Free energy perturbation (FEP) is a method based on statistical mechanics that is used in computational chemistry for computing free energy differences from molecular dynamics or Metropolis Monte Carlo simulations. The FEP method was introduced by Robert W. Zwanzig in 1954. According to the free-energy perturbation method, the free energy difference for going from state A to state B is obtained from the following equation, known as the Zwanzig equation:
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| - Free energy perturbation (en)
- 自由エネルギー摂動法 (ja)
- 自由能微扰 (zh)
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| - 自由能微扰 （英語：Free Energy Perturbation, 縮寫：FEP）是用来计算自由能的一种常用方法。最早由R. W. Zwanzig在1954年提出。以正则系综为例，从状态A到状态B的自由能变化可以由下式算出： 其中T为温度，和 分别为状态A和状态B的哈密顿量，为玻尔兹曼常数，表示在状态A的系综中取系综平均。简单而言，为了计算状态A与状态B之间的自由能差，只需通过在状态A的系综中对两状态之间的能量差采样，然后求平均即可。采样可以使用分子动力学或者蒙特卡洛方法模拟。 (zh)
- Free energy perturbation (FEP) is a method based on statistical mechanics that is used in computational chemistry for computing free energy differences from molecular dynamics or Metropolis Monte Carlo simulations. The FEP method was introduced by Robert W. Zwanzig in 1954. According to the free-energy perturbation method, the free energy difference for going from state A to state B is obtained from the following equation, known as the Zwanzig equation: (en)
- 自由エネルギー摂動（じゆうエネルギーせつどう、英: free energy perturbation、略称: FEP）法は、分子動力学あるいはメトロポリス・モンテカルロシミュレーションから自由エネルギーを計算するために計算化学において用いられる統計力学に基づいた手法である。FEP法は1954年にRobert W. Zwanzigによって発表された。FEP法によれば、状態 A から状態 B に向かう自由エネルギー差は「Zwanzig 方程式」として知られる以下の方程式から得られる。 FEP計算はホスト-ゲスト結合エネルギー論やpKa予測、反応における溶媒効果、酵素反応を研究するために使われてきた。反応の研究については、FEPシミュレーションに使われる分子力学的力場では化学結合の開裂・生成を扱うことができないため、反応中心の量子力学的表現を含めることがしばしば必要である。量子力学 (QM) 計算と分子力学 (MM) 計算の双方の長所を持つハイブリッド計算手法はQM/MM法と呼ばれる。 (ja)
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| - Free energy perturbation (FEP) is a method based on statistical mechanics that is used in computational chemistry for computing free energy differences from molecular dynamics or Metropolis Monte Carlo simulations. The FEP method was introduced by Robert W. Zwanzig in 1954. According to the free-energy perturbation method, the free energy difference for going from state A to state B is obtained from the following equation, known as the Zwanzig equation: where T is the temperature, kB is Boltzmann's constant, and the angular brackets denote an average over a simulation run for state A. In practice, oneruns a normal simulation for state A, but each time anew configuration is accepted, the energy for state B is also computed. The differencebetween states A and B may be in the atom types involved, in which case the ΔFobtained is for "mutating" one molecule onto another, or it may be a difference ofgeometry, in which case one obtains a free energy map along one or more reaction coordinates. This free energy map is also known as a potential of mean force or PMF. Free energy perturbation calculations only converge properly when the differencebetween the two states is small enough; therefore it is usually necessary to divide aperturbation into a series of smaller "windows", which are computed independently.Since there is no need for constant communication between the simulation for onewindow and the next, the process can be trivially parallelized by running each window ona different CPU, in what is known as an "embarrassingly parallel" setup. (en)
- 自由エネルギー摂動（じゆうエネルギーせつどう、英: free energy perturbation、略称: FEP）法は、分子動力学あるいはメトロポリス・モンテカルロシミュレーションから自由エネルギーを計算するために計算化学において用いられる統計力学に基づいた手法である。FEP法は1954年にRobert W. Zwanzigによって発表された。FEP法によれば、状態 A から状態 B に向かう自由エネルギー差は「Zwanzig 方程式」として知られる以下の方程式から得られる。 上式において T は温度、kB はボルツマン定数、山形括弧は状態 A について行なったシミュレーション全体に渡る平均を示す。実際には、状態 A について通常のシミュレーションを行い、状態 B についてのエネルギーも計算する。状態 A と B の間の差は含まれる原子の種類によるものかもしれず、この場合得られたΔFはある分子をもう一方に「変異」させたことによる。また、構造の差の場合は、1つ以上の反応座標に沿った自由エネルギーマップが得られる。この自由エネルギーマップは平均力ポテンシャル（potential of mean force、PMF）としても知られている。自由エネルギー摂動計算は、2つの状態間の差が十分小さい時のみ適切に収束する。したがって、通常は摂動を一連のより小さな「窓」に分割する必要があり、これらは独立に計算される。1つの窓と隣の窓についてのシミュレーション間で常にコミュニケーションを取る必要はないため、この工程はそれぞれの窓を異なるCPU上で走らせることによって並列化することができ、「」問題としても知られている。 FEP計算はホスト-ゲスト結合エネルギー論やpKa予測、反応における溶媒効果、酵素反応を研究するために使われてきた。反応の研究については、FEPシミュレーションに使われる分子力学的力場では化学結合の開裂・生成を扱うことができないため、反応中心の量子力学的表現を含めることがしばしば必要である。量子力学 (QM) 計算と分子力学 (MM) 計算の双方の長所を持つハイブリッド計算手法はQM/MM法と呼ばれる。 アンブレラサンプリング法も自由エネルギー計算手法であり、「化学」座標とは対称的に「位置」座標における変化と関連した自由エネルギー変化を計算するために通常用いられている。アンブレラサンプリング法は「化学」座標が（KongおよびBrooksのλ動力学法の場合と同様に）動的変数として扱われる時は化学変換についても用いることができる。化学空間における平均力ポテンシャルを計算するための自由エネルギー摂動法の代替手法に熱力学的積分法がある。またはおそらくより効率的な代替手法である。化学構造のサブパーツに自由エネルギーの変化を割り当てようとするFEPの適応があります。 (ja)
- 自由能微扰 （英語：Free Energy Perturbation, 縮寫：FEP）是用来计算自由能的一种常用方法。最早由R. W. Zwanzig在1954年提出。以正则系综为例，从状态A到状态B的自由能变化可以由下式算出： 其中T为温度，和 分别为状态A和状态B的哈密顿量，为玻尔兹曼常数，表示在状态A的系综中取系综平均。简单而言，为了计算状态A与状态B之间的自由能差，只需通过在状态A的系综中对两状态之间的能量差采样，然后求平均即可。采样可以使用分子动力学或者蒙特卡洛方法模拟。 (zh)
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