Fitting reactive force fields using genetic algorithms

With reactive force fields it is possible to perform atomistic simulations that join the accuracy of quantum chemical treatments (including bond breaking and formation) with the ability to treat hundreds of thousands of atoms on time scales well into the nanosecond regime. To utilize this power in everyday applications requires (I) the assembly of a suitable reference data set of sufficient quality, and (II) a reliable fit of the huge and complex parameter set of a general reactive force field to these reference data. In this contribution, we show that genetic algorithms can be used to achieve goal (II). We discuss algorithm design and implementation aspects (including parallelization) and present an application to azobenzene as real-life example.

---

Przy pomocy pól sił reakcji możliwe jest przeprowadzenie symulacji atomowych, które łączą w sobie dokładność procesów chemii kwantowej (włączając zrywanie i tworzenie wiązań) oraz zdolność przetwarzania setek tysięcy atomów na skali czasowej w reżim nanosekundowy. Aby wykorzystać takie możliwości w powszechnych aplikacjach wymagane jest (I) zgromadzenie odpowiednich danych referencyjnych zapewniających niezawodną jakość, oraz (II) dopasowanie dużego i złożonego zestawu parametrów pola sił reakcji do tychże danych referencyjnych. W niniejszej pracy wykazujemy, że algorytmy genetyczne mogą być wykorzystane do osiągnięcia celu (II). Omówiony został wstępny algorytm oraz aspekty jego implementacji (w tym zrównoleglenie). Jako rzeczywisty przykład wykorzystania algorytmu przedstawiono jego zastosowanie w azobenzenie.