好久不见，读者朋友们，笔者本次介绍USPEX官方案例16-18：大体系定组分稳定结构预测、以德拜温度为目的进行定组分结构预测、计算量惊人的三元体系的变组分结构预测。

01 USPEX官方案例讲解(16-18)

案例16：变胞定组分预测SrTiO3(50 原子/单胞 )0 GPa下稳定的结构，结构优化采用的是GULP(采用Buckingham势)。(这个案例存在的意义就是为了吊打XtalOpt：也是遗传算法的结构预测软件，USPEX大体系的成功率大于90%，而XtalOpt只有7-12%)。案例16是300类型，我们的老朋友了，就不介绍INPUT.txt了，直接来看结果吧。300类型的计算，结果需要看哪些文件了？BESTIndividuals和BESTgatheredPOSCARS！

从BESTIndividuals可以看到本次计算了42代结构，计算了大概1400多个结构，最后得到如下的稳定结构：

可见对于单胞50个原子这么大的结构，USPEX也能很快得到稳定的结果，而其中执行结构优化的GULP也功不可没呐。

案例17：以最高德拜温度为目的变胞定组分预测单胞8个C原子的稳定结构，结构优化采用VASP软件包。
案例17还是300类型的计算，但是这次是预测具有最高德拜温度的温度结构，那么也只需要在optType参数中，将我们通用的以焓值为优化目的改为以德拜温度为目的就行了。其余的话，参数设置和一般300类型类似。但是这次需要对Specific文件里面的INCAR做一次了解，因为根据INCAR也能猜测出USPEX究竟怎么计算的。

Specific文件里面有5个INCAR，可以看出第一次和第二次是定体积的结构优化，而第三次和第四次结构优化是变体积的，经过这四步结构优化得到最小能量和相应的构型，最后才做弹性常数计算，因为德拜温度和弹性常数计算相关(当然这些计算是在VASP当中完成的)。
从OUT.txt中可以看出USPEX总共计算了15代共351个结构，这样计算量并不大，因为这个案例是作为演示用的，INPUT.txt里面设置的代数和每代个数并不多。

300计算类型的还需要看的就是BESTIndividuals和BESTgatheredPOSCARS这两个文件。先来看看BESTIndividuals这个文件：

由于这次是根据德拜温度为目标进行稳定结构预测，那么就是根据Fitness大小程度来筛选德拜温度最高的稳定结构，Fitness负的越大的结构，德拜温度更高，接下来我们来看看这个德拜温度最高的稳定结构长什么样？

可以看出只需要在optType参数里面修改优化参数就能获得具有相应特殊性质的稳定结构，这些特殊性质包括：

案例18：三元体系Zn-O-H的变成分结构预测，结构优化还是采用GULP软件进行的。
由于变组分结构预测这方面非常非常重要，我们前面也介绍过两次了，但是这次准备继续再一次仔细介绍一下，因为大部分USPEX文章都是靠这个变组分结构预测方法产生。先来看看INPUT.txt文件：

第4-17行是设置整个大的计算类型和体系，也就是让软件知道采用USPEX方法进行301计算，以焓值最低为目的进行优化(焓值越低越稳定)。而计算哪个体系？Zn-O-H，这三个元素以任意比例构成的结构。第21-25行是设置USPEX遗传算法种群大小和代数。第29-33行是设置遗传算法的产生子代结构的具体操作。第37-46行是设置外挂的第一性原理软件。

USPEX的参数设置总结起来就是，先设置体系和类型，再设置种群和遗传操作，最后设置外挂的第一性原理软件，当然从官方案例拷贝一个类型的INPUT.TXT修改一下就行，不懂的参数USPEX –p xxx，就这么简单。
前面介绍过二元体系的变组分结构预测的结果处理，强调了凸包线的原理和作用，而此次是三元体系的变组分结构预测，还是凸包线吗？想想也是不可能，只能往三元金字塔相图那边想，预测结果最直观的展示就是打开compositionStatistic.pdf文件：

当然看到这个图，肯定会有点懵逼的感觉了，这个图要表达什么意思，这个Stable的结构到底是哪个了？不要着急，这个只是展示结构分布的图，具体的稳定的结构从OUTPUT.txt可以得到的：

