組成可変型進化的アルゴリズム(EA-vc)

情報
情報

動作環境

  • CrySPY 1.4.0以上
  • インターフェースとの互換性はCrySPY > Interfaceを見ること

入力ファイルの準備

下記のどれか一つに従い,その後CrySPY実行のセクションに移ること.

CrySPY実行

組成可変型進化的アルゴリズム(EA-vc)のサブセクション

ASE on your local PC (Cu-Ag-Au)

2025年7月11日 更新

ここで利用しているファイルはCrySPY_utility/examples/ase_Cu-Ag-Au_EA-vcからダウンロードできる. このチュートリアルでは,計算が軽いASEのPure Python EMT calculatorを用いてローカルPCで動作確認を行う.対象となるシステムは3元系のCu-Ag-Au.

cryspy.in

cryspy.inの例.

[basic]
algo = EA-vc
calc_code = ASE
nstage = 1
njob = 5
jobcmd = zsh
jobfile = job_cryspy

[structure]
atype = Cu Ag Au
ll_nat = 0 0 0
ul_nat = 8 8 8

[ASE]
ase_python = ase_in.py

[EA]
n_pop = 20
n_crsov = 5
n_perm = 2
n_strain = 2
n_rand = 2
n_add = 3
n_elim = 3
n_subs = 3
target = random
n_elite = 2
n_fittest = 10
slct_func = TNM
t_size = 2
end_point = 0.0 0.0 0.0
maxgen_ea = 0

[option]

calc_in/

calc_in/以下はチュートリアル > ランダムサーチ(RS) > ASE in your local PCと同様

calc_in/ase_in.py

from ase.constraints import FixSymmetry
from ase.filters import FrechetCellFilter
from ase.calculators.emt import EMT
from ase.optimize import BFGS
import numpy as np
from ase.io import read, write

# ---------- input structure
# CrySPY outputs 'POSCAR' as an input file in work/xxxxxx directory
atoms = read('POSCAR', format='vasp')

# ---------- setting and run
atoms.calc = EMT()
atoms.set_constraint([FixSymmetry(atoms)])
cell_filter = FrechetCellFilter(atoms, hydrostatic_strain=False)
opt = BFGS(cell_filter)

# ---------- run
converged = opt.run(fmax=0.01, steps=2000)

# ---------- rule in ASE interface
# output file for energy: 'log.tote' in eV/cell
#                         CrySPY reads the last line of 'log.tote' file
# outimized structure: 'CONTCAR' file in vasp format
# check_opt: 'out_check_opt' file ('done' or 'not yet')
#                         CrySPY reads the last line of 'out_check_opt' file

# ------ energy
e = cell_filter.atoms.get_total_energy()    # eV/cell
with open('log.tote', mode='w') as f:
    f.write(str(e))

# ------ struc
opt_atoms = cell_filter.atoms.copy()
opt_atoms.set_constraint(None)    # remove constraint for pymatgen
write('CONTCAR', opt_atoms, format='vasp', direct=True)

# ------ check_opt
with open('out_check_opt', mode='w') as f:
    if converged:
        f.write('done\n')
    else:
        f.write('not yet\n')

calc_in/job_cryspy

#!/bin/sh

# ---------- ASE
python3 ase_in.py > out.log

ASE-CHGNet(Cu-Au)

2025年7月11日 更新

情報

CHGNetのインストールが必要

ここで利用しているファイルはCrySPY_utility/examples/ase_chgnet_Cu-Au_EA-vcからダウンロードできる. このチュートリアルでは,機械学習ポテンシャルのCHGNetを用いてジョブスケジューラーを備えた計算機クラスタで行うことを想定している. 手持ちのPCでも十分動作するので,そうしたい場合は入力を適宜変更すること. 対象となるシステムは2元系のCu-Au.

事前計算

EA-vcではcryspy.inend_pointとして,各元素単体の1原子当たりのエネルギーを基準として用いるため,事前に計算する必要がある. exampleファイルの中に二つのディレクトリがあるはず.

Au_fcc
├── POSCAR
├── chgnet_in.py
└── job_cryspy
Cu_fcc
├── POSCAR
├── chgnet_in.py
└── job_cryspy

結晶構造データ(POSCAR)とその構造最適化を行いエネルギーを求めるpythonスクリプト(chgnet_in.py)およびジョブスクリプト(job_cryspy)があるので適宜使用する計算機の環境に合わせて編集すること.

