高斯积分点
gauss integration point
基于积分点的材料分区方法研究 - 土木建筑工程 - 首发论文 - 中国科技论文在线 关键词： 材料分区；高斯积分点；自定义材料 [gap=877]Keywords： material regions；gauss integration point；Umat
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gauss integral point
高斯积分点
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gaussian integral point
高斯积分点
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gaussian integration point
高斯积分点
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Gauss-Hermite quadrature point
该方法克服了高斯点附近积分值的不稳定问题，提高了计算精度和收敛速度。
The unstability integration number near the Gauss point is overcome, and the calculating precision and the convergence speed are improved.
在计算过程中，取积分网格中高斯点的材料常数来模拟材料特性的变化。
In computational procedures, variations of material properties are simulated by adopting material parameters of Gauss point in quadrature elements.
分析了距离、角度、单元尺寸以及高斯点个数等因素对积分精度的影响，提出了一套满足不同精度要求的积分判据。
Having analyzed many factors, such as distance, angle, element size, the number of gauss integral, etc. , which have great effect on the gauss integral precision.
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&&BufData:&OleV
&&BufData&:=&VarArrayCreate([0,&PicSize&-&1],&varByte);
&&Pic&:=&VarArrayCreate([0,&PicWidth&-&1,&0,&PicHeight&-&1],&varByte);
&&for&i&:=&0&to&PicWidth&-&1&do
&&&&for&j&:=&0&to&PicHeight&-&1&do
&&&&&&Pic[i,&j]&:=&BufData[j&*&PicWidth&+&i];
由于Pic和BufData都是Variant，所以计算很慢，要328ms（比正常数组计算,只要31ms慢十倍），能不能加快运算不慢就不是这个类型了,普遍的感觉都是慢这么多我是想能不能找出Variant数组的数据区,通过指针直接操作数据,但我不知道这数据区怎么找&即然是varByte，就嘗試換個方式吧。變體本身慢這是必然的。&&BufData:&OleV&
&&BufData&:=&VarArrayCreate([0,&PicSize&-&1],&varByte);&
&&Pic&:=&VarArrayCreate([0,&PicWidth&-&1,&0,&PicHeight&-&1],&varByte);&
&&//for&i&:=&0&to&PicWidth&-&1&do&
&&//begin&
&&//&&for&j&:=&0&to&PicHeight&-&1&do&
&&//&&begin&
&&//&&&&Pic[i,&j]&:=&BufData[j&*&PicWidth&+&i];&
&&P&:=&VarArrayLock(BufData);
&&P1&:=&VarArrayLock(Pic);
&&Move(PAnsiChar(P)^,&PAnsiChar(P1)^,&PicSize);
&&VarArrayUnLock(BufData);
&&VarArrayUnLock(Pic);4楼的好,用指针操作学习``爽,太感谢unsigned了,时间只要15ms了
另外问下:VarArrayLock和VarArrayUnLock的作用是什么,是必须要用吗VarArrayLock:锁定这块内存，相当于独占，效率高；
VarArrayUnLock：解除锁定;
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Gaussian 03 用户参考手册
Gaussian 03 用户参考手册Gaussian 03 User’s Refrence?leen Frisch Michael J. Frisch Gary W. TrucksZork 译 ()2004 年 2 月-1-目录第 1 章 绪论................................................................................................................................ - 8 官方 Gaussian 03 文献的引用 ............................................................................................ - 8 推荐的附加引用.......................................................................................................... - 9 Gaussian 03 的功能 ............................................................................................................. - 9 基本算法.................................................................................................................... - 10 能量............................................................................................................................ - 10 梯度和几何优化........................................................................................................ - 11 频率和二阶导数........................................................................................................ - 11 分子性质.................................................................................................................... - 12 溶解模型.................................................................................................................... - 12 手册概要............................................................................................................................ - 12 Gaussian 03 文档集 ........................................................................................................... - 13 第 2 章 运行 Gaussian ............................................................................................................ - 14 指定 scratch 文件的操作和位置 ...................................................................................... - 14 跨磁盘分割 scratch 文件 ......................................................................................... - 15 保存和删除 scratch 文件 ......................................................................................... - 15 初始化文件................................................................................................................ - 15 控制内存使用.................................................................................................................... - 16 在 UNIX 系统中运行 Gaussian ........................................................................................ - 16 脚本与 Gaussian ...................................................................................................... - 17 用 NQS 批处理 ......................................................................................................... - 18 Gaussian 03 的链接 ........................................................................................................... - 18 第 3 章 Gaussian 03 的输入 .................................................................................................. - 21 Gaussian 03 输入概述 ....................................................................................................... - 21 Gaussian 03 输入部分分类 .................................................................................... - 22 输入语法............................................................................................................................ - 23 Gaussian 03 任务类型 ............................................................................................ - 24 模型化学............................................................................................................................ - 25 基组.................................................................................................................................... - 26 添加极化和弥散函数 ................................................................................................ - 28 附加的基组有关关键字 ............................................................................................ - 29 纯基函数与笛卡尔基函数相比较产生的问题 ........................................................ - 29 密度拟合基组.................................................................................................................... - 30 任务的标题部分................................................................................................................ - 30 分子说明概述.................................................................................................................... - 30 指定周期体系............................................................................................................ - 32 指定同位素以及其它核参数 .................................................................................... - 33 分子力学的原子类型 ................................................................................................ - 33 指定空原子................................................................................................................ - 34 多步任务............................................................................................................................ - 34 Gaussian 03 关键字 ........................................................................................................... - 34 # ................................................................................................................................. - 35 -2-ADMP ........................................................................................................................ - 35 AM1 ........................................................................................................................... - 38 Amber ........................................................................................................................ - 38 Archive ...................................................................................................................... - 38 B3LYP ....................................................................................................................... - 39 BD .............................................................................................................................. - 39 BOMD........................................................................................................................ - 40 CASSCF ................................................................................................................... - 44 CBS-4M，CBS-Lq，CBS-Q，CBS-QB3 和 CBS-APNO .................................. - 50 CBSExtrapolate ....................................................................................................... - 52 CCD 和 CCSD.......................................................................................................... - 53 Charge ...................................................................................................................... - 53 ChkBasis ................................................................................................................... - 54 CID 和 CISD ............................................................................................................. - 55 CIS 和 CIS(D) ........................................................................................................... - 56 CNDO ........................................................................................................................ - 58 Complex .................................................................................................................... - 58 Constants .................................................................................................................. - 59 Counterpoise ............................................................................................................ - 60 CPHF ......................................................................................................................... - 61 Density ...................................................................................................................... - 62 DensityFit .................................................................................................................. - 63 密度泛函(DFT)方法 ................................................................................................. - 63 Dreiding ..................................................................................................................... - 67 ExtendedHuckel....................................................................................................... - 67 External ..................................................................................................................... - 68 ExtraBasis 和 ExtraDensityBasis .......................................................................... - 68 Field ........................................................................................................................... - 69 FMM .......................................................................................................................... - 71 Force ......................................................................................................................... - 72 Freq ........................................................................................................................... - 73 冻结核选项................................................................................................................ - 79 G1，G2，G2MP2，G3，G3MP2，G3B3 和 G3MP2B3 .................................. - 80 Gen 和 GenECP ...................................................................................................... - 82 Geom ......................................................................................................................... - 86 GFInput ..................................................................................................................... - 90 GFPrint ...................................................................................................................... - 90 Guess ........................................................................................................................ - 90 GVB ........................................................................................................................... - 95 HF .............................................................................................................................. - 97 Huckel ....................................................................................................................... - 97 INDO.......................................................................................................................... - 98 Integral ...................................................................................................................... - 98 IOp ........................................................................................................................... - 101 -3-IRC........................................................................................................................... - 102 IRCMax ................................................................................................................... - 104 LSDA ....................................................................................................................... - 106 MaxDisk .................................................................................................................. - 106 MINDO3 .................................................................................................................. - 107 分子力学方法.......................................................................................................... - 107 MNDO ..................................................................................................................... - 114 MP2，MP3，MP4，和 MP5 方法 ....................................................................... - 115 Name ....................................................................................................................... - 116 NMR ........................................................................................................................ - 116 ONIOM .................................................................................................................... - 118 Opt ........................................................................................................................... - 122 Output...................................................................................................................... - 138 OVGF ...................................................................................................................... - 139 PBC ......................................................................................................................... - 140 PM3 和 PM3MM..................................................................................................... - 140 Polar ........................................................................................................................ - 140 Population ............................................................................................................... - 142 Pressure.................................................................................................................. - 144 Prop ......................................................................................................................... - 144 Pseudo .................................................................................................................... - 146 Punch ...................................................................................................................... - 148 QCISD ..................................................................................................................... - 149 ReArchive ............................................................................................................... - 149 SAC-CI .................................................................................................................... - 150 Scale........................................................................................................................ - 154 Scan ........................................................................................................................ - 154 SCF.......................................................................................................................... - 155 SCRF ....................................................................................................................... - 158 SP ............................................................................................................................ - 164 Sparse ..................................................................................................................... - 165 Stable ...................................................................................................................... - 165 Symmetry................................................................................................................ - 166 TD ............................................................................................................................ - 167 Temperature ........................................................................................................... - 168 Test .......................................................................................................................... - 168 TestMO .................................................................................................................... - 169 TrackIO.................................................................................................................... - 169 Transformation ....................................................................................................... - 169 UFF .......................................................................................................................... - 170 Units......................................................................................................................... - 170 Volume .................................................................................................................... - 170 W1U 和 W1BD ....................................................................................................... - 171 ZINDO ..................................................................................................................... - 172 -4-Link 0 命令总结 ...................................................................................................... - 172 定义非标准的计算执行路径 .................................................................................. - 173 第 4 章 效率的考虑................................................................................................................ - 178 估计计算的内存需求...................................................................................................... - 178 并行计算的内存需求 .............................................................................................. - 179 积分的存储，转换和验算 .............................................................................................. - 179 SCF 