gromacs-skills

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GROMACS 分子动力学模拟软件命令参考。当 Agent 需要执行 GROMACS 命令但不清楚用法时调用。功能覆盖：(1) 拓扑与结构处理 - pdb2gmx、editconf、solvate、insert-molecules、genrestr；(2) 模拟设置与运行 - grompp、mdrun；(3) 轨迹处理 - trjconv（PBC修正、格式转换）、trjcat（轨迹拼接）；(4) 能量分析 - energy、eneconv、bar；(5) 轨迹分析 - rms、rmsf、gyrate、hbond、distance、angle、dihedral、sasa、cluster、mindist；(6) 结构分析 - covar、anaeig（PCA）、mdmat、sham（FEL）；(7) 索引与选择 - make_ndx、select、genion；(8) 工具 - xpm2ps、check、wham。强调优先使用 gmx <command> -h 查看本地帮助。

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

检查版本

gmx --version

记录版本号以便查阅对应文档。

获取帮助

优先级 1：本地帮助（最快、版本匹配）

gmx <command> -h

优先级 2：在线文档（详细、官方）

# 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

• 解决方案：调整 MPI 进程数或域分解参数

"Fatal error: Number of coordinates does not match topology"：文件不匹配

• 解决方案：重新生成拓扑或坐标文件

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

• command-categories.md - 完整命令列表和说明
• common-parameters.md - 常用参数详解

相关资源

• 官方文档: https://manual.gromacs.org/
• GitHub: https://github.com/gromacs/gromacs
• 用户论坛: https://gromacs.bioexcel.eu/
• 教程: http://www.mdtutorials.com/gmx/
• 引用: Abraham et al., SoftwareX 1-2, 19-25 (2015)