ジョブを実行する(ジョブサブミットのコマンドは適宜読み替えること).

cd Au_fcc
qsub job_cryspy
cd ../Cu_fcc
qsub job_cryspy
cd ..

計算が無事に終わったら,それぞれのディレクトリにend_pointというファイルができており,ここに構造最適化後の1原子あたりのエネルギー(eV/atom)が出力されている.

cat Au_fcc/end_point
-3.2357187271118164
cat Cu_fcc/end_point
-4.083529472351074

これらをcryspy.inでの入力に用いる.

cryspy.in

cryspy.inの例.

[basic]
algo = EA-vc
calc_code = ASE
nstage = 1
njob = 20
jobcmd = qsub
jobfile = job_cryspy

[structure]
atype = Cu Au
ll_nat = 0 0
ul_nat = 8 8

[ASE]
ase_python = chgnet_in.py

[EA]
n_pop = 20
n_crsov = 5
n_perm = 2
n_strain = 2
n_rand = 2
n_add = 3
n_elim = 3
n_subs = 3
target = random
n_elite = 2
n_fittest = 10
slct_func = TNM
t_size = 2
maxgen_ea = 0
end_point = -4.08352709  -3.23571777

[option]

calc_in/

calc_in/以下はチュートリアル > ランダムサーチ(RS) > ASE in your local PCと同様であるが,少しだけCHGNet用に変更している. ジョブスクリプトのpython本体のpathも計算機環境に合わせること.

calc_in/chgnet_in.py

# ---------- import
from ase.constraints import FixSymmetry
from ase.filters import FrechetCellFilter
from ase.io import read, write
from ase.optimize import FIRE, BFGS, LBFGS
from chgnet.model import CHGNetCalculator

# ---------- input structure
# CrySPY outputs 'POSCAR' as an input file in work/xxxxxx directory
atoms = read('POSCAR')

# ---------- set up
atoms.calc = CHGNetCalculator()
atoms.set_constraint([FixSymmetry(atoms)])
cell_filter = FrechetCellFilter(atoms)
opt = BFGS(cell_filter, trajectory='opt.traj')

# ---------- run
converged = opt.run(fmax=0.01, steps=2000)

# ---------- rule in ASE interface
# output file for energy: 'log.tote' in eV/cell
#                         CrySPY reads the last line of 'log.tote' file
# outimized structure: 'CONTCAR' file in vasp format
# check_opt: 'out_check_opt' file ('done' or 'not yet')
#                         CrySPY reads the last line of 'out_check_opt' file

# ------ energy
e = cell_filter.atoms.get_total_energy()    # eV/cell
with open('log.tote', mode='w') as f:
    f.write(str(e))

# ------ struc
opt_atoms = cell_filter.atoms.copy()
opt_atoms.set_constraint(None)    # remove constraint for pymatgen
write('CONTCAR', opt_atoms, format='vasp', direct=True)

# ------ check_opt
with open('out_check_opt', mode='w') as f:
    if converged:
        f.write('done\n')
    else:
        f.write('not yet\n')

calc_in/job_cryspy

#!/bin/sh
#$ -cwd
#$ -V -S /bin/bash
####$ -V -S /bin/zsh
#$ -N CuAu_CrySPY_ID
#$ -pe smp 2

# ---------- OpenMP
export OMP_NUM_THREADS=2

# ---------- ASE
/usr/local/Python-3.10.13/bin/python3 chgnet_in.py > out.log

VASP(Fe-Al)

2025年7月12日

バージョン1.4.2でEA-vcはVASPに対応.

ここで利用しているファイルはCrySPY_utility/examples/vasp_Fe-Al_EA-vcからダウンロードできる. このチュートリアルでは,VASPを用いてジョブスケジューラーを備えた計算機クラスタで行うことを想定している. 対象となるシステムは2元系のFe-Alで,強磁性を仮定した計算を行う.

事前計算

EA-vcではcryspy.inend_pointとして,各元素単体の1原子当たりのエネルギーを基準として用いるため,事前に計算する必要がある. exampleファイルの中に二つのディレクトリがあるはず.

