Birch-Murnaghan 拟合模块
概述
birch_murnaghan_fitting.py 模块用于执行 Birch-Murnaghan 状态方程拟合，从 VASP 计算的能量-体积数据中提取材料的平衡性质参数。
输入配置
配置文件 (input.yaml)
# 源数据配置
birch_murnaghan_fitting:
source:
root_dir: "./vasp_calculations/deform/" # 搜索a_V_E_P.txt的根目录
search_recursive: true # 是否递归搜索子目录
# 数据筛选条件
data_filter:
pressure_range: [-100, 100] # 压力范围(GPa)
energy_range: [-100, 10] # 能量范围(eV)
# 拟合参数配置
fitting:
initial_guess:
E0: "auto" # 平衡能量，auto表示自动选择最小值
V0: "auto" # 平衡体积，auto表示自动选择最小值对应体积
B0: 100 # 初始体弹模量(GPa)
B1: 4.0 # 初始体弹模量导数
# 输出配置
output:
save_plot: true # 是否保存拟合曲线图
plot_format: "png" # 图片格式
plot_dpi: 300 # 图片分辨率
输入数据文件
a_V_E_P.txt 文件格式：
a V E P
3.6000 46.656000 -24.567890 0.123456
3.6050 46.860125 -24.568012 -0.034567
3.6100 47.065000 -24.567945 0.056789
a: 晶格常数 (Å)
V: 体积 (ų)
E: 总能 (eV)
P: 压力 (GPa)
主要函数
核心拟合函数
- birch_murnaghan_eqn(params, V)
计算 Birch-Murnaghan 方程值
输入: - params: [E0, V0, B0, B1] 拟合参数 - V: 体积数组 (ų)
输出: - E: 能量数组 (eV)
- perform_fitting(df, config)
执行 Birch-Murnaghan 拟合
输入: - df: DataFrame，包含V, E, P列的数据 - config: 拟合配置字典
输出: - result: SciPy least_squares 优化结果对象
数据处理函数
- read_a_v_e_p_file(file_path)
读取 a_V_E_P.txt 文件
输入: - file_path: 数据文件路径
输出: - df: pandas DataFrame，包含数值化的V, E, P数据
- filter_data(df, filter_config)
根据条件筛选数据
输入: - df: 原始数据DataFrame - filter_config: 筛选配置
输出: - filtered_df: 筛选后的DataFrame
目录处理函数
- find_a_v_e_p_files(root_dir, recursive=True)
搜索 a_V_E_P.txt 文件
输入: - root_dir: 搜索根目录 - recursive: 是否递归搜索
输出: - 列表: [(文件路径, 相对路径), …]
- create_mirror_structure(source_files, bm_dir)
创建镜像目录结构
输入: - source_files: 找到的源文件列表 - bm_dir: 目标BM目录
输出: - dict: 结构信息字典
结果输出函数
- save_fitting_results(result, df, output_dir, config, structure_name, source_path, reference_volume=None)
保存拟合结果
输入: - result: 拟合结果对象 - df: 原始数据DataFrame - output_dir: 输出目录 - config: 配置字典 - structure_name: 结构名称 - source_path: 源文件路径 - reference_volume: 参考体积 (可选)
输出: - dict: 拟合结果摘要
主工作流程
- process_all_birch_murnaghan_fitting(config_path)
批量处理所有拟合
输入: - config_path: 配置文件路径
输出: - 无返回值，结果保存到文件系统
输出文件
每个结构目录生成以下文件：
文件名 |
描述 |
|---|---|
|
拟合参数：E0, V0, B0, B1, R², RMSE |
|
拟合曲线数据：体积和能量 |
|
拟合可视化图表 |
|
收集的原始VASP计算结果 |
拟合参数文件示例
Birch-Murnaghan Fitting Parameters
==================================
Structure: W_bcc
Equilibrium Energy (E0): -24.567890 eV
Equilibrium Volume (V0): 46.656000 ų
Bulk Modulus (B0): 320.4567 GPa
Pressure Derivative (B1): 4.1234
R-squared: 0.999876
Root Mean Square Error: 0.000123 eV
使用方式
命令行使用
# 直接运行
python birch_murnaghan_fitting.py --input_file input.yaml
# 通过phymlp-kit
phymlp-kit birch_murnaghan --input_file input.yaml
Python API使用
from birch_murnaghan_fitting import process_all_birch_murnaghan_fitting
# 批量处理
process_all_birch_murnaghan_fitting("input.yaml")
# 或单独处理
from birch_murnaghan_fitting import (
read_a_v_e_p_file,
perform_fitting,
save_fitting_results
)
# 读取数据
df = read_a_v_e_p_file("path/to/a_V_E_P.txt")
# 执行拟合
result = perform_fitting(df, config)
# 保存结果
save_fitting_results(result, df, "output_dir", config, "structure_name", "source_path")
目录结构
输入目录结构
vasp_calculations/
└── deform/
├── structure_1/
│ └── a_V_E_P.txt
├── structure_2/
│ └── a_V_E_P.txt
└── structure_3/
└── a_V_E_P.txt
输出目录结构
Birch_Murnaghan_fit/
├── structure_1/
│ ├── a_V_E_P.txt # 复制的原始数据
│ ├── fitting_parameters.txt
│ ├── fitted_data.csv
│ ├── BM_fitting.png
│ └── OUTCAR_scale/ # 收集的OUTCAR文件
├── structure_2/
└── structure_3/
注意事项
数据要求：至少需要4个有效数据点才能执行拟合
单位系统：体积(ų)，能量(eV)，压力(GPa)
文件格式：a_V_E_P.txt使用空格分隔，必须有表头
配置参数：确保配置文件中的路径正确存在
常见问题
Q1: 拟合失败，提示”Not enough data points”
原因：筛选后数据点少于4个。
解决：放宽筛选条件或增加计算数据点。
Q2: 找不到 a_V_E_P.txt 文件
原因：配置文件中的 root_dir 路径错误。
解决：检查配置文件中的 source.root_dir 路径。
Q3: 拟合结果不合理（B0为负数等）
原因：初始猜测参数不合适。
解决：调整 initial_guess 中的 B0、B1 值。
相关模块
main_py - 主命令行接口
训练与检验模块 - 核心工具模块
tools_modules - 其他工具模块