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CONQUEST 第一性原理计算框架
无论是软件授权成本，还是时间成本，都比较高昂。对于想学习和实践第一性原理计算的小伙伴而言，当然也有比较节省的方式。 首先软件可以选用免费的开源第一性原理计算框架，比如说本文中即将介绍到的 CONQUEST，以及 ABINT，SMASH 和 QUANTUM ESPRESSO 等。 对于普通材料专业的学生来说，可能安装任意一个开源第一性原理计算框架都不是一件容易的事，毕竟有些软件所涉及到的依赖库配置确实比较麻烦。 东京大学物质科学团队为此将很多第一性原理计算软件安装在一个同一个虚拟机中，并在网上公开允许下载该虚拟机镜像。用户可以在 官网 获知有关下载信息，所支持的软件列表可以查看 这里。 CONQUEST 是一款基于局域轨道密度泛函理论的、能以出色的缩放比例进行大规模并行计算的第一性原理计算软件。它使用局部轨道来表示 Kohn-Sham 本征态或者密度矩阵。
1.1K40编辑于 2022-10-28 - 来自专栏模拟计算
VASP软件在第一性原理计算中的应用-测试GO
VASP软件在第一性原理计算中的应用VASP是由维也纳大学Hafner小组开发的一款功能强大的第一性原理计算软件，广泛应用于材料科学、凝聚态物理、化学和纳米技术等领域。VASP的核心功能与应用1. 电子结构计算VASP最突出的功能是进行高精度的电子结构计算，包括：能带结构计算：精确预测材料的电子能带结构，分析其导电性质态密度(DOS)分析：研究材料的电子态分布特征电荷密度分析：可视化电子在实空间的分布情况费米面计算 量子力学模拟作为基于量子力学的第一性原理计算软件，VASP能够：精确求解多体薛定谔方程采用平面波基组和赝势方法处理电子-离子相互作用实现杂化泛函计算，提高电子关联效应描述精度进行GW近似计算，获得更准确的准粒子能级支持自旋极化计算 分子动力学模拟VASP还具备强大的分子动力学模拟能力：第一性原理分子动力学(AIMD)：基于量子力学描述原子运动有限温度模拟：研究材料在非零温度下的动力学行为反应路径搜索：分析化学反应机制相变研究：模拟材料在不同条件下的相变过程缺陷动力学 ：研究点缺陷、位错等缺陷的动力学行为测试狗拥有VASP软件的正规商业版权授权
50700编辑于 2025-06-09 - 来自专栏模拟计算
第一性原理能带结构计算的原理、计算方法
第一性原理能带结构计算的原理、计算方法什么是能带结构计算？能带结构计算的原理与定义能带结构是固体物理学中描述电子在晶体中能量分布的核心概念。 第一性原理能带结构计算基于量子力学原理，从原子核和电子的基本相互作用出发，无需经验参数即可预测材料的电子性质。其理论基础主要包括密度泛函理论（DFT）和多体微扰理论（GW近似）。 能带结构计算方法与公式第一性原理能带计算主要基于密度泛函理论，具体计算步骤如下：首先进行自洽场（SCF）计算，获得基态电荷密度分布；然后在固定电荷密度下进行非自洽计算，沿高对称性k点路径求解本征能量。 主流第一性原理能带结构计算软件包括：VASP（Vienna Ab initio Simulation Package）：商业软件，功能最全面，采用PAW赝势，支持DFT、GW、BSE等方法，能带计算精度高 Gaussian：主要面向分子体系，可计算分子轨道能级，适合有机半导体和分子晶体能带研究。CP2K：开源软件，支持大规模并行计算，适合复杂体系和动力学模拟。
8910编辑于 2026-04-24 - 来自专栏模拟计算
第一性原理态密度分析的计算流程
第一性原理态密度分析的计算流程什么是态密度分析？态密度（Density of States，DOS）是描述固体中电子能量分布的基本物理量，定义为单位能量间隔内允许的电子量子态数目。 计算流程第一性原理态密度计算主要采用密度泛函理论框架，计算步骤如下：首先进行自洽计算，获得基态电荷密度；然后基于该电荷密度进行非自洽计算，采集所有k点的本征能量；最后对能量本征值进行展宽处理，统计能量轴上的态密度分布 态密度的计算公式可表示为：DOS(E) = (1/Nk) × Σk Σn δ(E - E_n(k))其中Nk为布里渊区k点数目，E_n(k)为第n个能带在k点的能量，δ函数通常采用高斯展宽或洛伦兹展宽近似处理 计算关键参数包括：展宽宽度（Gaussian width，通常取0.05-0.2 eV）、能量范围（需覆盖价带和导带）、k点网格密度（直接影响计算精度）。