Al-fcc
├── POSCAR
├── INCAR
├── POTCAR_dummy
└── job_cryspy
Fe-bcc
├── POSCAR
├── INCAR
├── POTCAR_dummy
└── job_cryspy

結晶構造データ(POSCAR)とその構造最適化を行いエネルギーを求めるインプットファイル(INCAR)およびジョブスクリプト(job_cryspy)があるので適宜使用する計算機の環境に合わせて編集すること. また,POTCARファイルは配布できないので各自で準備すること.

INCARファイルでは,最終的に使用するカットオフなどの値を単体の計算でも利用しなければならないので注意すること.

ジョブを実行する(ジョブサブミットのコマンドは適宜読み替えること).

cd Al_fcc
qsub job_cryspy
cd ../Fe_bcc
qsub job_cryspy
cd ..

計算が終わったら1原子あたりのエネルギーを計算しておく. 今回はBCCやFCCなので,ユニットセルは1原子で構成されており,全エネルギーの値をそのまま使えばよい. 通常はユニットセルの原子数でセルあたりのエネルギーを割って計算する.

cryspy.in

cryspy.inの例.

[basic]
algo = EA-vc
calc_code = VASP
nstage = 2
njob = 10
jobcmd = qsub
jobfile = job_cryspy

[structure]
atype =  Fe Al
ll_nat =  0  0
ul_nat =  8  8

[VASP]
kppvol = 40 120
vasp_MAGMOM = 4.0 0.0

[EA]
n_pop = 20
n_crsov = 5
n_perm = 2
n_strain = 2
n_rand = 2
n_add = 3
n_elim = 3
n_subs = 3
target = random
n_elite = 2
n_fittest = 10
slct_func = TNM
t_size = 2
maxgen_ea = 0
end_point = -8.24249611  -3.74226843

[option]

for VASP

[VASP]セクションのvasp_MAGMOMにはatypeに対応する元素のMAGMOMの値を入れる. CrySPYは./work/xxx/INCAR(xxxは構造ID)にINCARをコピーする際に,n*vasp_MAGMOM(nは原子数)を追記する.

例えば, atype = (‘Fe’, ‘Al’),nat = (5, 3),vasp_MAGMOM = (4.0 0.0)の場合,下記のように追記する.

MAGMOM = 5*4.0 3*0.0

このチュートリアルでは使用していないが,他にもINCARのLDAUL,LDAUUおよびLDAUJに対応している.cryspy.inではvasp_をつけて下記のように使う.

[VASP]
kppvol = 40 120
vasp_MAGMOM = 4.0 0.0
vasp_LDAUL = 2 -1
vasp_LDAUU = 4.0 0.0
vasp_LDAUJ = 0.0 0.0

nat = (5, 0)のように2元系から単体に次元が落ちる場合,CrySPYは./work/xxx/INCARに下記のように追記する. 原子数がゼロの元素に関しては何もしない.

MAGMOM = 5*4.0
LDAUL = 2
LDAUU = 4.0
LDAUJ = 0.0

calc_in/

POTCAR

EA-vcでは各元素に対応するPOTCARファイルをそれぞれ準備する. ファイル名は

  • POTCAR_Fe
  • POTCAR_Al

のように末尾にatypeに書いた元素名をつける. CrySPYは計算する構造の原子数に合わせて,./work/xxx/POTCARを準備する. つまり,nat = (5, 0)のようにFeだけから構成される構造の場合はPOTCAR_Fe, nat = (4, 4)のようにFe-Al系の場合はPOTCAR_FePOTCAR_Alを繋げてPOTCARにする.

job_cryspy

#!/bin/sh
#$ -cwd
#$ -V -S /bin/bash
####$ -V -S /bin/zsh
#$ -N FeAl_CrySPY_ID
#$ -pe smp 32


# ---------- vasp
VASPROOT=/usr/local/vasp/vasp.6.4.2/bin
mpirun -np $NSLOTS $VASPROOT/vasp_std

INCAR

1_INCAR

SYSTEM = FeAl

Algo = Fast
####LREAL = Auto
ENCUT = 348

ISMEAR = 1
SIGMA = 0.1

NSW = 40
IBRION = 2
ISIF = 2

ISPIN = 2
######MAGMOM =   # cryspy append MAGMOM in work/xx/INCAR 

EDIFF = 1e-6
EDIFFG = -0.01

KPAR = 4

LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.