能量和梯度.............................................................................................................. - 180 积分的存储.............................................................................................................. - 180 直接 SCF 方法........................................................................................................ - 180 单点直接 SCF 收敛 ................................................................................................ - 181 收敛的问题.............................................................................................................. - 181 SCF 频率................................................................................................................. - 182 MP2 能量 ......................................................................................................................... - 182 MP2 梯度 ......................................................................................................................... - 183 MP2 频率 ......................................................................................................................... - 184 更高级的相关方法.......................................................................................................... - 184 激发态的能量和梯度...................................................................................................... - 184 积分的存储.............................................................................................................. - 185 重新开始任务和波函的再使用 .............................................................................. - 185 CIS 激发态密度 ...................................................................................................... - 185 开壳层激发态的缺陷 .............................................................................................. - 186 稳定性计算...................................................................................................................... - 186 CASSCF 的效率 .............................................................................................................. - 186 CASSCF 频率 ........................................................................................................ - 186 第 5 章 实用程序.................................................................................................................... - 187 GAUSS_MEMDEF 环境变量......................................................................................... - 187 c8603 ................................................................................................................................ - 187 chkchk .............................................................................................................................. - 188 cubegen ............................................................................................................................ - 188 cubman ............................................................................................................................. - 189 formchk ............................................................................................................................ - 191 freqchk ............................................................................................................................. - 192 freqmem ........................................................................................................................... - 193 gauopt............................................................................................................................... - 194 ghelp................................................................................................................................. - 195 mm ................................................................................................................................... - 196 newzmat ........................................................................................................................... - 196 testrt.................................................................................................................................. - 200 unfchk .............................................................................................................................. - 201 第 6 章 安装与配置 Gaussian.............................................................................................. - 202 系统需求.......................................................................................................................... - 202 设置 Gaussian 运行环境 ................................................................................................. - 202 scratch 文件的考虑事项 ........................................................................................ - 202 站内定制：Default.Route 文件 ...................................................................................... - 203 -5-默认路径.................................................................................................................. - 203 Default.Route 的限制 ............................................................................................ - 203 默认内存.................................................................................................................. - 203 处理器数量.............................................................................................................. - 204 站点名称.................................................................................................................. - 204 典型的默认设置...................................................................................................... - 204 用户默认文件.......................................................................................................... - 204 运行 Gaussian 测试任务 ................................................................................................. - 205 运行测试文件前，重命名已存在的 Default.Route 文件.................................... - 205 例子.......................................................................................................................... - 205 附录 ......................................................................................................................................... - 207 A. G03 和 G98 之间变化的总结 ........................................................................................... - 207 新方法和新功能.............................................................................................................. - 207 效率的改进...................................................................................................................... - 208 Gaussian 03 和 Gaussian 98 功能的差别 ....................................................................... - 208 在 Gaussian 98 最后一个版本中引进的修改 ..................................................... - 208 对工具程序的增强.......................................................................................................... - 208 B. 