8610编辑于 2026-04-23 - 来自专栏yeedomliu
第一性原理
这里的“第一原理 有一个最底层、最根基性的算法公式： 第一性原理+演绎法＝＝＞理性系统 依据已经给定的某个第一性原理，加上演绎法的推理方式，我们就可以把系统之内的其他所有命题推理出来。 换句话说，任何理性系统内部都是用演绎法来推论的，而推论必须建立在第一性原理之上 图1-1理性系统与第一性原理 第二章 公理化思维：人类理性思维的顶级智慧 有时候，逻辑推导过程比最终结果更重要。 创新“不破不立”，“破”的是系统得以形成的第一性原理，“立”的是新的第一性原理，这个方法就是破界创新 破界创新三部曲 重构的“基石假设”一定要比原有的第一性原理层次更深、强度更大，这决定了新系统的边界和强度 基石假设”——每个家庭都可以拥有一台计算机 建立全新系统——既然计算机应该进入家庭，那么计算机的所有相关要素都应在家庭使用的大前提下展开，如价格、软件、体积等。 ，使用演绎的方法直接定位到某种对企业发展有根源性促进作用的第一性原理，然后从第一性原理出发，推导出新的创新模型，最后我们就可以把这些模型应用到实际的工作中，去指导创新实践 查理·芒格的多元思维模型 作为一名经验丰富
1.1K40编辑于 2022-04-28 第一性原理
第一性原理的含义 第一性原理（First Principles Thinking）是一种解决问题的思维方式，最早由古希腊哲学家亚里士多德提出。 它指的是回归到最基本的原理或事实，而不是依赖于类比或传统智慧来解决问题。第一性原理思维要求人们从最基本的真理出发，重新构建问题的解决方案。 具体应用 在现代科技和商业领域，第一性原理思维被广泛应用。 例如，埃隆·马斯克在创办特斯拉时，采用了第一性原理思维，重新思考了汽车制造的成本结构，从而推出了价格更亲民的电动汽车。 在AI领域的应用 在人工智能领域，第一性原理思维同样重要。 但如果你采用第一性原理思维，你会回到语言学的基本原理，重新思考人类是如何理解和翻译语言的，然后基于这些基本原理设计全新的翻译算法。 第一性原理思维在人工智能领域同样重要。 第一性原理思维在人工智能领域的代码实现中起着重要的作用，它要求开发者从基本原理出发，重新审视和设计算法和代码逻辑，从而提高模型的效率和性能。
1.2K10编辑于 2025-08-29- 来自专栏仲儿的专栏
第一性原理计算框架 CONQUEST 的安装与测试
一、前言 随着计算机的计算能力和运行规模的不断提升，基于第一性原理计算理论的计算材料学科越来越得到重视。 无论是软件授权成本，还是时间成本，都比较高昂。对于想学习和实践第一性原理计算的小伙伴而言，当然也有比较节省的方式。 对于普通材料专业的学生来说，可能安装任意一个开源第一性原理计算框架都不是一件容易的事，毕竟有些软件所涉及到的依赖库配置确实比较麻烦。 东京大学物质科学团队为此将很多第一性原理计算软件安装在一个同一个虚拟机中，并在网上公开允许下载该虚拟机镜像。大家可以在 官网 获知有关下载信息，所支持的软件列表可以查看 这里。 CONQUEST 是一款基于局域轨道密度泛函理论的、能以出色的缩放比例进行大规模并行计算的第一性原理计算软件。它使用局部轨道来表示 Kohn-Sham 本征态或者密度矩阵。
2.4K72编辑于 2022-12-23 - 来自专栏可逆计算
最小信息表达：软件框架设计的第一性原理
这句看似简单的箴言，如同爱因斯坦的名言“凡事都应尽可能简单，但不能过于简单”，蕴含着成为软件框架设计“第一性原理”的巨大潜力。它是一把奥卡姆剃刀，帮助我们削去所有非必要的“实体”，直指问题核心。 二、第一性原理：统一最佳实践的底层逻辑真正的“第一性原理”应具有强大的生成性，能够推导或统一体系中的其他命题。最小信息表达原则正是如此，它为许多熟知的设计原则提供了统一的深层解释。 答案深藏在计算理论之中，并描绘了软件演进的必然轨迹。图灵完备性的深刻内涵，由通用图灵机 这一理论模型所揭示：它能够模拟任何可计算过程。 四、跨界共鸣：软件设计的最小作用量原理沿着最小信息表达的思路探索，会惊讶地发现它与物理学中最优美、最强大的原理之一——最小作用量原理，在思想结构上存在惊人共鸣。 七、原则的边界：在理想与现实之间权衡将最小信息表达作为第一性原理，不意味着它是唯一需要考虑的因素。