2_INCAR

SYSTEM = FeAl

Algo = Fast
####LREAL = Auto
ENCUT = 348

ISMEAR = 1
SIGMA = 0.1

NSW = 200
IBRION = 2
ISIF = 3

ISPIN = 2
######MAGMOM =   # cryspy append MAGMOM in work/xx/INCAR 

EDIFF = 1e-6
EDIFFG = -0.01

KPAR = 4

LWAVE = .FALSE.
LCHARG = .FALSE.

QE(Fe-Al)

2025年7月18日

バージョン1.4.2でEA-vcはQEに対応.

ここで利用しているファイルはCrySPY_utility/examples/qe_Fe-Al_EA-vcからダウンロードできる. このチュートリアルでは,QEを用いてジョブスケジューラーを備えた計算機クラスタで行うことを想定している. 対象となるシステムは2元系のFe-Alで,強磁性を仮定した計算を行う.

事前計算

EA-vcではcryspy.inend_pointとして,各元素単体の1原子当たりのエネルギーを基準として用いるため,事前に計算する必要がある. exampleファイルの中に二つのディレクトリがあるはず.

Al-fcc
├── pwscf.in
└── job_cryspy
Fe-bcc
├── pwscf.in
└── job_cryspy

インプットファイル(pwscf.in)およびジョブスクリプト(job_cryspy)があるので適宜使用する計算機の環境に合わせて編集すること.

pwscf.inファイルでは,最終的に使用するカットオフなどの値を単体の計算でも利用しなければならないので注意すること.

ジョブを実行する(ジョブサブミットのコマンドは適宜読み替えること).

cd Al_fcc
qsub job_cryspy
cd ../Fe_bcc
qsub job_cryspy
cd ..

計算が終わったら1原子あたりのエネルギーをeV単位に変換しておくこと. 今回はBCCやFCCなので,ユニットセルは1原子で構成されているが, 通常はユニットセルの原子数でセルあたりのエネルギーを割って計算する.

cryspy.in

cryspy.inの例.

[basic]
algo = EA-vc
calc_code = QE
nstage = 2
njob = 10
jobcmd = qsub
jobfile = job_cryspy

[structure]
atype =  Fe Al
ll_nat =  0  0
ul_nat =  8  8

[QE]
kppvol = 40 120
qe_infile = pwscf.in
qe_outfile = pwscf.out

[EA]
n_pop = 20
n_crsov = 5
n_perm = 2
n_strain = 2
n_rand = 2
n_add = 3
n_elim = 3
n_subs = 3
target = random
n_elite = 2
n_fittest = 10
slct_func = TNM
t_size = 2
maxgen_ea = 6
end_point = -3406.14117375  -91.25463006

[option]

for QE

VASPと違ってQEでは組成可変型への対応は簡単で,2元系の探索の場合は常に2元系のインプット,3元系なら常に3元系のインプットを./calc_inに準備すればよい. ただしnatだけは変更の必要があるので,CrySPYが自動で書き換える. 準備する際は下記のように何か適当な数字でnatを書いておく.

nat = 1

CrySPYは./work/xxx/において,先頭の空白を除いてnatから始まる行を

    nat = (実際の原子数)

に自動的に書き換える.

calc_in/

job_cryspy

#!/bin/sh
#$ -cwd
#$ -V -S /bin/bash
####$ -V -S /bin/zsh
#$ -N FeAl_CrySPY_ID
#$ -pe smp 32


QEROOT=/usr/local/qe/q-e-qe-7.3.1/bin
mpirun -np $NSLOTS $QEROOT/pw.x -nk 4 < pwscf.in > pwscf.out


if [ -e "CRASH" ]; then
    sed -i -e '3 s/^.*$/skip/' stat_job
    exit 1
fi

pwscf.in

1_pwscf.in

&control
calculation = 'relax'
nstep = 40
pseudo_dir = '/usr/local/qe/gbrv/all_pbe_UPF_v1.5/'
outdir='./outdir/'
/


&system
ibrav = 0
nat = 1
ntyp = 2
ecutwfc = 40
ecutrho = 200

occupations = "smearing"
smearing    = "mp"
degauss     =  0.01

nspin = 2
starting_magnetization(1) = 0.4
starting_magnetization(2) = 0.0
/


&electrons
mixing_beta = 0.4
/

&ions
/

&cell
/

ATOMIC_SPECIES
Fe -1.0 fe_pbe_v1.5.uspp.F.UPF
Al -1.0 al_pbe_v1.uspp.F.UPF

2_pwscf.in

&control
calculation = 'vc-relax'
nstep = 200
pseudo_dir = '/usr/local/qe/gbrv/all_pbe_UPF_v1.5/'
outdir='./outdir/'
/


