用于分子化学计算分析和记录的python api
pygauss的Python项目详细描述
文档：https://pygauss.readthedocs.org
conda发行版：https://binstar.org/cjs14/pygauss
项目：https://github.com/chrisjsewell/PyGauss
pygauss是一个交互式工具，用于支持 计算分子化学研究的生命周期。 从视觉和分析探索， 到文档和出版物。
最初的pygauss是为了检查一个或多个 Gaussian量子化学 计算，几何和电子。它建在 cclib/chemview/chemlab 包套件和python科学堆栈，因此应该是可扩展的 其他类型的计算化学分析。 pygauss主要用于 IPython Notebook。
如实例所示，分子优化可以被认为是 个人（很像 gaussview），但也作为 一群人的一部分。这样，此软件包的优点是：
- 更快、更高效的分析
- 可扩展分析
- 可重复分析
快速启动
OSX和Linux
建议使用pygauss来下载 Anaconda科学Python 分布（64位）。一旦下载，就可以创建一个新的环境 安装在终端和pygauss中：
conda create -n pg_env -c https://conda.binstar.org/cjs14 pygauss
窗口
当前没有pygauss conda可用于windows或 Chemlab，它有需要使用编译器构建的C扩展。 请参阅文档以获取指导。
示例评估
安装pygauss之后，您应该能够打开这个ipython 笔记本； https://github.com/chrisjsewell/PyGauss/blob/master/Example_Assessment.ipynb， 然后运行以下…
fromIPython.displayimportdisplay,Image%matplotlibinlineimportpygaussaspgprint'pygauss version: {}'.format(pg.__version__)
pygauss version: 0.6.0
测试文件夹中有许多高斯输出示例 和。
folder=pg.get_test_folder()len(folder.list_files())
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注意：无论使用本地 通过ssh的服务器上的路径或路径（使用 paramiko）：
folder = pg.Folder('/path/to/folder',
ssh_server='login.server.com',
ssh_username='username')
单分子分析
可以创建一个分子，其中包含关于初始几何结构的数据， 优化过程和最终配置分析。
mol=pg.molecule.Molecule(folder_obj=folder,init_fname='CJS1_emim-cl_B_init.com',opt_fname=['CJS1_emim-cl_B_6-311+g-d-p-_gd3bj_opt-modredundant_difrz.log','CJS1_emim-cl_B_6-311+g-d-p-_gd3bj_opt-modredundant_difrz_err.log','CJS1_emim-cl_B_6-311+g-d-p-_gd3bj_opt-modredundant_unfrz.log'],freq_fname='CJS1_emim-cl_B_6-311+g-d-p-_gd3bj_freq_unfrz.log',nbo_fname='CJS1_emim-cl_B_6-311+g-d-p-_gd3bj_pop-nbo-full-_unfrz.log',atom_groups={'emim':range(20),'cl':[20]},alignto=[3,2,1])
几何分析
分子可以静态地或交互地观察。
#mol.show_initial(active=True)vdw=mol.show_initial(represent='vdw',rotations=[[0,0,90],[-90,90,0]])ball_stick=mol.show_optimisation(represent='ball_stick',rotations=[[0,0,90],[-90,90,0]])display(vdw,ball_stick)
print'Cl optimised polar coords from aromatic ring : ({0}, {1},{2})'.format(*[round(i,2)foriinmol.calc_polar_coords_from_plane(20,3,2,1)])ax=mol.plot_opt_trajectory(20,[3,2,1])ax.set_title('Cl optimisation path')ax.get_figure().set_size_inches(4,3)
Cl optimised polar coords from aromatic ring : (0.11, -116.42,-170.06)
能量学和频率分析
print('Optimised? {0}, Conformer? {1}, Energy = {2} a.u.'.format(mol.is_optimised(),mol.is_conformer(),round(mol.get_opt_energy(units='hartree'),3)))ax=mol.plot_opt_energy(units='hartree')ax.get_figure().set_size_inches(3,2)ax=mol.plot_freq_analysis()ax.get_figure().set_size_inches(4,2)
Optimised? True, Conformer? True, Energy = -805.105 a.u.