39910编辑于 2025-10-20 - 来自专栏测试GO材料测试
材料原子电荷计算的第一性原理方法有哪些？
第一性原理计算方法是通过求解薛定谔方程来模拟材料中的电子结构。在这种方法中，计算是从基本原理开始的，而不是从经验参数或实验数据开始的。 在第一性原理计算中，原子电荷可以通过计算从基态到激发态的能级差来获得。基态是一个原子或分子的最稳定状态，而激发态则是一个原子或分子的能量比基态更高的状态。 这些能级差可以通过计算原子或分子的能量、电子密度和电子波函数来获得。以下是一些常用的原子电荷计算方法。 1.密度泛函理论密度泛函理论（DFT）是一种非常流行的第一性原理计算方法，用于计算材料中的电子结构。在DFT中，原子电荷可以通过计算电子密度来获得。电子密度是描述在材料中每个点的电子数的函数。 MOT是基于分子中的电子波函数计算原子电荷的。MOT通过将原子的电子波函数组合成分子轨道，来计算分子的电子结构。原子电荷可以通过计算电子波函数的梯度来获得。
78710编辑于 2024-08-07 - 来自专栏模拟计算
第一性原理能带结构计算的应用场景与案例
第一性原理能带结构计算的应用场景与案例第一性原理能带计算广泛应用于材料研发各领域。 具体研究案例包括：通过能带计算预测TiO2掺杂N后的带隙收窄现象，解释可见光催化活性增强机制；计算钙钛矿CsPbI3的能带结构随晶格畸变的变化，揭示相变机理；通过能带工程设计Z型异质结光催化剂，提升光生电荷分离效率 典型案例能带计算结果可通过多种实验方法进行验证。 计算与实验的差异主要来源：DFT固有近似导致带隙低估；实验测量的是室温下的光学带隙，计算对应绝对零度；实际材料存在缺陷、应力等非理想因素；多体效应（如激子）在简单DFT中未考虑。 建议采用多种表征手段综合验证：结合UV-Vis、PL、XPS结果与计算值对比，分析差异原因；对于涉及光催化的应用，还需进行活性测试验证计算预测的性能。
7410编辑于 2026-04-24 第一性原理计算在汽车工业的应用综述
引言第一性原理计算，基于量子力学原理，通过求解薛定谔方程来预测材料的电子结构和相关性质。在汽车工业中，这种计算方法对于新材料的开发、性能优化、以及环境适应性设计具有重要的应用价值。 第一性原理计算被用于研究合金元素的电子结构和合金的稳定性。例如，通过计算Al-Li合金的弹性模量和屈服强度，研究者能够设计出更轻、更强的铝合金材料，用于汽车车身和发动机部件。2. 第一性原理计算有助于设计和优化催化剂的活性位点。例如，通过计算Pt基催化剂的电子结构，研究者能够预测其催化CO氧化的反应机理，从而开发出更高效的尾气处理催化剂。4. 第一性原理计算可以模拟涂层材料的原子结构和力学性质。例如，对金刚石类涂层的研究显示了其优异的硬度和耐磨性，为发动机活塞和曲轴的表面处理提供了新材料选择。 结论第一性原理计算为汽车工业的材料设计和性能优化提供了深入的理论基础。随着计算方法的发展和计算能力的提高，其在汽车工业中的应用将更加广泛和深入。
88110编辑于 2024-08-06- 来自专栏玉树芝兰
什么是第一性原理？
实质 “第一性原理”这个词儿被吹得神乎其神，似乎是威力无穷。 大家都知道了伊龙马斯克（Elon Musk）把这个原理用得好，可以把火箭发射成本降低到原先的几十甚至上百分之一。 ? 可是它到底是什么？ 这令人膜拜的“第一性原理”，不就是“解耦合”（decoupling）吗？ 协作 要搞清楚这个概念，咱们得先看看现代社会的大规模协作方式。 假设你是一名程序员，希望改进一款开源软件产品的功能。 为了更形象化一点，我拿来个计算机体系结构层级示意图。 ? 许多人弄不明白，既然搞IT的平时都鼓捣个计算机，为什么还得分成搞硬件的、搞架构的、搞通讯的、搞操作系统的、搞软件的、搞算法的、搞应用的？ 拥有第一性原理（解耦合）思维的人，不跟风、不盲从、不信权威，总要深入琢磨一个为什么。把社会当成一辆车，他们可以类比作刹车。 即便有了第一性原理（解耦合）的思维，你也不应该无时无刻都想着“使大招儿”。你玩儿电子游戏的时候，也不是这样操作吧？