&system
ibrav = 0
nat = 1
ntyp = 2
ecutwfc = 40
ecutrho = 200

occupations = "smearing"
smearing    = "mp"
degauss     =  0.01

nspin = 2
starting_magnetization(1) = 0.4
starting_magnetization(2) = 0.0
/


&electrons
mixing_beta = 0.4
/

&ions
/

&cell
/

ATOMIC_SPECIES
Fe -1.0 fe_pbe_v1.5.uspp.F.UPF
Al -1.0 al_pbe_v1.uspp.F.UPF

次世代の生成

2025年6月16日

初回実行

cryspyを実行すると,構造生成モードになり,第一世代のランダム構造が生成されて,一旦プログラムは終了する.

cryspy

出力をみると,ll_natul_natの範囲の原子数で構造が生成されているのが確認できる.

...
[2025-06-16 10:04:45,648][cryspy_init][INFO] # ---------- Initial structure generation
[2025-06-16 10:04:45,648][rs_gen][INFO] # ------ mindist
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Cu - Cu: 1.32
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Cu - Ag: 1.385
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Cu - Au: 1.34
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Ag - Ag: 1.45
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Ag - Au: 1.405
[2025-06-16 10:04:45,650][struc_util][INFO] Au - Au: 1.36
[2025-06-16 10:04:45,650][rs_gen][INFO] # ------ generate structures
[2025-06-16 10:04:45,659][gen_pyxtal][WARNING] Compoisition [1 4] not compatible with symmetry 34:     spg = 34 retry.
[2025-06-16 10:04:45,662][gen_pyxtal][WARNING] Compoisition [ 2  2 12] not compatible with symmetry 39:     spg = 39 retry.
[2025-06-16 10:04:45,691][gen_pyxtal][INFO] Structure ID      0: (3, 1, 2) Space group:  82 --> 119 I-4m2
[2025-06-16 10:04:45,694][gen_pyxtal][WARNING] Compoisition [6 6 2] not compatible with symmetry 57:     spg = 57 retry.
[2025-06-16 10:04:45,749][gen_pyxtal][INFO] Structure ID      1: (1, 8, 5) Space group:  71 -->  71 Immm
[2025-06-16 10:04:45,857][gen_pyxtal][INFO] Structure ID      2: (3, 7, 8) Space group: 174 --> 174 P-6
...

cryspy.statを見ると,EAでは現在の世代の情報が追加されている.

[status]
generation = 1
id_queueing = 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

構造最適化

何度かcryspyを実行して,第一世代の構造最適化を終わらせると,下記のように出力される.

...
[2025-06-16 10:25:56,962][ctrl_job][INFO] Done generation 1
[2025-06-16 10:25:56,962][ctrl_job][INFO] Calculate convex hull for generation 1
[2025-06-16 10:25:57,854][ctrl_job][INFO] 
EA is ready

凸包

この時点で,./data/convex_hull/にhull distanceの情報とconvex hullのグラフが出力されている.

  • hull_dist_all_gen_1
    ID    hull distance (eV/atom)    Num_atom
     7                   0.000000    (0, 2, 6)
    14                   0.036510    (1, 7, 6)
    17                   0.064702    (0, 1, 5)
    19                   0.113649    (0, 0, 8)
    16                   0.168530    (6, 4, 8)
     9                   0.186497    (8, 4, 6)
     1                   0.187379    (1, 8, 5)
    11                   0.233893    (4, 5, 4)
     3                   0.273365    (6, 5, 5)
    10                   0.326759    (1, 4, 4)
     2                   0.330749    (3, 7, 8)
     8                   0.359543    (6, 2, 7)
     4                   0.404169    (4, 4, 2)
    18                   0.422989    (0, 6, 8)
    13                   0.428456    (0, 6, 3)
     5                   0.444792    (7, 4, 7)
     6                   0.464305    (7, 7, 7)
    12                   0.556654    (3, 0, 0)
    15                   0.560062    (6, 7, 1)
     0                   0.644278    (3, 1, 2)
  • conv_hull_gen_1.svg conv_hull_gen_1.svg conv_hull_gen_1.svg

次世代生成

準備ができた状態でもう一度cryspyを実行すると,バックアップが実行されてから,次世代構造の生成が始まる.

