结构微扰模块

本模块用于对结构进行扩胞和微扰生成，基于dpdata库实现。

模块概述

该模块提供了一组函数，用于：

自动寻找最优扩胞倍数
创建超胞结构
对结构进行晶格和原子位置的微扰
生成大量微扰后的结构用于机器学习训练

主要函数说明

find_optimal_supercell(structure, max_atoms=150, max_supercell=4)

寻找最优的扩胞倍数，使原子数接近但不超过最大限制。

参数： - structure: pymatgen的Structure对象，原始晶体结构 - max_atoms: 最大允许原子数（默认150） - max_supercell: 最大扩胞倍数（默认4）

返回： - 扩胞倍数列表 [a, b, c]，三个方向上的扩胞倍数

作用： 自动计算最佳扩胞策略，优先考虑三个方向同时扩胞，不满足要求时再考虑单方向扩胞。

create_supercell(structure, scaling_matrix)

创建超胞结构。

参数： - structure: pymatgen的Structure对象，原始晶体结构 - scaling_matrix: 扩胞倍数列表 [a, b, c]

返回： - 扩胞后的Structure对象

作用： 根据给定的扩胞倍数创建超胞。

process_structure_for_perturbation(poscar_path, output_base_dir, config)

处理单个结构进行扩胞和微扰。

参数： - poscar_path: POSCAR文件路径 - output_base_dir: 输出文件的基础目录 - config: 配置字典，包含微扰参数

返回： - 生成的微扰结构数量

作用： 读取POSCAR文件，进行扩胞处理，然后使用dpdata生成微扰结构。

generate_perturbation_fallback(structure, output_dir, base_filename, perturb_params)

备用微扰生成方法（使用pymatgen）。

参数： - structure: 要微扰的结构（Structure对象） - output_dir: 输出目录 - base_filename: 基础文件名 - perturb_params: 微扰参数字典

返回： - 生成的微扰结构数量

作用： 当dpdata不可用时，使用pymatgen进行简单的随机微扰。

main(config_file=”input.yaml”)

主函数，驱动整个扩胞和微扰过程。

参数： - config_file: 配置文件路径（默认”input.yaml”）

返回： - 无返回值

作用： 加载配置，遍历所有POSCAR文件，对每个结构进行扩胞和微扰处理。

配置参数说明

配置文件需要包含以下微扰相关参数：

perturbation:
    max_atoms: 150           # 扩胞后最大原子数
    max_supercell: 4         # 最大扩胞倍数
    n_structures: 100        # 每个结构生成的微扰结构数
    cell_pert_fraction: 0.05 # 晶格微扰幅度（相对变化）
    atom_pert_distance: 0.05 # 原子位置微扰距离（Å）
    atom_pert_style: 'uniform' # 微扰样式

使用示例

# 直接运行模块
python perturb_structures.py --config_file input.yaml

# 或在Python代码中调用
from perturb_structures import main
main("input.yaml")

输出文件结构

模块将生成以下目录结构：

perturb/
├── BaTiO3/                   # 按化学式分类
│   ├── BaTiO3_mp-2998/       # 按结构名称分类
│   │   ├── BaTiO3_mp-2998_supercell.vasp        # 扩胞后的结构
│   │   ├── BaTiO3_mp-2998_supercell_perturb_0001.vasp  # 微扰结构1
│   │   ├── BaTiO3_mp-2998_supercell_perturb_0002.vasp  # 微扰结构2
│   │   └── ...
│   └── ...
├── SrTiO3/
└── ...

注意事项

需要先运行结构下载模块生成基础POSCAR文件
依赖dpdata库进行微扰，备选使用pymatgen
微扰结构按化学式和组织结构名称分类，便于管理
每个原始结构生成的微扰结构数量由配置控制