2.5K00发布于 2018-08-22 - 来自专栏coderidea
什么是第一性原理？
下面，让我们深入了解第一性原理是什么，如何应用它，并通过一个实际案例来具体说明其价值。 什么是第一性原理？ 第一性原理，是指在任何一个知识体系中最基本、不可推导的命题或假设。 如何运用第一性原理？ 运用第一性原理的关键在于拆解问题到最基本的事实，然后基于这些事实重新思考和解决问题。这个过程包括以下几个步骤： 识别和质疑现有的假设：找出当前解决问题的假设，质疑它们的有效性。 应用第一性原理 质疑现有假设：马斯克质疑了传统汽车制造的成本和效率，特别是在电池技术方面。 拆解到基本原理：他深入研究电池的基本组成和成本，发现电池成本可以大幅降低。 结果：这种基于第一性原理的思考方式帮助特斯拉在电动汽车领域取得了革命性的进步，颠覆了整个行业。 结语 亲爱的朋友们，第一性原理是一种强大的思维工具，它激励我们超越传统和表象，深入问题的核心。 通过运用第一性原理，我们可以在各个领域实现创新和突破，无论是科技、商业还是个人成长。希望今天的分享能够激发大家的思考，让我们一起用第一性原理探索更多的可能性，创造更多的奇迹！
1.6K10编辑于 2023-12-11 - 来自专栏模拟计算
第一性原理态密度计算的意义和用途-测试GO
第一性原理态密度分析的意义和用途在探索材料微观世界时，态密度（Density of States, DOS）犹如一把精密的电子扫描器，揭示电子在材料中能量分布的关键密码。 基于量子力学基本原理，不依赖经验参数的第一性原理态密度计算，正成为理解材料特性本质、预测并设计新材料的有力工具。 定量分析材料的电子特性：DOS 是定量计算和深刻理解材料电子特性的基石，如费米能级位置、带隙存在与否及其大小、载流子有效质量等。 信息： 反映直到能量 E 为止的累积状态数，在计算电子总数时很有用。局域态密度（Local DOS, LDOS）：含义： 描述空间中某点附近的电子态分布。 第一性原理态密度分析通过计算并解读总态密度（TDOS）、投影态密度（PDOS）、局域态密度（LDOS）等关键数据，我们能精准定位材料的费米能级、精确计算带隙、深入解析复杂化学成键、揭示磁性微观机制、识别潜在的反应活性位点
66910编辑于 2025-07-24 - 来自专栏测试GO材料测试
基于第一性原理DFT密度泛函理论的计算项目盘点
随着计算机技术的不断发展，计算材料科学的方法也日益成熟。其中，基于第一性原理的密度泛函理论（DFT）计算方法，因其准确性、可靠性和高效性而广受欢迎。 本文将介绍基于DFT的密度泛函理论的计算项目，包括电子结构计算、材料的几何结构优化、反应路径计算以及材料的光学和磁学性质等方面的研究。 电子结构计算基于DFT的电子结构计算可以计算出材料的电子密度、能带结构和密度态密度等信息。这些信息对于材料的性质研究和设计具有重要意义。 反应路径计算反应路径计算可以帮助研究材料的化学反应过程，例如催化剂反应、电化学反应等。 随着计算机技术的不断进步和DFT方法的不断发展，我们可以期待更加准确和高效的计算结果，这将有助于更好地理解材料的性质和设计新型材料和器件。测试狗模拟计算
1K10编辑于 2024-08-07 - 来自专栏一个会写诗的程序员的博客
第一性原理 《禅与计算机程序设计艺术》 陈光剑
第一性原理 《禅与计算机程序设计艺术》 / 陈光剑 任何事物背后必有道理。 什麼是第一性原理 第一性原理（First Principle Thinking），指的是回歸事物最基本的條件，將其拆分成各要素進行解構分析，從而找到實現目標最優路徑的方法。 ? 第一性原理强调从最基础的公理和假设出发，演绎推理整个理论体系和模型。把它转化成公式就是： 第一性原理（公理或假设）+ 演绎推理 = 思想或学科体系。 图示如下： ? 举例说明： ? ? ? 所以，建立一个体系，要从第一性原理开始；而学习一个体系，更要从第一性原理开始，才能理论指导实践！ 埃隆·馬斯克与第一性原理 ? “鋼鐵俠”埃隆·馬斯克（特斯拉汽車CEO）。 第一性原理的思想方式是用物理學的角度看待世界，也就是說一層層撥開事物表象，看到裡面的本質，再從本質一層層往上走。” 這是他眼中的“第一性原理思維模型”——回溯事物的本質，重新思考怎麼做。 ?