几何构型的势能扫描分析…
mol2=pg.molecule.Molecule(folder_obj=folder,alignto=[3,2,1],pes_fname=['CJS_emim_6311_plus_d3_scan.log','CJS_emim_6311_plus_d3_scan_bck.log'])ax=mol2.plot_pes_scans([1,4,9,10],rotation=[0,0,90],img_pos='local_maxs',zoom=0.5)ax.set_title('Ethyl chain rotational conformer analysis')ax.get_figure().set_size_inches(7,3)
部分电荷分析
使用自然键轨道（nbo）分析
print'+ve charge centre polar coords from aromatic ring: ({0} {1},{2})'.format(*[round(i,2)foriinmol.calc_nbo_charge_center(3,2,1)])display(mol.show_nbo_charges(represent='ball_stick',axis_length=0.4,rotations=[[0,0,90],[-90,90,0]]))
+ve charge centre polar coords from aromatic ring: (0.02 -51.77,-33.15)
状态密度分析
print'Number of Orbitals: {}'.format(mol.get_orbital_count())homo,lumo=mol.get_orbital_homo_lumo()homoe,lumoe=mol.get_orbital_energies([homo,lumo])print'HOMO at {} eV'.format(homoe)print'LUMO at {} eV'.format(lumoe)
Number of Orbitals: 272
HOMO at -4.91492036773 eV
LUMO at -1.85989816817 eV
ax=mol.plot_dos(per_energy=1,lbound=-20,ubound=10,legend_size=12)
键合分析
用二阶微扰理论。
print'H inter-bond energy = {} kJmol-1'.format(mol.calc_hbond_energy(eunits='kJmol-1',atom_groups=['emim','cl']))print'Other inter-bond energy = {} kJmol-1'.format(mol.calc_sopt_energy(eunits='kJmol-1',no_hbonds=True,atom_groups=['emim','cl']))display(mol.show_sopt_bonds(min_energy=1,eunits='kJmol-1',atom_groups=['emim','cl'],no_hbonds=True,rotations=[[0,0,90]]))display(mol.show_hbond_analysis(cutoff_energy=5.,alpha=0.6,atom_groups=['emim','cl'],rotations=[[0,0,90],[90,0,0]]))
H inter-bond energy = 111.7128 kJmol-1 Other inter-bond energy = 11.00392 kJmol-1
多计算分析
多重计算，例如不同的起始构象， 可以分组到一个analysis类中，并集体进行分析。
analysis=pg.Analysis(folder_obj=folder)errors=analysis.add_runs(headers=['Cation','Anion','Initial'],values=[['emim'],['cl'],['B','BE','BM','F','FE']],init_pattern='*{0}-{1}_{2}_init.com',opt_pattern='*{0}-{1}_{2}_6-311+g-d-p-_gd3bj_opt*unfrz.log',freq_pattern='*{0}-{1}_{2}_6-311+g-d-p-_gd3bj_freq*.log',nbo_pattern='*{0}-{1}_{2}_6-311+g-d-p-_gd3bj_pop-nbo-full-*.log',alignto=[3,2,1],atom_groups={'emim':range(1,20),'cl':[20]},ipython_print=True)
Reading data 5 of 5
分子比较
fig,caption=analysis.plot_mol_images(mtype='optimised',max_cols=3,info_columns=['Cation','Anion','Initial'],rotations=[[0,0,90]])printcaption
(A) emim, cl, B, (B) emim, cl, BE, (C) emim, cl, BM, (D) emim, cl, F, (E) emim, cl, FE
数据比较
fig,caption=analysis.plot_mol_graphs(gtype='dos',max_cols=3,lbound=-20,ubound=10,legend_size=0,band_gap_value=False,info_columns=['Cation','Anion','Initial'])printcaption
(A) emim, cl, B, (B) emim, cl, BE, (C) emim, cl, BM, (D) emim, cl, F, (E) emim, cl, FE
所述的间接分子方法可应用于所有或 这些计算的一个子集。
analysis.add_mol_property_subset('Opt','is_optimised',rows=[2,3])analysis.add_mol_property('Energy (au)','get_opt_energy',units='hartree')analysis.add_mol_property('Cation chain, $\\psi$','calc_dihedral_angle',[1,4,9,10])analysis.add_mol_property('Cation Charge','calc_nbo_charge','emim')analysis.add_mol_property('Anion Charge','calc_nbo_charge','cl')analysis.add_mol_property(['Anion-Cation, $r$','Anion-Cation, $\\theta$','Anion-Cation, $\\phi$'],'calc_polar_coords_from_plane',3,2,1,20)analysis.add_mol_property('Anion-Cation h-bond','calc_hbond_energy',eunits='kJmol-1',atom_groups=['emim','cl'])analysis.get_table(row_index=['Anion','Cation','Initial'],column_index=['Cation','Anion','Anion-Cation'])
还有一个选项（要求 pdflatex和 ghostscript+imagemagik） 将表输出为乳胶格式的图像。
analysis.get_table(row_index=['Anion','Cation','Initial'],column_index=['Cation','Anion','Anion-Cation'],as_image=True,font_size=12)
多变量分析
radviz是一种可视化多变量数据的方法。
ax=analysis.plot_radviz_comparison('Anion',columns=range(4,10))
kmeans算法通过尝试将样本分为n个来聚类数据。 等方差组。
pg.utils.imgplot_kmean_groups(analysis,'Anion','cl',4,range(4,10),output=['Initial'],mtype='optimised',rotations=[[0,0,90],[-90,90,0]],axis_length=0.3)
(A) BM
(A) FE
(A) B, (B) BE
(A) F
文档（MS Word）
在分析了计算结果后，有理由希望 记录我们的一些发现。这可以通过输出 通过文件夹对象的单个图形或表图像。
file_path=folder.save_ipyimg(vdw,'image_of_molecule')Image(file_path)
但你也可能想要更全面地记录你的分析， 这里是python-docx 介入。在这个包的基础上，pygauss msdocument类可以 生成分析的完整文档。
importmatplotlib.pyplotaspltd=pg.MSDocument()d.add_heading('A Pygauss Example Assessment',level=0)d.add_docstring(""" # Introduction We have looked at the following aspects of [EMIM]^{+}[Cl]^{-} (C_{6}H_{11}ClN_{2}); - Geometric conformers - Electronic structure # Geometric Conformers """)fig,caption=analysis.plot_mol_images(max_cols=2,rotations=[[90,0,0],[0,0,90]],info_columns=['Anion','Cation','Initial'])d.add_mpl(fig,dpi=96,height=9,caption=caption)plt.close()d.add_paragraph()df=analysis.get_table(columns=['Anion Charge','Cation Charge'],row_index=['Anion','Cation','Initial'])d.add_dataframe(df,incl_indx=True,style='Medium Shading 1 Accent 1',caption='Analysis of Conformer Charge')d.add_docstring(""" # Molecular Orbital Analysis ## Density of States It is **important** to *emphasise* that the computations have only been run in the gas phase. """)fig,caption=analysis.plot_mol_graphs(gtype='dos',max_cols=3,lbound=-20,ubound=10,legend_size=0,band_gap_value=False,info_columns=['Cation','Anion','Initial'])d.add_mpl(fig,dpi=96,height=9,caption=caption)plt.close()d.save('exmpl_assess.docx')
这给了我们以下信息：
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