程序的限制 ........................................................................................................................ - 209 Z-矩阵的限制 .................................................................................................................. - 209 基组的限制...................................................................................................................... - 209 积分程序的限制.............................................................................................................. - 209 SCF 和后 SCF-计算的限制 ............................................................................................ - 209 NBO 的大小 .................................................................................................................... - 210 C. 构建 Z-矩阵 ....................................................................................................................... - 211 使用内坐标...................................................................................................................... - 211 混合内坐标和笛卡尔坐标 ...................................................................................... - 212 另一种 Z-矩阵格式 ................................................................................................. - 213 使用虚原子.............................................................................................................. - 213 几何结构构造模块.......................................................................................................... - 215 D. 补充的关键字.................................................................................................................... - 216 废弃的关键字.................................................................................................................. - 216 废弃的工具.............................................................................................................. - 217 不赞成使用的功能.......................................................................................................... - 217 Cube 的说明 ........................................................................................................... - 219 Massage 的说明 .................................................................................................... - 222 程序开发有关的关键字 .................................................................................................. - 224 参考文献.................................................................................................................................. - 225 --6--7-第1章 绪论这本手册讲述 Gaussian 03。Gaussian 03 是由许多程序相连通的体系，用于执行各种 半经验和从头分子轨道（MO）计算。这本手册是程序全部功能的完整参考书。 Gaussian 03 可用来预测气相和液相条件下，分子和化学反应的许多性质，包括： ? 分子的能量和结构 ? 过渡态的能量和结构 ? 振动频率 ? 红外和拉曼光谱（包括预共振拉曼） ? 热化学性质 ? 成键和化学反应能量 ? 化学反应路径 ? 分子轨道 ? 原子电荷 ? 电多极矩 ? NMR 屏蔽和磁化系数 ? 自旋-自旋耦合常数 ? 振动圆二色性强度 ? 电子圆二色性强度 ? g 张量和超精细光谱的其它张量 ? 旋光性 ? 振动-转动耦合 ? 非谐性的振动分析和振动-转动耦合 ? 电子亲和能和电离势 ? 极化和超极化率（静态的和含频的） ? 各向异性超精细耦合常数 ? 静电势和电子密度 计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因 此，Gaussian 03 可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的 影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。 本章余下的部分介绍 Gaussian 03 的文献引用，详细讨论更多的技术细节特征，介绍手 册和其它 Gaussian 文档集的内容。官方 Gaussian 03 文献的引用Gaussian 03是由从前出版的Gaussian 70，Gaussian 76，Gaussian 80，Gaussian 82， Gaussian 86，Gaussian 88，Gaussian 90，Gaussian 92，Gaussian 92/DFT，Gaussian 94 和Gaussian 98体系[1-11]进一步发展来的。本项工作在当前需要的引用是： Gaussian 03 , Revision A.1, M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone,-8-B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, and J. A. Pople, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003. 注意：需要用实际的修订版程序标识号代替“Revision A.1” 。 对Gaussian 03中首次出现的改进做出工作的有：M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. A. Montgomery, Jr., T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, A. D. Daniels, O. Farkas, A. D. Rabuck, K. Raghavachari 和J. V. Ortiz。 在发布Gaussian 03之后的很短时期内，将会很快出版讲述它科学功能的文章。以后将 会引用这个文献（当前的状态参见/citation.htm） 。推荐的附加引用在报告Gaussian计算结果时， 通常除了给出程序本身的引用之外， 我们还推荐引用描述 计算所用理论方法的原始参考文献。这些参考文献在本手册有关关键字的详细论述中给出。 唯一的特例是那些建立时间比较长的方法， 例如Hartree-Fock理论， 已经发展到约定俗成的 程度，在这一点上，它基本是自引用的。 在某些情况下，Gaussian的输出中会显示该计算类型的有关参考资料。 Gaussian还包含链接为607的程序NBO。若使用该程序，则应另外引用如下： NBO Version 3.1, E. D. Glendening, A. E. Reed, J. E. Carpenter, and F. Weinhold. 还应引用NBO的原始参考文献[12-19]。Gaussian 03 的功能Gaussian 03 程序设计时考虑到使用者的需要。所有的标准输入采用自由格式和助记代-9-号，程序自动提供输入数据的合理默认选项，计算结果的输出中含有许多解释性的说明。程 序另外提供许多选项指令让有经验的用户更改默认的选项，并提供用户个人程序连接到 Gaussian 的接口。作者希望他们的努力可以让用户把精力集中于把方法应用到化学问题上 和开发新方法上，而不是放在执行计算的技巧上。 Gaussian 03 系统的技术性能在下面列出。基本算法? 可对任何一般收缩的 gaussian 函数计算单电子和双电子积分。这些基函数可以是笛卡 尔高斯函数或纯角动量函数，并且有多种基组存储于程序中，可以通过名称调用。积分 可储存在内存和外接存储器上，或在用到时重新计算[20-28]。对于确定类型的计算， 计算的花费可以使用快速多极方法(FMM)和稀疏矩阵技术实现线性化[29-34]。 将原子轨道(AO)积分转换成分子轨道基的计算，可用的方法有“in-core” （将 AO 积分 全部存在内存里） ， “直接” （不需储存积分） ， “半直接” （用磁盘储存部分积分） ，或“传 统”方法（把所有 AO 积分储存在磁盘上） 。 使用密度拟合，加速纯 DFT 计算的库仑部分[35,36]。 数值求积分，计算 DFT 的 XC 能量及其微分。?? ?能量? ? ? ? 使用 AMBER[37]，DREIDING[38]和 UFF[39, 40]力场的分子力学计算。 使用 CNDO[41], INDO[42], MINDO/3[43,44], MNDO[43, 45-52], AM1[43, 48, 49, 53, 54]，和 PM3[55, 56]模型哈密顿量的半经验计算。 使用闭壳层 (RHF)[57] ，自旋非限制开壳层 (UHF)[58] ，自旋限制开壳层 (ROHF)[59] Hartree-Fock 波函的自洽场(SCF)计算。 使用二级，三级[61]，四级[62, 63]和五级[64]M? ller-Plesset 微扰理论[60]计算相 关能。MP2 计算可用直接[21,65]和半直接方法[23]，有效地使用可用的内存和磁盘空 间。 用组态相互作用(CI)计算相关能，即可使用全部双激发(CID)，也可使用全部单激发和 双激发(CISD) [66]。 双取代的耦合簇理论(CCD) [67]，单双取代耦合簇理论(CCSD) [68-71]，单双取代的二 次组态相互作用(QCISD) [72], 和 Brueckner 轨道双取代耦合簇理论(BD) [73, 74]。 还可以计算非迭代的三取代（QCISD 和 BD 还有四取代）的贡献。 密度泛函理论(DFT) [75-79]，一般还包括用户可以自行组合的 Hartree-Fock 和 DFT 的混合方法。可用的泛函完整列表见第三章。 自动的高精度能量方法：G1 理论[80, 81]，G2 理论[82]，G2(MP2)理论[83]，G3 理论 [84]， G3(MP2) [85]， 以及其它的变体[86]； 完全基组(CBS)方法[87-91]: CBS-4[91, 92], CSB-q[91], CBS-Q[91]，CBS-Q//B3 [92, 93]，和 CBS-QCI/APNO[90]，以及一般的 CBS 外推方法；Martin 的 W1 方法（加上了微小的修改）[94-96]。 一般的 MCSCF，包括完全活性空间 SCF(CASSCF)[97-100]，并可选择包含 MP2 相关能计 算[101]。算法的改善[102]使得 Gaussian 03 可处理 14 个以内的活性轨道。还支持 RASSCF 变体[103,104]。 广义价键-完全电子对(GVB-PP) SCF 方法[105]。? ?? ???- 10 -? ?对 Hartree-Fock 和 DFT 方法计算在取消限制后，测试 SCF 波函的稳定性[106, 107]。 使用单激发组态相互作用(CI-Singles)方法 [108]，HF 和 DFT 的含时方法[109-111]， ZINDO 半经验方法 [112-120] ，以及 Nakatsuji 等人的对称性匹配簇 / 组态相互作用 (SAC-CI)方法[121-135]，计算激发态能量。梯度和几何优化? 