cryspy
...
[2025-06-16 10:37:19,860][ctrl_job][INFO] Done generation 1
[2025-06-16 10:37:20,136][utility][INFO] Backup data
[2025-06-16 10:37:20,173][ea_next_gen][INFO] # ---------- Evolutionary algorithm
[2025-06-16 10:37:20,174][ea_next_gen][INFO] Generation 2
[2025-06-16 10:37:20,174][ea_next_gen][INFO] # ------ natural selection
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] ranking without duplication (including elite):
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID      7, fitness:    0.00000
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     14, fitness:    0.03651
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     17, fitness:    0.06470
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     19, fitness:    0.11365
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     16, fitness:    0.16853
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID      9, fitness:    0.18650
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID      1, fitness:    0.18738
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     11, fitness:    0.23389
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID      3, fitness:    0.27336
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] Structure ID     10, fitness:    0.32676
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_next_gen][INFO] # ------ Generate children
[2025-06-16 10:37:20,177][ea_child][INFO] # -- mindist
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Cu - Cu: 1.32
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Cu - Ag: 1.385
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Cu - Au: 1.34
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Ag - Ag: 1.45
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Ag - Au: 1.405
[2025-06-16 10:37:20,179][struc_util][INFO] Au - Au: 1.36
[2025-06-16 10:37:20,217][crossover][INFO] Structure ID     20 (0, 4, 7) was generated from     19 and     14 by crossover. Space group:   1 P1
[2025-06-16 10:37:20,219][crossover][INFO] Structure ID     21 (0, 1, 7) was generated from      7 and     17 by crossover. Space group:   1 P1
[2025-06-16 10:37:20,221][crossover][INFO] Structure ID     22 (3, 0, 8) was generated from     16 and     19 by crossover. Space group:   1 P1
[2025-06-16 10:37:20,225][crossover][INFO] Structure ID     23 (0, 1, 7) was generated from      7 and     17 by crossover. Space group:   1 P1
...
[2025-06-16 10:37:20,809][ea_next_gen][INFO] # ------ Select elites
[2025-06-16 10:37:20,809][ea_next_gen][INFO] Structure ID      7 keeps as the elite
[2025-06-16 10:37:20,809][ea_next_gen][INFO] Structure ID     14 keeps as the elite

あとはcryspyの実行を繰り返せば,探索が進む.

結果の確認

ここでは,EAと異なるところを中心に述べる.

cryspy_rslt

以下は第3世代まで計算を終えたcryspy_rsltの例である.EA-vcでは,形成エネルギー(Ef_eV_atom)と原子数(Num_atom)も追加される.

    Gen  Spg_num Spg_sym  Spg_num_opt Spg_sym_opt  E_eV_atom  Ef_eV_atom   Num_atom  Magmom      Opt
0     1      119   I-4m2          119       I-4m2   0.639865    0.639865  (3, 1, 2)     NaN  no_file
1     1       71    Immm           71        Immm   0.182650    0.182650  (1, 8, 5)     NaN  no_file
2     1      174     P-6          187       P-6m2   0.324864    0.324864  (3, 7, 8)     NaN  no_file
3     1       71    Immm           71        Immm   0.269227    0.269227  (6, 5, 5)     NaN  no_file
4     1       12    C2/m           65        Cmmm   0.401521    0.401521  (4, 4, 2)     NaN  no_file
7     1      123  P4/mmm          123      P4/mmm  -0.009930   -0.009930  (0, 2, 6)     NaN  no_file
10    1      107    I4mm          107        I4mm   0.320875    0.320875  (1, 4, 4)     NaN  no_file
5     1      121   I-42m          121       I-42m   0.439643    0.439643  (7, 4, 7)     NaN  no_file
6     1      115   P-4m2          115       P-4m2   0.459892    0.459892  (7, 7, 7)     NaN  no_file
8     1       81     P-4           81         P-4   0.354247    0.354247  (6, 2, 7)     NaN  no_file
9     1       11  P2_1/m           11      P2_1/m   0.182084    0.182084  (8, 4, 6)     NaN  no_file
11    1       10    P2/m           10        P2/m   0.229819    0.229819  (4, 5, 4)     NaN  no_file

nat_data

原子数の情報はnat_dataにも出力される.

