr 1908; die Entdeckung der Ozonschicht um 1930, des "Berliner Phänomens" im Jahr 1952, des Einflusses von Vulkaneruptionen im Jahr 1982, des Ozonlochs im Jahr 1985 und des Einflusses der Sonnenaktivität im Jahr 1987. Andererseits wird gezeigt, wie diese Erscheinungen miteinander verknüpft sind und wie sie anthropogene und natürliche Schwankungen in unserem Klimasystem verursachen. Am Beispiel der Stratosphäre soll das Buch zum Verständnis der Erforschung komplizierter Zusammenhänge in der Natur beitragen.

Gewöhnliche Differentialgleichungen

Author: Vladimir I. Arnold

Publisher: Springer-Verlag

ISBN: 3642564801

Category: Mathematics

Page: 344

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nen (die fast unverändert in moderne Lehrbücher der Analysis übernommen wurde) ermöglichten ihm nach seinen eigenen Worten, "in einer halben Vier telstunde" die Flächen beliebiger Figuren zu vergleichen. Newton zeigte, daß die Koeffizienten seiner Reihen proportional zu den sukzessiven Ableitungen der Funktion sind, doch ging er darauf nicht weiter ein, da er zu Recht meinte, daß die Rechnungen in der Analysis bequemer auszuführen sind, wenn man nicht mit höheren Ableitungen arbeitet, sondern die ersten Glieder der Reihenentwicklung ausrechnet. Für Newton diente der Zusammenhang zwischen den Koeffizienten der Reihe und den Ableitungen eher dazu, die Ableitungen zu berechnen als die Reihe aufzustellen. Eine von Newtons wichtigsten Leistungen war seine Theorie des Sonnensy stems, die in den "Mathematischen Prinzipien der Naturlehre" ("Principia") ohne Verwendung der mathematischen Analysis dargestellt ist. Allgemein wird angenommen, daß Newton das allgemeine Gravitationsgesetz mit Hilfe seiner Analysis entdeckt habe. Tatsächlich hat Newton (1680) lediglich be wiesen, daß die Bahnkurven in einem Anziehungsfeld Ellipsen sind, wenn die Anziehungskraft invers proportional zum Abstandsquadrat ist: Auf das Ge setz selbst wurde Newton von Hooke (1635-1703) hingewiesen (vgl. § 8) und es scheint, daß es noch von weiteren Forschern vermutet wurde.

Moderne Traditionen

Zeitgenössische Architektur in Indien

Author: Klaus-Peter Gast

Publisher: Walter de Gruyter

ISBN: 3764381957

Category: Architecture

Page: 128

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In der Einleitung stellt das Buch die Entstehung der modernen Architektur in Indien seit der Unabhängigkeit 1947 dar. Der Hauptteil beschreibt die wichtigen Tendenzen in der zeitgenössischen indischen Architektur in thematischen Kapiteln, denen jeweils gebaute Beispiele zugeordnet sind. Neben der neuen jungen Generation von indischen Architekten findet auch die erste Generation nach der Unabhängigkeit Berücksichtigung.