重要性采样方法与自由能计算

来源：化学进展杂志2018年第7期北京时间：

作者：陈淏川, 付浩浩, 邵学广, 蔡文生

单位：1. 南开大学化学学院分析科学研究中心 天津市生物传感与分子识别重点实验室 天津化学化工协同创新中心 天津 300071;<br />\r\n2. 南开大学药物化学生物学国家重点实验室 天津 300071

摘要：分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而，由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内，体系很难跨越较高的自由能能垒，在相空间内的采样大大受限，采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径，重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法mdash;mdash;伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展，其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展mdash;mdash;扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法，并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后，讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景，并提出了对自适应偏置力方法可能的改进，如与加速分子动力学（aMD）或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。

关键词：分子动力学模拟,自由能计算,重要性采样,伞状采样,metadynamics,自适应偏置力,温度加速分子动力学

基金资助：国家自然科学基金项目（No.21373117，21773125）资助