解析计算RHF [136]，UHF，ROHF，GVB-PP，CASSCF [137, 138]，MP2 [22, 23, 139, 140]， MP3，MP4(SDQ) [141, 142]，CID [143]，CISD，CCD，CCSD，QCISD，密度泛函和激发 态CIS能量[108]的核坐标梯度。以上的后-SCF方法可以利用冻结核近似。 使用内坐标，笛卡尔坐标或混合坐标，自动几何优化到能量最小或鞍点结构 [136, 144-148]。不论输入使用何种坐标系统，执行优化计算默认使用冗余内坐标[149]。 使用同步过渡引导的准Newton方法[150]，自动进行过渡态搜索。 使用内反应坐标(IRC)[151, 152]计算反应路径。 对能量和几何优化进行二或三层的ONIOM [153-163]计算。 同时优化过渡态和反应路径[164]。 使用态平均CASSCF进行圆锥截点的优化[165-167]。 沿着指定的反应路径，定位过渡结构能量最大点的IRCMax计算[168-176]。 经典的动力学轨迹计算，其中的经典运动方程集成了解析二阶导数[177-180]，可以使 用： ? Born-Oppenheimer分子动力学(BOMD)[177-182]（参见[183]的评论）[184-188]。 它可以使用任何可以计算解析梯度的方法，也可以利用Hessian的信息。 ? 通过原子为中心的密度矩阵传播分子动力学模型[188-190]，传播电子自由度。这 一方法与有关的Car-Parrinello方法[191]既有相似，又有不同。详见ADMP关键字 的说明。这可以用AM1，HF，和DFT方法完成。? ? ? ? ? ? ? ?频率和二阶导数? 对RHF，UHF，DFT，RMP2，UMP2，和CASSCF方法[25, 139, 192-199]，和用CIS方法计算 的激发态等，解析计算力常数（对核坐标的二阶导数） ，极化率，超极化率，和偶极矩 的解析导数。 通过对MP3，MP4(SDQ)，CID，CISD，CCD，和QCISD方法[143, 200-202]的能量、梯度的 数值微分，计算力常数，极化率和偶极矩导数。 使用任意同位素，温度，和压强做谐振分析和热化学分析。 对内坐标分析简正模式。 确定振动跃迁的红外和拉曼强度[193, 194, 196, 200, 203]。也可以确定预共振拉曼 强度。 谐性振-转耦合[204-207]。 非谐性振动和振-转耦合[204，206-214]。非谐性振动可用于能计算解析二阶导数的方 法。? ? ? ? ? ?- 11 -分子性质? 使用 SCF，DFT，MP2，CI，CCD，QCISD 方法求解各种单电子性质，如 Mulliken 布居分 析[215]， 多极矩， 自然布居分析， 静电势， 以及用 Merz-Kollman-Singh [216, 217] 方 法，CHelp[218]方法，或 CHelpG 方法[219]计算静电势导出电荷。 用 Hartree-Fock 和 DFT 方法计算静态的或含频的极化率和超计划率[220-225]。 用 SCF，DFT 和 MP2 方法[226-235]，计算 NMR 屏蔽张量和分子的磁化系数。现在可以用 GIAO 方法[236,237]计算磁化系数。还可以在 Hartree-Fock 和 DFT 级别计算自旋-自旋 耦合常数[238-241]。 振动圆二色性(VCD)强度[242]。 用传播子方法计算电子亲和能和电离势[243-249]。 CASSCF 计算中可计算两自旋状态间的近似自旋-轨道耦合[250-254]。 电子圆二色性[255-259]（参见[260]的评论） 。 用 GIAO 计算旋光性和旋光色散[261-271]。 超精细谱：g 张量，核的电四极常数，转动常数，四阶离心畸变项，电子自旋转动项， 核自旋转动项，偶极超精细项，以及 Fermi 接触项[272-279]。输入可以用广泛使用的 H. M. Pickett 的程序[280]产生。? ?? ? ? ? ? ?溶解模型? ? 所有这些模型均使用自洽反应场(SCRF)方法模拟溶液中的体系。 Onsager 模型（偶极和球反应场）[281-284]，包括在 HF 和 DFT 级别的解析一阶和二阶 导数，在 MP2，MP3，MP4(SDQ)，CI，CCD 和 QCISD 级别的单点能计算。 对于解析 HF，DFT，MP2，MP3，MP4(SDQ)，QCISD，CCD，CCSD，CID 和 CISD 的能量，以 及 HF 和 DFT 的梯度和频率，Tomasi 等人[285-303]的极化连续（重叠球）模型(PCM)。 ? 对激发态计算溶剂影响[298-300]。 ? 计算溶剂出现时的很多特性[304-306]。 在 HF 和 DFT 级别，能量的 IPCM（静态等密度曲面）模型[307]。 在 HF 和 DFT 级别上的 SCI-PCM（自洽等密度曲面）模型[307]，用解析方法计算能量和 梯度，数值方法计算振动频率。? ?手册概要手册包含六章和五个附录，除此绪论之外，还有： ? 第二章，运行Gaussian。讲述如何在各种操作系统中运行程序。 ? 第三章，Gaussian 03的输入。讲述Gaussian输入文件的一般结构，并对所有支持 的关键字和选项提供了参考文献。注意：为了保持清晰和版面的原因，本章示例的 输出文件大都经过编辑。 ? 第四章，效率的考虑。提供Gaussian最佳运行的指导。它考虑了使用算法的性能和 限制，并讨论了各种选择的内在折衷方案。 ? 第五章，实用程序。讲述Gaussian提供的工具集的说明，包括最佳使用的建议。 ? 第六章，安装与配置。适用于系统管理员，讲述了Gaussian程序的安装，以及操作- 12 -? ? ? ?的站内配置。 附录A，Gaussian 03和Gaussian 98之间的不同。说明Gaussian 03与以前版本在功 能上的增加和变化。 附录B，程序的限制。说明Gaussian 03的几处严格限制。 附录C，构建Z-矩阵。讲述如何建立描述分子体系的Z-矩阵。 附录D，补充的关键字。列出了废弃的、相应的功能不推荐使用的、或者仅用于程 序开发环境的关键字和选项。Gaussian 03 文档集Gaussian 03 程序的参考文档集有： ? Gaussian 03 User’s Reference，讲解 Gaussian 03 设置输入和运行程序的机理，详细 说明可用的关键字和选项。它还包括程序在安装，配置，和执行上的考虑。 ? Gaussian 03 IOPs Reference，讲解 Gaussian 03 所有占位段的定义的选项和可用的设 置。这些内容的最新版位于我们的主页：/iops.htm。 ? Gaussian 03 Programmer’s Reference，提供给想对 Gaussina 03 作修改的程序员，以 便接到自己的程序中。它讲解执行的细节，Gaussian 03 系统例程，所有进程，占位段 以及内部选项，并提供程序员关心的其它操作系统的特定信息。 用户如果需要运行 Gaussian 详细的基础指导， 如设置任务和解释 Gaussian 输出， 应当 参考这本书：Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods [308]。 此外，每一期的 Gaussian NEWS 提供了对 Gaussian 03 程序的增加，更新，澄清说明， 以及很多详细的技术性讨论。这些内容位于我们主页的 Technical Information 栏： /techinfo.htm。- 13 -第2章 运行 Gaussian这一章讲述用于在UNIX计算机系统上运行Gaussian所需要的操作系统命令。 对于其它操 作系统的等效信息，见随程序一起的说明书。G98W运行简单，这里不再叙述。这一章假定程 序已经像在第6章所讲的那样安装完毕。本章最后一部分列出了构成 Gaussian 03程序的链 接。 运行Gaussian包含以下步骤： ? 创建描述Gaussian计算的输入文件。 ? 指定各scratch文件的位置。 ? 指定资源需求 ? 以交互或批处理模式开始执行程序。 在这一章， 我们假定已经创建了基本的Gaussian输入文件， 我们的讨论将分析列表中的 剩余三项。指定 scratch 文件的操作和位置Gaussian在计算过程中使用数个scratch文件。它们包括： ? Checkpoint文件：name.chk ? 读写文件：name.rwf ? 双电子积分文件：name.int ? 双电子积分的导数文件：name.d2e 默认情况下，这些文件由 Gaussian 处理进程的 ID 命名，并存储于由 (UNIX) 环境变量 GAUSS_SCRDIR定义的scratch目录中。还可以在这个目录中察看name.inp形式的文件。这些 是程序使用的内部输入文件。 如果没有设置环境变量， 则路径默认为Gaussian计算的当前工 作目录。 这些文件在计算成功结束后默认删除。但是，你可能会希望保存checkpoint文件，用于 以后其它的Gaussian计算任务，用于可视化程序，或者重新开始一个失败的计算，等等。这 可以通过在Gaussian输入文件中使用%Chk命令，对checkpoint文件直接命名和/或为其提供 路径来实现。例如： %Chk=water 这一位于输入文件开始的命令（位于计算执行路径之前，详见第3章） ，给出checkpoint 文件的名称water.chk，覆盖通常产生的名称，使这个文件在任务结束后被保存。这样，这 个文件就保留在当前目录中。但是，下面的命令将指定其它的目录位置和文件名： %Chk=/chem/scratch2/water 如果 scratch 文件目录的磁盘空间有限，但是系统有其它的磁盘空间可用，可以把 scratch文件分割后存储到几个磁盘位置中。 下面的命令可以定义其它scratch文件的名称和 位置： %RWF=path %Int=path- 14 -读写文件 积分文件%D2E=path积分导数文件一般情况下，读写文件是最大的，所以经常为它指定其它位置。跨磁盘分割 scratch 文件对于在两个或更多磁盘（或文件系统中）上分割读写文件，积分文件，和/或积分导数 文件，提供了可选的语法。下面是%RWF命令的语法： %RWF=loc1,size1,loc2,size2,… 其中的每个 loc是目录位置或文件路径名，每一个size是该目录中文件片段的最大尺寸。 Gaussian将对任何定义目录的loc自动产生唯一的文件名。在UNIX系统中，目录说明（不包 含文件名）必须在末尾包含斜线“/” 。 默认的尺寸以字节为单位；数值后可以接KB，MB或GB（中间不插入空格）分别表示KB， 2 MB或GB，或接KW，MW或GW，分别表示千位，兆位或吉位。注意1 MB=1024 位=1,048,576位（而 不是1,000,000位） 。 值-1接任何尺寸参数表示使用所有可用的空间，0值表示使用当前磁盘片段的空间。-1 仅对最后指定的文件是有用的，在这种情况下是默认的。 例如，下面的指令把读写文件分割到三个磁盘中： %RWF=/Dalton/s0/,60MW,/scratch/,800MB,/temp/s0/my_job,-1 文件片段的最大尺寸分别是480 MB，800 MB，和无限制。Gaussian将对前两个片段产生 文件名，第三个的名称给定为my_job。注意目录说明的末尾包含斜线。 由于目前UNIX设备的限制，使用-1需要当心，因为它可能把一个文件片段延伸，超过系 统所有剩余的磁盘空间；它的另一个作用是防止使用保存在列表中的任何附加的文件片段。保存和删除 scratch 文件未命名的scratch文件在Gaussian计算结束后默认被删除，命名的则被保存。 %NoSave 命令可以用来改变这一默认约定。当在输入文件中包含这一指令时，指令出现在输入文 件%NoSave以前的已命名scratch文件 （以及所有未命名的scratch文件） 将在计算后被删除。 但是如果命名文件的%指令出现在%NoSave指令之后，文件将被保存。例如，下面的命令定义 checkpoint文件名， 以及读写文件的替代名称和目录位置， 导致在Gaussian任务结束后只保 存checkpoint文件： %RWF=/chem/scratch2/water %NoSave %Chk=water到这里为止的文件都被删除 到这里为止的文件都被保存初始化文件Gaussian系统包含初始化文件，设置用于运行程序的用户环境。这些文件是： $g03root/g03/bsd/g03.login $g03root/g03/bsd/g03.profile C shell Bourne shell注 意 g03root 环 境 变 量 必 须 由 用 户 设 置 。 因 此 对 于 Gaussian 用 户 ， 习 惯 在 .login- 15 -或.profile文件中包含下面的命令： .login文件： setenv g03root 路径 source $g03root/g03/bsd/g03.login .profile文件： G03root=路径 export g03root . $g03root/g03/bsd/g03.profile 正确设置后，使用g03命令运行Gaussian 03（见下） 。控制内存使用%Mem命令控制Gaussian使用的动态内存总量。默认使用6 MW。这可以通过n个双精度字 节改变，定义： %Mem=n 例如，下面的命令设置使用64 MB内存： %Mem=8000000 %Mem的值也可接KB，KW，MB，MW，GB或GW（中间不要插入空格）表示其它单位。例如， 下面的命令同样设置使用64 MB动态内存： %Mem=64MB 对于非常大的直接SCF计算，需要分配的内存更大――至少3N 位，其中的N是基函数数 量。如果可能的话，频率和包含f函数的后-SCF计算需要6 MW内存。对于大多数系统，中等 尺寸（即，小于500个基函数的直接SCF）的计算使用6 MW以上的内存并不能改善运行。3警告：如果使用多于实际物理内存的内存总量，会使运行效率极差。如果Gaussian用在很少物理内存的计算机上，使得默认的48 MB内存不可用，那么在安 装时应当对默认算法和默认的内存分配进行设置。 关于提高Gaussian效率的更多细节参见第 4章。在 UNIX 系统中运行 Gaussian一旦准备好所有的输入和设备说明，就可以准备运行程序了。Gaussian 03可以使用两 种命令形式之一进行交互运行： G03 job-name 或 g98 &input-file &output-file 在第一种形式中，程序从读取输入，并把输出写到job-name.log中。当 没有指定job-name时，程序从标准的键盘输入读取，并写到标准输出中，这可以使用通常的 UNIX形式重新定位或用管道传递。 和任何shell命令方式相同， 使用&可以强制两种形式命令 中的任何一种在后台运行。- 16 -脚本与 Gaussian运行Gaussian 03的脚本可以用几种方法创建（这些例子中我们使用C shell） 。首先， 像上面的g03命令可以包含在shell脚本中。第二，用&&结构，把Gaussian实际的输入包含在 脚本中： #!