ABSTRACT A modified single sweep approach is proposed for generating free energy landscapes. The approach replaces the use of temperature-accelerated molecular dynamics (TAMD) to generate centres in collective variable (CV) space at which mean forces are computed using restrained molecular dynamics (MD) simulations with a sequential space-filling design. This approach also modifies the radial basis function reconstruction step of the traditional single sweep approach and proposes a weighted reconstruction of the free energy surface using the previously generated mean forces. The modified approach is compared to the traditional single sweep (SS) approach on the (φ, ψ) dihedral free-energy map of solvated alanine dipeptide (AD). It is found that the new approach results in a more accurate reconstructed free energy than does the traditional approach when compared to the directly-computed reference free energy landscape. It is shown that the increased accuracy of the overall map stems from the improved 1-dimensional space filling (projective) property of the proposed design compared to that of the TAMD generated centres. A further enhancement in the accuracy of the crucial lower energy regions is enabled by the introduction of weights in the reconstruction step that give more importance to lower energy-valued regions.

中文翻译：

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使用空间填充设计和加权重建的自由能计算：改进的单次扫描方法

摘要 提出了一种改进的单次扫描方法来生成自由能景观。该方法取代了使用温度加速分子动力学 (TAMD) 来生成集体变量 (CV) 空间中的中心，在该中心使用约束分子动力学 (MD) 模拟和顺序空间填充设计计算平均力。该方法还修改了传统单次扫描方法的径向基函数重建步骤，并建议使用先前生成的平均力对自由能面进行加权重建。在溶剂化丙氨酸二肽 (AD) 的 (φ, ψ) 二面自由能图上，将修改后的方法与传统的单次扫描 (SS) 方法进行比较。发现与直接计算的参考自由能景观相比，新方法比传统方法产生更准确的重建自由能。结果表明，与 TAMD 生成的中心相比，所提出设计的一维空间填充（投影）特性得到了改进，从而提高了整体地图的准确性。通过在重建步骤中引入权重，可以进一步提高关键的低能量区域的准确性，从而使低能量值区域更加重要。结果表明，与 TAMD 生成的中心相比，所提出设计的一维空间填充（投影）特性得到了改进，从而提高了整体地图的准确性。通过在重建步骤中引入权重，可以进一步提高关键的低能量区域的准确性，从而使低能量值区域更加重要。结果表明，与 TAMD 生成的中心相比，所提出设计的一维空间填充（投影）特性得到了改进，从而提高了整体地图的准确性。通过在重建步骤中引入权重，可以进一步提高关键的低能量区域的准确性，从而使低能量值区域更加重要。