1.6K30发布于 2021-04-20 - 来自专栏AI科技评论
首次用深度学习从第一性原理计算分子能量
DeepMind表示，FermiNet是第一个利用深度学习来从第一性原理计算原子和分子能量的尝试，并拥有足够的精确度。 如今，DeepMind想使用深度学习来解决化学和凝聚态物理中更实际的问题，这意味着在计算中会包括电子。 电子必须遵守泡利不相容原理，这意味着任意两个电子不能同时处于相同的状态。 因为电子是费米子，费米子包括了质子、中子、夸克、中微子等，它们都遵守泡利不相容原理。交换两个电子会使得总波函数乘以-1，如果两个电子的波函数是全同的，则总波函数将为0。 当电子1和2交换位置时，Slater行列式的其中两行交换，波函数乘以-1，从而保证遵守泡利不相容原理。 与基函数的线性组合相比，深度神经网络在表示复杂函数上通常效率更高。 自从去年DeepMind首次将工作放到arXiv以来，其他小组已经分享了他们将深度学习应用于多电子问题的第一性原理计算的方法。
1.3K10发布于 2020-11-06 - 来自专栏腾源会
什么是开源的「第一性原理」？
PART ONE 「开源」遇见「第一性原理」 第一性原理，First principle，维基百科的定义为：从基本的定律出发，不外加假设与经验拟合的推导与计算。 「第一性原理」自 2017 年特斯拉创始人马斯克在采访中提及后，在互联网和投资圈流行，也常被引申为「回溯事物本质，通过演绎法推导，最终得出结论」。 拿起「第一性原理」的放大镜，来重新观察「开源」，或许我们会有新的收获。PART TWO 开源的起源与本质 1. PART THREE 用第一性原理推导出「开源三定理」 基于上述 3 点，我们使用「第一性原理」推导出开源的三条定理：1、在开发者平均质量不降低的前提下，开发者数量越多，项目生命周期越长；集市相比与大教堂建造成本更低 PART FOUR 第一性原理分析得出的几点启示 1、中国开源力量崛起的必然性开源开发者的数量决定了开源生态的生命周期。
75830编辑于 2022-03-03 - 来自专栏云前端
状态管理中的第一性原理
第一性原理（The First Principle） 译注：第一性原理又称“第一原理”。其实是古希腊哲学家亚里士多德提出的一个哲学术语：“每个系统中存在一个最基本的命题，它不能被违背或删除。” 这是个非常简单的原理，但我想要探索其蕴含的一些涵义。 涵义 #1 如果数据只向下流动，那么数据所生存之处应该高于其被应用之处。 这包括了所有用到状态的地方。
69820发布于 2020-06-15 - 来自专栏AI机器思维
运用第一性原理理解智能
智能化的本质是一种“能力”，一种能让计算机学习和模拟人类的思维的能力。人类希望通过智能化以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，目的是模拟人的意识、思维的信息过程，从而服务人类，解放人类等。 图1-1智能化发展历程 艾伦·麦席森·图灵（英语：Alan Mathison Turing，1912年6月23日—1954年6月7日）：英国数学家、逻辑学家，被称为计算机科学之父，人工智能之父。 此外，图灵提出的著名的图灵机模型为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础。图1-2图灵本人。 ? 图灵对人工智能的发展提出了自己的建议：与其去研制模拟成人思维的计算机，不如去试着制造更简单，也许只相当于一个小孩智慧的人工智能系统，然后再让这个系统不断去学习——这种思路正是我们今天用机器学习来解决人工智能问题的核心指导思想 未来已来，随着互联网、移动互联网、物联网、大数据、云计算、区块链发展环境愈加成熟， IT信息系统愈加稳定可靠，科技对于行业的改变明显高于以往任何阶段，人工智能产业链的布局与商业逻辑本质进行重塑，并对智能化行业的未来发展方向产生深远影响
72420发布于 2019-09-24
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