/bin/csh G03 &&END &water.log %Chk=water #RHF/6-31G(d) water energy 0 O H H 1 1 1 1.0 1.0 2 120.0END echo DJob done.‖ 在接&&符号的字符串前，所有的行都看作是g03的输入命令。 最后，可以建立循环，依次运行几个Gaussian任务。例如，下面的脚本运行所有命令行 参数指定的Gaussian输入文件，并把活动的日志文件保存到Status文件中： #!/bin/csh echo “Current Job Status:” & Status echo “Starting file $file at ‘date’ ” && Status g98 & $file & $file:r.log echo “$file Done with status $status” && Status end echo “All Done.” && Status 下面更复杂的脚本可以从作为脚本命令行参数文件的部分输入中， 创建即时的Gaussian 输入文件。使用的文件缺少完整的计算执行路径；它们的计算执行路径简单地由#符号，或 由包含用于分子体系的特殊关键字，但没有方法、基组或计算类型的#行构成。 脚本对每一个部分输入文件，创建一个两步的任务――Hartree-Fock优化之后是MP2单 点能计算――都由脚本中的文字命令和脚本执行时指定的每个文件的内容构成。 它通过使用 Gaussian 03的@包含文件机制，来包含后者： #!/bin/csh echo DCurrent Job Status:‖ & Status foreach file ($argv) echo DStarting file $file at ?date‘ ‖ && Status g03 && END& $file:r.log %Chk=$file:r # HF/6-31G(d) FOpt @$file/N --Link1―- 17 -%Chk=$file:r %NoSave # MP2/6-31G(d,p) SP Guess=Read Geom=AllCheck END echo D$file Done with status $status‖ && Status end # end of foreach echo DAll Done.‖ && Status用 NQS 批处理Gaussian可以使用UNIX系统支持的NQS批处理工具。初始化文件中定义的subg03命令可 以把输入任务提交到批处理序列中。它的语法是： Subg03 序列名 任务名 [-scrdir dir1] [-exedir dir2] [-p n] 两个必需的参数是序列名和文件名。输入来自，输出为job-namelog，与 交互运行一样。NQS日志文件发送到job-name.batch-log。可选的参数-scrdir和-exedir分 别用于代替默认的scratch和执行目录。其它参数来自NQS选项。特别是-p n可用于设置序列 中优先为n。它在启动时优先计算（1是最低的） ，并不影响运行时间的优先权。 从交互方式提交NQS任务，需要创建类似于下面的文件（文件名为name.job） ： # QSUB Cr name Co name.out Ceo # QSUB Clt 2000 ClT 2100 # QSUB Clm 7mw ClM 7mw g98 & 其中的name应当用实际计算使用的名称代替。第一行命名运行的任务，输出文件名，以及在 输出文件中包含出错信息。不同的时间参数允许加入用于清除的任务控制（例如，如果事件 超过运行时间限制，就保存checkpoint文件） 。内存参数用于最初执行任务的时间安排，以 及由程序确定动态内存的使用。 这个任务接下来使用以下的命令提交： $ qsub name.job 输出的文件将放在当前的工作目录。Gaussian 03 的链接下面的表列出了 Gaussian 03 的构成程序――也就是所说的链接 （link） ――及其主要功 能： 链接 L0 L1 L101 L102 L103 L105 L106- 18 -功能 初始化程序，控制占位 处理计算执行路径，创建执行链接的列表，并初始化 scratch 文件 读取标题和分子说明部分 FP 优化 Berny 优化到最小值和 TS，STQN 过渡态寻找 MS 优化 力常数或偶极矩的数值微分，用以获得极化率或超极化率L107 L108 L109 L110 L111 L113 L114 L115 L116 L117 L118 L120 L121 L122 L202 L301 L302 L303 L308 L310 L311 L314 L316 L319 L401 L402 L405 L502 L503 L506 L508 L510 L601 L602 L604 L607 L608 L609 L701 L702 L703 L716 L801 L802线性同步过渡(LST)的过渡态寻找 势能曲面扫描 Newton-Raphson 优化 能量的二阶数值微分产生频率 能量的二阶数值微分，用以计算极化率和超极化率 使用解析梯度进行 EF 优化 EF 数值优化(仅使用能量) 使用内反应坐标(IRC)追踪反应路径 数值的自恰反应场(SCRF) 后-SCF SCRF 轨迹计算 控制 ONIOM 计算 ADMP 计算 平衡计算 重新定位坐标，计算对称性，检查变量 产生基组信息 计算重叠积分，动能和势能积分 计算多极积分 计算偶极速率和 Rx积分 用简单方式计算 spdf 双电子积分 计算 sp 双电子积分 计算 spdf 双电子积分 打印双电子积分 对近似的自旋-轨道耦合计算单电子积分 形成初始 MO 猜测 进行半经验和分子力学计算 初始化 MCSCF 计算 迭代求解 SCF 方程(用于通常的 UHF 和 ROHF，所有的直接方法，以及 SCRF) 使用直接最小化迭代求解 SCF 方程 进行 ROHF 或 GVB-PP 计算 二次收敛 SCF 程序 MC-SCF 布居数和相关的分析(包括多极矩) 单电子特性(势，场，和场梯度) 求解 MO，或一个网格点的密度 进行 NBO 分析 非迭代 DFT 能量 分子中的原子特性 单电子积分一阶或二阶导数 双电子积分一阶或二阶导数(sp) 双电子积分一阶或二阶导数(spdf) 处理优化和频率的信息 双电子积分变换的初始化 3 进行积分变换(对 in-core 方法是 N )- 19 -L804 L811 L901 L902 L903 L905 L906 L908 L909 L913 L914 L915 L916 L918 L L L L L9999积分变换 变换积分导数，并计算其对 MP2 二阶导数的贡献 反对称化双电子积分 确定 Hartree-Fock 波函的稳定性 旧的 in-core MP2 复合的 MP2 半直接的 MP2 OVGF (闭壳层) OVGF (开壳层) 计算后-SCF 能量和梯度项 CIS，RPA 和 Zindo 激发能；SCF 稳定性 计算五阶的量(用于 MP5，QCISD(TQ)和 BD(TQ)) 旧的 MP4 和 CCSD 重新优化波函 迭代求解 CPHF 方程；计算各种特性（包括 NMR） 迭代求解 CP-MCSCF 方程 计算解析的 CIS 二阶导数 计算单电子积分导数 计算偶极导数积分 双电子积分导数对 Fock 矩阵的贡献 2 PDM 和后-SCF 导数 MP2 二阶导数 完成计算和输出- 20 -第3章 Gaussian 03 的输入这一章讲述Gaussian 03的输入。第一部分讨论一般的输入文件，余下的部分讲解使用 的关键字及其选项。Gaussian 03 输入概述Gaussian 03的输入是在一个ASCII文件中包含一系列的行。Gaussian输入文件的基本结 构由几个不同部分组成：输入文件部分 Link 0命令行（% section） 即，#行) 标题行（Title section） 分子说明行（Charge & Multipl., Molecule specification） 可选的附加部分 通常用于特殊任务类型的输入需要 通常需要 用途 定位和命名scratch文件 它选项。需要以#开头。 计算的简要说明 定义要研究的分子体系 是 是 是否需要空行作为结束？ 否 是计算执行路径行(Route Section； 指定需要的计算类型，模型化学，以及其在G03W的图形界面输入方式中，程序会在每一输入部分的终端按照需要自动添加空行， 因此不需要手工输入终端的空行。G03W编辑输入文件的界面如下图所示：文件菜单 Link 0 命 令行 编辑菜单 检查计算执行路径（Route Section）中的错误 选择多步任务数 返回主菜 单并运行返回主菜 计算执行 路径行 保存 标题行 电荷与多 重度 放弃任务 检查计算 执行路径 单分子说明 部分 设定多步任务 的开始任务大多数Gaussian 03任务只需要第二、三、四部分。这是一个水分子单点能计算的例子， 对应的G03W输入方式见上图： # HF/6-31G(d) water energy计算执行路径部分 标题部分- 21 -0 1 O -0.464 H -0.464 H 0.4410.177 1.137 -0.1430.0 0.0 0.0分子说明 （笛卡尔直角坐标）在这个任务中， 计算执行路径和标题部分都只有一行。 分子说明部分从分子电荷和自旋 多重度的行开始：0电荷（中性分子），自旋多重度是1。电荷和自旋多重度行之后是描述分 子中每个原子位置的行； 本例使用笛卡尔直角坐标。 关于分子说明更详细的讨论参见本章后 面部分。 下面是使用Link 0命令和附加输入部分的输入示例： %Chk=heavy #HF/6-31G(d) Opt=ModRedundant Opt job 0 1 atomic coordinates ? 3 8 2 1 3 这一任务进行几何优化。分子说明之后的输入部分被Opt=ModRedundant关键字使用， 在几何优化过程中用内坐标提供附加的键长和键角。该任务还定义了checkpoint文件名。 Link 0命令在最后一章介绍，在本章倒数第二部分有个别的讨论。余下的输入在本部分 后面各小节中讨论。为了方便，下面的表列出了Gaussian 03输入文件中所有可能出现的部 分，以及相应的关键字。Link 0部分 计算执行路径部分 标题部分 分子说明部分 几何优化过程中为内坐标加入的键长和键角Gaussian 03 输入部分分类部分 Link 0 命令 计算执行路径部分(#行) 另外的占位段 标题部分 分子说明 修改坐标 原子连接关系说明 第二个标题*和分子说明 第二套坐标的修正 第二套坐标的原子连接关系说明 第三个标题 和初始过渡态结构 第三套坐标的修正 第三套坐标的原子连接关系说明 原子质量 关心的频率 初始力常数(笛卡尔) - 22 *关键字%命令 全部ExtraOverlays全部 全部Opt=ModRedundant Geom=Connect 或 ModConnect Opt=QST2 或 QST3 Opt=ModRedun 和 QST2 或 QST3 Geom=Connect 或 ModConnect 以及 Opt=ModRedun 和 QST2 或 QST3 Opt=QST3 Opt=(ModRedundan, QST3) Geom=Connect 或 ModConnect Opt=(ModRedun, QST3) IRC=ReadIsotopes CPHF=RdFreq Opt=FCCards终端是否需要空 行？ 否 是 是 是 是 是 是 是 是 是 二者都是 是 是 是 是 是能量与力的精度 BOMD/ADMP 输入(一个或更多的部分) 基组说明 基组变更 ECP 说明 背景电荷分布 有限场因子 使用的对称性类型 轨道说明** 轨道变更** 轨道重新排序** PCM 溶剂模型输入 COSMO/RS 文件名 CAS 态平均的权重 进行自旋-轨道耦合计算的态 # 轨道/GVB 对 备用的原子半径 静电特性的数据 立方空间文件名(以及选项卡的输入) NBO 输入 轨道冻结信息 精选的 OVGF 轨道 温度，气压，原子质量 PROAIMS/Pickett 输出文件名* **Opt=ReadError ADMP 和 BOMD Gen, GenECP, ExtraBasis Massage ExtraBasis, Pseudo=Cards, GenECP Charge Field=Read Guess=LowSymm Guess=Cards Guess=Alter Guess=Permute SCRF=Read SCRF=COSMORS CASSCF=StateAverage CASSCF=Spin GVB Pop=ReadRadii 或 ReadAtRadii Prop=Read 或 Opt Cube Pop=NBORead ReadWindow 选项 OVGF=ReadOrbitals Freq=ReadIsotopes Output=WFN 或 Pickett否 是 是 是 是 是 是 否 是 是 否 是 否 否 否 否 是 是 是 否 是 是 否 否空行也用于把第二或第三个标题部分与相应的分子说明部分隔离。 UHF 任务使用分开的 α 和 β 部分(它们由空行分开)。输入语法? ? ? 一般情况下，Gaussian 输入遵循下面的语法规则： 输入是自由格式，且大小写无关。 空格，TAB 键，逗号，正斜杠“/”都可以作为一行内不同项之间的连接符。多个空格 作为一个分隔符处理。 关键字的选项可以用以下格式指定：keyword = 选项 keyword(选项) keyword=(选项 1, 选项 2, ...) keyword(选项 1, 选项 2, ...)多个选项放在括号中，并用任何有效的分隔符分开(习惯用逗号，如上所示)。左括号前 的等号可以忽略，这个等号的前后也可以随意加空格。 注意有些选项带有数值；本例中，选项名的后面接等号：如 CBSExtrap(NMin=6)。 ? 在整个 Gaussian 03 系统中， 所有的关键字和选项都可以使用能相互区分开的缩写形式。 因此，SCF 关键字的 Conventional 选项可以缩写成 Conven，但不能写成 Conv（因为还 存在 Convergence 选项）。无论 Conventional 和 Convergence 是否同时出现，对任何 给定的关键字都要保证是有效选项。 ? 在 Gaussian 03 输入文件中，可以引用外部文件内容，使用的语法为：@文件名。这使 得整个文件放到输入命令串的当前位置。命令加上/N 能防止被包含文件的内容在输出 文件的开始部分回显。- 23 -?注释行以感叹号(!)开始，可以出现在一行中的任何位置。输入文件中可以随处加入整 行的注释行。Gaussian 03 任务类型Gaussian 03 输入文件的计算执行路径部分用于定义执行的计算类型。这一部分主要有 三个关键部分： ? 任务类型 ? 计算方法 ? 