这里需要抱怨一下USPEX开发者吧，这里数据并没有处理，三元体系的稳定的结构的成分为三种元素构成，前两个是整数，后一个为啥是小数了？虽然最后一位是小说看起来很别扭，但是这些结构都是我们的指路明灯，有些这些结构我们就能很有针对性和目标性的处理extended_convex_hull和extended_convex_hull_POSCARS这两个重要的文件。

先来看看extended_convex_hull这个文件，这个和二元体系有什么区别，其实是没多大区别的，但是二元体系里面的数据能够生动的和凸包线结合在一起，二元体系里面前面的几行的数据和OUTPUT.txt里面总结出来的稳定结构一一对应，也就是说都是凸包线上的点。而三元体系的数据有点让人摸不着头脑的感觉，看看前面几行的数据和OUTPUT.txt得到的稳定结构对应不上，只能根据OUTPUT.txt得到的稳定结构的成分来搜索。比如想找Zn1O5H10这个成分的稳定结构，直接grep "1 5 10" extended_convex_hull

一下子就能extended_convex_hull找到好几个成分为Zn1O5H10的结构，当然是焓值最低的结构最稳定，那么ID为9219的结构最稳定了，既然知道了稳定的结构的ID，那么它的原子坐标信息也就好办了，直接上extended_convex_hull_POSCARS搜索一下就行：grep -n EA9219 extended_convex_hull_POSCARS

很简单一个命令就能找到ID为9219的原子坐标信息所在的行数，那么知道行数以后，直接去extended_convex_hull_POSCARS找。

当然这只是一个结构的处理，OUTPUT.txt那么多稳定的结构还等待读者去处理。当然可以一个个手工去处理，也可以写一个简单脚本去处理。接下来请稍微深入的思考一下：三元体系变组分的有了这么一个初步的结果，怎么把这些结果变成paper了？下面一篇文章能够得到很好答案。doi: 10.1038/srep18347 (2015)

对于三元变组分结构预测，笔者还有一些需要说道一下：三元变组分搜索的计算巨大，比二元变组分计算量大的不只是一点点，并且准确率还是一个值得考虑的问题，所以一般并不建议采用这个三元体系去计算，除非计算资源很大，并不考虑投入产出的问题，存粹只是为了科研。
就拿Zn-O-H这三元体系计算来说，问题还是比较大的，总共计算了9339种结构，并且每种结构计算了5次，这就是差不多5W次计算，服务器跑起来至少一个月左右。再对结果进行进一步的处理，一个月左右的时间又过去了。这仅仅是一个压强下的结果，而实际上还需要计算不同压强的情况。此外有时候为了更好的处理三元体系的结果，还需要从三元体系里面找一些二元体系进行计算，这是一个庞大的工作。笔者在这里只是想强调三元体系计算变组分并不容易，如果准备三元体系计算变组分还需要做好心理准备。

02 总结

案例16：变胞定组分预测SrTiO3(50 原子/单胞 )0 GPa下稳定的结构，结构优化采用的是GULP(采用Buckingham势)。300案例17：以最高德拜温度为目的变胞定组分预测单胞8个C原子的稳定结构，结构优化采用VASP软件包。300案例18：三元体系Zn-O-H的变成分结构预测，结构优化还是采用GULP软件进行的。301这三案例都是老朋友，前面都讲过很多次，但还是有些不一样的地方，所以这次教程比较详细的介绍了不同的地方：大体系定组分稳定结构预测、以德拜温度为目的进行定组分结构预测、计算量惊人的三元体系的变组分结构预测。
03番外篇
案例16就是为了吊打另一个遗传算法预测软件：XtalOpt，我们现在来稍微看一下这个软件长什么样的。http://xtalopt.github.io/index.html它居然是用户界面操作，不符合科研界喜欢命令行来处理结果的惯例。当然它是采用遗传算法的，和USPEX有很多方法执行原理上有点类似吧，但是功能还是差了一些，具体的笔者还没仔细去探索，看看用它做出结果发表的文章可以看出基本上还是作者和她朋友的课题组在使用吧，发表的文章量并不多。软件并不需要贪多，用熟USPEX，并了解它背后的原理，比你懂N款晶体结构预测的软件强很多。