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Weighted least square analysis method for free energy calculations
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2018-10-30 , DOI: 10.1002/jcc.25580 Dan Hu 1 , Xiaoqing Guan 2 , Yukun Wang 2
Journal of Computational Chemistry ( IF 3.4 ) Pub Date : 2018-10-30 , DOI: 10.1002/jcc.25580 Dan Hu 1 , Xiaoqing Guan 2 , Yukun Wang 2
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Free energy calculation is an efficient way for studying rare event dynamics. For a complex rare event dynamics, multiple reaction coordinates may be required to describe the transition path between equilibrium states. Theoretically, a one‐dimensional sampling along the transition path can provide sufficient information to calculate the potential of mean force (PMF) along the transition path. In the widely used free energy analysis method Wham, the sample data are divided into a series of bins to calculate PMF. However, bin segmentation in Wham is coupled with the umbrella potentials applied in each window, because each umbrella potential is assumed to have a close value for all sample points in each bin. This coupling makes it difficult to perform one‐dimensional bin segmentation along the transition path when multivariable umbrella potentials are used in sampling. Here, we develop a weighted least square analysis method (Welsam) to take the place of Wham for free energy analysis. In the new method Welsam, bin segmentation is decoupled from application of umbrella potentials. As a result, it becomes very convenient to perform one‐dimensional bin segmentation and calculate one‐dimensional PMF along the transition path. Our simulation results suggest that Welsam has a comparable statistical error with Wham. Furthermore, Welsam can be used to reduce waste of sample data obtained during exploration of reaction coordinates. © 2018 Wiley Periodicals, Inc.
中文翻译：
用于自由能计算的加权最小二乘分析方法
自由能计算是研究稀有事件动力学的有效方法。对于复杂的稀有事件动力学，可能需要多个反应坐标来描述平衡状态之间的过渡路径。理论上，沿过渡路径的一维采样可以提供足够的信息来计算沿过渡路径的平均力 (PMF) 的潜力。在广泛使用的自由能分析方法 Wham 中，将样本数据分成一系列 bin 来计算 PMF。然而，Wham 中的 bin 分割与在每个窗口中应用的伞势耦合，因为假设每个伞势对于每个 bin 中的所有样本点都具有接近的值。当在采样中使用多变量伞势时，这种耦合使得沿着过渡路径执行一维 bin 分割变得困难。在这里，我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc.
更新日期：2018-10-30
中文翻译：
用于自由能计算的加权最小二乘分析方法
自由能计算是研究稀有事件动力学的有效方法。对于复杂的稀有事件动力学，可能需要多个反应坐标来描述平衡状态之间的过渡路径。理论上，沿过渡路径的一维采样可以提供足够的信息来计算沿过渡路径的平均力 (PMF) 的潜力。在广泛使用的自由能分析方法 Wham 中，将样本数据分成一系列 bin 来计算 PMF。然而，Wham 中的 bin 分割与在每个窗口中应用的伞势耦合，因为假设每个伞势对于每个 bin 中的所有样本点都具有接近的值。当在采样中使用多变量伞势时，这种耦合使得沿着过渡路径执行一维 bin 分割变得困难。在这里，我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 我们开发了一种加权最小二乘分析方法 (Welsam) 来代替 Wham 进行自由能分析。在新方法 Welsam 中，bin 分割与伞势的应用分离。因此，沿过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc. 沿着过渡路径执行一维 bin 分割和计算一维 PMF 变得非常方便。我们的模拟结果表明，Welsam 与 Wham 具有可比的统计误差。此外，Welsam 可用于减少在探索反应坐标期间获得的样品数据的浪费。© 2018 Wiley Periodicals, Inc.
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