基组 下面的表列出了 Gaussian 03 中可以使用的任务类型：关键字SP Opt Freq IRC IRCMax Scan Polar ADMP 和 BOMD Force Stable Volume Density=Checkpoint Guess=Only ReArchive任务类型单点能 几何优化 频率与热化学分析 反应路径跟踪 沿着指定的反应路径寻找最大的能量 势能曲面扫描 极化率和超极化率 直接动力学轨迹计算 计算核力 测试波函稳定性 计算分子体积 只重新计算布居分析 只打印初始轨道猜测；重新计算布居分析 只从 checkpoint 文件提取存档项一般而言，只能指定一种任务类型关键字。例外的情况是： ? Polar 和 Opt 可以与 Freq 一起使用（但是 SCRF 不能和 Opt Freq 一起使用）。后一种 情况中，几何优化之后自动在优化的结构上进行频率计算。 ? Opt 可以与 IRCMax 一起使用，用于定义优化部分计算的选项。 如果在计算执行路径部分没有指定任务类型关键字， 默认的计算类型通常是单点能计算 (SP)。 而形式为：方法 2/基组 2 // 方法 1/基组 1 的计算执行路径，表示用方法 1/基组 1 进行几何优化计算，之后在优化的结构上用方法 2/基组 2 进行单点能计算。例如，下面的 计算执行路径用 HF/6-31G(d)进行几何优化，之后用 QCISD/ 6-31G(d)模型化学进行单点能 计算： # QCISD/6-31G(d)//HF/6-31G(d) Test 在这个例子中，Opt 关键字是可选并且是默认的。注意 Opt Freq 计算不能使用此语法。预测分子特性下面的表格给出了常用量与产生这些量的 Gaussian 03 关键字之间的对应关系：特性关键字- 24 -原子的电荷 偶极矩 用传播子方法得到电子亲和力 电子密度 电子圆二色性 静电势 静电势导出电荷 含频极化率/超极化率 高精度能量 超精细耦合常数（各向异性） 超精细光谱张量（包括 g 张量） 超极化率 用传播子方法得到电离势 IR 和 Raman 光谱 预共振拉曼光谱 分子轨道 多极距 NMR 屏蔽和化学位移 NMR 自旋-自旋耦合常数 旋光性 极化率 热化学分析 紫外/可见光谱 振-转耦合 振动圆二色性Pop Pop OVGF Cube=Density TD Cube=Potential, Prop Pop=Chelp, CHelpG 或 MK Polar CPHF=RdFreq CBS-QB3, G2, G3, W1U Prop NMR 和 Freq=(VibRot, Anharmonic) Freq, Polar OVGF Freq Freq CPHF=RdFreq Pop=Regular Pop NMR NMR=SpinSpin Polar=OptRot CPHF=RdFreq Freq, Polar Freq CIS, Zindo, TD Freq=VibRot Freq=VCD模型化学方法和基组的组合定义Gaussian的模型化学， 定义理论级别。 每一个Gaussian任务必须 指定方法和基组。这一般通过在输入文件的计算执行路径部分使用两个独立的关键字完成， 虽然有些方法的关键字已经暗含了基组的选择。 下表列出了Gaussian使用的关键字， 以及可用的任务类型。 注意表中仅列出了解析的优 化、频率以及极化率的计算；数值计算一般可用于未标注的方法(详见该关键字的讨论)。 Gaussian 03中使用的方法SP, Scan 分子力学方法 AM1, PM3（等） HF DFT方法 CASSCF MP2 MP3, MP4(SDQ) * * * * * * * Opt,Force, BOMD * * * * * * * Freq * IRC ADMP Polar Stable ONIOM * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * - 25 * * * * * SCRF PBC数值* * * *MP4(SDTQ), MP5 QCISD, CCD, CCSD QCISD(T)或(TQ) BD OVGF CBS, Gn, W1方法 CIS TD ZINDO CI GVB* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ** * * ** * * * ** *如果没有指定方法关键字，假定是 HF。大多数方法关键字前可加 R，用于闭壳层限制性 波函的计算，加 U 用于非限制性开壳层波函的计算，或者加 RO 用于限制性开壳层波函的计 算：例如，ROHF，UMP2，或 RQCISD。RO 仅用于 Hartree-Fock，所有的密度泛函方法，AM1， MINDO3，MNDO 和 PM3 的半经验能量和梯度，以及 MP2 能量；注意不能使用解析的 ROMP2 梯 度。 在大多数情况下，只能指定一种方法的关键字，一种以上的关键字将产生奇怪的结果。 然而也有一些例外： ? CASSCF 可以和 MP2 一起指定，进行包含电子相关能的 CASSCF 计算。 ? ONIOM 和 IRCMax 的任务需要多种方法的说明。但是，它们作为相应关键字的选项给出。 ? 前面提到的模型 2//模型 1 的形式，可用于在几何优化之后，自动在优化的结构上进行 单点能计算。基组大多数方法需要定义基组；如果在计算执行路径部分没有定义基组，则使用 STO-3G 基 组。例外的情况是在一些方法中，基组作为该方法的积分部分定义；这些方法在下面列出： ? 所有的半经验方法，含计算激发态的 ZINDO。 ? 所有的分子力学方法 ? 混合的模型化学：所有的 Gn，CBS 以及 W1 方法。 下面的基组存储在 Gaussian 03 程序的内部(完整的说明见引用的参考文献),按照它们 在 Gaussian 03 中的关键字列出（有两个例外）： ? STO-3G [309,310] ? 3-21G [311-316] ? 6-21G [311,312] ? 4-31G [317-320] ? 6-31G [317-326] ? 6-31G+：Gaussian 03 还包含 George Petersson 等人的 6-31G+和 6-31G++基组，定义 为完全基组方法[88,327]的一部分。它们可以用关键字 6-31G(d')和 6-31G(d',p')访问，并可以添加单个或两个弥散函数；还可以添加 f-函数：例 如，6-31H(d'f)，等。 ? 6-311G：对第一行原子定义 6-311G 基组，对第二行原子定义 MacLean-Chandler 的 (12s,9p)―&(11)基组[328,329] (注意 P，S，和 Cl 的基组是被- 26 -? ? ? ? ? ? ? ? ?MacLean 和 Chandler 称作“负离子”的基组；它们被认为能比中性原子基组 给出更好的结果)，Ca 和 K 是 Blaudeau 等人的基组[322]，对第一行过渡元素 定义 Wachters-Hay [330,331]全电子基组，并使用 Raghavachari 和 Trucks [332]的换算因子, 对第三行其它元素使用 McGrath，Curtiss 等人的 6-311G 基组 [324,333,334]。注意在对第一行过渡元素使用 Wachters-Hay 基组时， Raghavachari 和 Trucks 推荐使用换算因子并包含弥散函数；包含弥散函数需 要使用 6-311+G 的形式。MC-311G 等价于 6-311G。 D95V：Dunning/Huzinaga 价电子双 zeta 基组 [335]。 D95：Dunning/Huzinaga 全电子双 zeta 基组 [335]。 SHC： 第一行原子用 D95V， 第二行原子用 Goddard/Smedley ECP [335,336]。 也就是 SEC。 CEP-4G：Stephens/Basch/Krauss 的 ECP 最小基组 [337-339]。 CEP-31G：Stephens/Basch/Krauss 的分裂价电子 ECP 基组 [337-339]。 CEP-121G：Stephens/Basch/Krauss 的三重分裂价电子 ECP 基组 [337-339]。注意超过第二行以后，只有一种 CEP 基组，所有三个关键字对这些原子是等价的。LanL2MB：对第一行原子是 STO-3G [309,310]，对 Na-Bi 是 Los Alamos ECP 加上 MBS [340-342]。 LanL2DZ： 对第一行原子是 D95V [335]， 对 Na-Bi 是 Los Alamos ECP 加上 DZ [340-342]。 SDD：对一直到 Ar 的原子是 D95V [335]，对周期表其它的原子使用 Stuttgart/Dresden ECP [343-367]。在 Gen 的基组输入中，可以用 SDD, SHF, SDF, MHF, MDF, MWB 的形 式指定这些基组/核势。 注意， 核电子的数量必须按照本章后面的格式指定 （例如， MDF28 表示替代 28 个核电子的 MDF 势）。 SDDAll：对 Z&2 的原子选用 Stuttgart 势。 cc-pVDZ, cc-pVTZ, cc-pVQZ, cc-pV5Z, cc-V6Z：Dunning 的相关一致基组 [368-372] (分别为双-zeta，三-zeta，四-zeta，五-zeta，和六-zeta)。为了提高计算效率，这 些基组删除了多余的函数并进行了旋转 [373]。? ?这些基组在定义中包含了极化函数。 下面的表列出了对于各种原子， 基组中包含的价极 化函数：原子 H He B-Ne Al-Ar Ga-Kr cc-pVDZ 2s,1p 2s,1p 3s,2p,1d 4s,3p,1d 5s,4p,1d cc-pVTZ 3s,2p,1d 3s,2p,1d 4s,3p,2d,1f 5s,4p,2d,1f 6s,5p,3d,1f cc-pVQZ 4s,3p,2d,1f 4s,3p,2d,1f 5s,4p,3d,2f,1g 6s,5p,3d,2f,1g cc-pV5Z 5s,4p,3d,2f,1g 5s,4p,3d,2f,1g 6s,5p,4d,3f,2g,1h 7s,6p,4d,3f,2g,1h cc-pV6Z 6s,5p,4d,3f,2g,1h不可用7s,6p,5d,4f,3g,2h,1i不可用 不可用不可用不可用这些基组可以通过给基组关键字添加 AUG-前缀（而不是使用+和++符号――见下），用 弥散函数增大基组。但是，He，Mg，Li，Be，和 Na 元素在这些基组中没有定义弥散函数。 ? Ahlrichs 等人的 SV, SVP，TZV 和 TZVP 基组 [374,375]。 ? Truhlar 等人的 MIDI!基组 [376]。使用这个基组需要 MidiX 关键字。 ? Epr-II 和 EPR III：Barone [377]的基组，对 DFT 方法(特别是 B3LYP)的超精细耦合常 数计算进行了优化。EPR-II 是一套极化函数的双-zeta 基组，并对 s-部分进行了增强： 对 H 是(6,1)/[4,1]，对 B 到 F 是(10,5,1)/[6,2,1]。EPR-III 是包含弥散函数（双 d极化函数和一套 f-极化函数）的三-zeta 基组。同样 s-部分也进行了改善，以更好地 描述核区域：对 H 是(6,2)/[4,2]，对 B 到 F 是(11,7,2,1)/[7,4,2,1]。 ? UGBS，UGBS1P，UGBS2P，和 UGBS3P：de Castro，Jorge 等人[378-386]的普适 Gaussian 基组。后三种关键字形式对标准 UGBS 基组中的每个函数添加 1 个，2 个或者 3 个极化- 27 -? ?函数（也即，UGBS1P 对每个 s-函数添加一个 p-函数，对每个 p-函数添加一个 d-函数， 等等；UGBS2P 对每个 s-函数添加一个 p-和 d-函数，对每个 p-函数添加一个 d-和 f-函 数，UGBS3P 对每个 s-函数添加一个 p-，d-和 f-函数，等等）。 Martin 和 de Oliveira 的 MTSmall，定义为 W1 方法的一部分（参见 W1U 关键字）[94]。 DGauss 中使用的 DGDZVP，DGDZVP2，和 DGTZVP 基组[387,388]。添加极化和弥散函数添加第一个极化函数也可以使用通常的*或**符号。注意(d,p)与**是相同的――例如 6-31G**和 6-31G(d,p)等价――而 3-21G*基组只对第二行原子添加极化函数。有些基组可 以使用弥散函数+和++[389]，作为多个极化函数[390]。一个最好的关键字例子是添加弥散 函数的 6-31G 基组 6-31+G(3df,2p)：对重原子添加 3 套 d-函数和一套 f-函数，对氢原子添 加两套 p-函数。 当使用 AUG-前缀为 cc-pV*Z 基组添加弥散函数时，对于给定的原子，每种使用的函数 类型都添加一个弥散函数[368,369]。例如，AUG-cc-pVTZ 基组为氢原子添加一个 s-，一个 p-和一个 d-弥散函数，为 B-Ne 和 Al-Ar 的原子添加一个一个 s-，一个 p-，一个 d-和一个 f-弥散函数。 为 6-311G 添加一个极化函数 （即 6-311G(d)） 将为第一和第二行原子添加一个 d-函数， 对第一行过渡元素添加一个 f-函数，因为 d-函数已经出现在后者的价电子中了。同样，对 第三行原子的 6-311G 基组添加弥散函数会产生一个 s-，一个 p-和一个 d-弥散函数。 当使用 D95 基组进行冻结核计算的时候， 占据的核轨道和相应的虚轨道都是冻结的。 因 此用 D95**基组计算水有 26 个基函数，而同样的体系用 6-31G**计算，只有 25 个基函数， 不论用两个基组中的哪一个，都将有 24 个轨道用在冻结核的后-SCF 计算中。 下面的表列出了 Gaussian 03 中每种内置基组的极化和弥散函数，以及应用范围：基组 STO-3G 3-21G 6-21G 4-31G 6-31G 6-311G D95 D95V SHC CEP-4G CEP-31G CEP-121G LANL2MB LANL2DZ SDD, SDDAll 应用范围 H-Xe H-Xe H-Cl H-Ne H-Kr H-Kr H-Cl(除了 Mg 和 Na) H-Ne H-Cl H-Rn H-Rn H-Rn H-Ba, La-Bi H, Li-Ba, La-Bi 极化函数 * *或** (d) (d)或(d,p) (3df,3pd) (3df,3pd) (3df,3pd) (d)或(d,p) * *（仅用于 Li-Ar） *（仅用于 Li-Ar） *（仅用于 Li-Ar） ++ ++ ++ ++ + 弥散函数除 Fr 和 Ra 的整个周期表- 28 -cc-pV(DTQ5)Z cc-pV6Z SV SVP TZV 和 TZVP MidiX EPR-II, EPR-III UGBS MTSmall DGDZVP DGDZVP2 DGTZVPH-He, B-Ne, Al-Ar, Ga-Kr H, B-Ne H-Kr H-Kr H-Kr H,C-F,S-Cl,I,Br H,B,C,N,O,F H-Lr H-Ar H-Xe H}