    ID    ('Cu', 'Ag', 'Au')
     0    (3, 1, 2)
     1    (1, 8, 5)
     2    (3, 7, 8)
     3    (6, 5, 5)
     4    (4, 4, 2)
     5    (7, 4, 7)
     6    (7, 7, 7)
     7    (0, 2, 6)
     8    (6, 2, 7)
     9    (8, 4, 6)
    10    (1, 4, 4)
...

hull_dist_all_gen_x

例えば第3世代終了時点のhull distanceのデータは./convex_hull/hull_dist_all_gen_3というファイルに出力される.

    ID    hull distance (eV/atom)    Num_atom
    43                   0.000000    (0, 2, 5)
    42                   0.000000    (0, 5, 5)
    48                   0.000000    (0, 1, 5)
    46                   0.000009    (0, 1, 5)
    28                   0.000011    (0, 1, 5)
    41                   0.000360    (0, 4, 6)
    47                   0.001838    (0, 1, 5)
    36                   0.001992    (1, 1, 6)
    21                   0.002544    (0, 1, 7)
    23                   0.002551    (0, 1, 7)
    24                   0.002795    (0, 4, 7)

conv_hull_gen_x.svg

例えば第3世代終了時点の凸包プロットの画像データは./convex_hull/conv_hull_gen_3.svgに出力される. デフォルトはsvg形式であるが,入力ファイルでfig_formatを変更していればpdfやpngで出力される. conv_hull_gen_3.svg conv_hull_gen_3.svg

解析と可視化

凸包の自動プロット

EA-vcでは2元系および3元系の探索シミュレーションの場合,凸包のグラフは各世代の計算終了時に自動プロットされる. 自分でもっと編集したい場合はJupyterでカスタマイズできる. 4元系の時はJupyterを用いたplotly(pymatgenに必要なのでインストールされているはず)の可視化が利用可能. ここではいくつか例を示しておく.

2元系

conv_hull_gen_3_with_desc.svg conv_hull_gen_3_with_desc.svg

上図は3世代まで探索した時の例で,赤文字は説明のために追加した. 凸包プロットに関する入力ファイルの設定は以下が関係する.括弧内はデフォルト値.

  • show_max:y軸上限(0.2)
  • label_stable:安定相の組成を表示するかどうか(True)
  • vmax:右のカラーバーの最大値(0.2)
  • bottom_margin:最小値とy軸下限の間のマージン(0.02).
  • fig_format:図のファイルフォーマット.svg, png, pdfに対応.(svg)

マーカー上の十字の印は最新世代の探索結果を示している.

3元系

conv_hull_gen_3_with_desc.svg conv_hull_gen_3_with_desc.svg

上図は3世代まで探索した時の例で,赤文字は説明のために追加した. 凸包プロットに関する入力ファイルの設定は以下が関係する.括弧内はデフォルト値.

  • show_max:hull distanceがshow_max以下のものだけをプロット(0.2)
  • label_stable:安定相の組成を表示するかどうか(True)
  • vmax:右のカラーバーの最大値(0.2)
  • bottom_margin:3元系では無関係
  • fig_format:図のファイルフォーマット.svg, png, pdfに対応.(svg)

マーカーの十字の印は最新世代の探索結果を示している.

データのダウンロード

ここでは,CrySPYのデータをローカルPCで解析・可視化することを前提としている. CrySPYをスーパーコンピュータやワークステーションで使用している場合は,データをローカルPCにダウンロードすること. workbackup ディレクトリは,ファイルサイズが非常に大きくなる可能性があるため,不要であれば削除してよい.

Jupyter notebook

先ほどダウンロードした結果の中にある data/ ディレクトリに移動する. その後,CrySPY utilityがローカルにダウンロード してある場合は cryspy_analyzer_EA-vc.ipynb をコピーする. またはGitHubから直接ダウンロードしてくる(CrySPY_utility/notebook/).

Jupyter notebookファイルには,CrySPYのコードと同じ関数が書かれており,自由に凸包のプロットをカスタマイズできる. 適宜順番に実行していき,下記のどちらかを選ぶと自動プロットと同じものが得られる

  • Binary system, matplotlib
  • Ternary system, matplotlib

途中にある

  • Interactive plot using Plotly

では,2元系,3元系および4元系において,Plotlyを用いたインタラクティブプロットができる. プロット例はCrySPY > チュートリアル > インタラクティブモード(Jupyter Notebook) #Interactive plot using Plotlyを参考にすること.