Skip to main content

2020 | OriginalPaper | Buchkapitel

Trilateration-Based Multilevel Method for Minimizing the Lennard-Jones Potential

verfasst von : Jithin George, Zichao (Wendy) Di

Erschienen in: Computational Science – ICCS 2020

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

Simulating atomic evolution for the mechanics and structure of materials presents an ever-growing challenge due to the huge number of degrees of freedom borne from the high-dimensional spaces in which increasingly high-fidelity material models are defined. To efficiently exploit the domain-, data-, and approximation-based hierarchies hidden in many such problems, we propose a trilateration-based multilevel method to initialize the underlying optimization and benchmark its application on the simple yet practical Lennard-Jones potential. We show that by taking advantage of a known hierarchy present in this problem, not only a faster convergence, but also a better local minimum can be achieved comparing to random initial guess.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Asenjo, D., Stevenson, J.D., Wales, D.J., Frenkel, D.: Visualizing basins of attraction for different minimization algorithms. J. Phys. Chem. B 117(42), 12717–12723 (2013)CrossRef Asenjo, D., Stevenson, J.D., Wales, D.J., Frenkel, D.: Visualizing basins of attraction for different minimization algorithms. J. Phys. Chem. B 117(42), 12717–12723 (2013)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Bornemann, F.A., Deuflhard, P.: The cascadic multigrid method for elliptic problems. Numerische Mathematik 75(2), 135–152 (1996)MathSciNetCrossRef Bornemann, F.A., Deuflhard, P.: The cascadic multigrid method for elliptic problems. Numerische Mathematik 75(2), 135–152 (1996)MathSciNetCrossRef
3.
Zurück zum Zitat Cai, W., Feng, Y., Shao, X., Pan, Z.: Optimization of Lennard-Jones atomic clusters. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 579(1–3), 229–234 (2002)CrossRef Cai, W., Feng, Y., Shao, X., Pan, Z.: Optimization of Lennard-Jones atomic clusters. J. Mol. Struct.: THEOCHEM 579(1–3), 229–234 (2002)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Daven, D., Tit, N., Morris, J., Ho, K.: Structural optimization of Lennard-Jones clusters by a genetic algorithm. Chem. Phys. Lett. 256(1–2), 195–200 (1996)CrossRef Daven, D., Tit, N., Morris, J., Ho, K.: Structural optimization of Lennard-Jones clusters by a genetic algorithm. Chem. Phys. Lett. 256(1–2), 195–200 (1996)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Fang, B.T.: Trilateration and extension to global positioning system navigation. J. Guidance Control Dyn. 9(6), 715–717 (1986)CrossRef Fang, B.T.: Trilateration and extension to global positioning system navigation. J. Guidance Control Dyn. 9(6), 715–717 (1986)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Frantsuzov, P.A., Mandelshtam, V.A.: Size-temperature phase diagram for small Lennard-Jones clusters. Phys. Rev. E 72(3), 037102 (2005)CrossRef Frantsuzov, P.A., Mandelshtam, V.A.: Size-temperature phase diagram for small Lennard-Jones clusters. Phys. Rev. E 72(3), 037102 (2005)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Geršgorin, S.: Bulletin de l’Académie des sciences de l’URSS. classe des sciences mathématiques et naturelles (1931) Geršgorin, S.: Bulletin de l’Académie des sciences de l’URSS. classe des sciences mathématiques et naturelles (1931)
8.
Zurück zum Zitat Hoare, M., Pal, P.: Physical cluster mechanics: statics and energy surfaces for monatomic systems. Adv. Phys. 20(84), 161–196 (1971)CrossRef Hoare, M., Pal, P.: Physical cluster mechanics: statics and energy surfaces for monatomic systems. Adv. Phys. 20(84), 161–196 (1971)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Jones, J.E.: On the determination of molecular fields, II: from the equation of state of a gas. Proc. Roy. Soc. Lond. A 106(738), 463–477 (1924)CrossRef Jones, J.E.: On the determination of molecular fields, II: from the equation of state of a gas. Proc. Roy. Soc. Lond. A 106(738), 463–477 (1924)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Mackay, A.: A dense non-crystallographic packing of equal spheres. Acta Crystallographica 15(9), 916–918 (1962)CrossRef Mackay, A.: A dense non-crystallographic packing of equal spheres. Acta Crystallographica 15(9), 916–918 (1962)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Maranas, C.D., Floudas, C.A.: A global optimization approach for Lennard-Jones microclusters. J. Chem. Phys. 97(10), 7667–7678 (1992)CrossRef Maranas, C.D., Floudas, C.A.: A global optimization approach for Lennard-Jones microclusters. J. Chem. Phys. 97(10), 7667–7678 (1992)CrossRef
12.
14.
Zurück zum Zitat Thomas, F., Ros, L.: Revisiting trilateration for robot localization. IEEE Trans. Robot. 21(1), 93–101 (2005)CrossRef Thomas, F., Ros, L.: Revisiting trilateration for robot localization. IEEE Trans. Robot. 21(1), 93–101 (2005)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Trottenberg, U., Oosterlee, C.W., Schuller, A.: Multigrid. Elsevier, London (2000)MATH Trottenberg, U., Oosterlee, C.W., Schuller, A.: Multigrid. Elsevier, London (2000)MATH
16.
Zurück zum Zitat Ugray, Z., Lasdon, L., Plummer, J., Glover, F., Kelly, J., Martí, R.: Scatter search and local NLP solvers: a multistart framework for global optimization. INFORMS J. Comput. 19(3), 328–340 (2007)MathSciNetCrossRef Ugray, Z., Lasdon, L., Plummer, J., Glover, F., Kelly, J., Martí, R.: Scatter search and local NLP solvers: a multistart framework for global optimization. INFORMS J. Comput. 19(3), 328–340 (2007)MathSciNetCrossRef
17.
Zurück zum Zitat Uppenbrink, J., Wales, D.J.: Packing schemes for Lennard-Jones clusters of 13 to 150 atoms: minima, transition states and rearrangement mechanisms. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 87(2), 215–222 (1991)CrossRef Uppenbrink, J., Wales, D.J.: Packing schemes for Lennard-Jones clusters of 13 to 150 atoms: minima, transition states and rearrangement mechanisms. J. Chem. Soc. Faraday Trans. 87(2), 215–222 (1991)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Virtanen, P., et al.: SciPy 1.0-Fundamental Algorithms for Scientific Computing in Python. arXiv e-prints arXiv:1907.10121, July 2019 Virtanen, P., et al.: SciPy 1.0-Fundamental Algorithms for Scientific Computing in Python. arXiv e-prints arXiv:​1907.​10121, July 2019
19.
Zurück zum Zitat Wales, D.J., Doye, J.P.: Global optimization by basin-hopping and the lowest energy structures of Lennard-Jones clusters containing up to 110 atoms. J. Phys. Chem. A 101(28), 5111–5116 (1997)CrossRef Wales, D.J., Doye, J.P.: Global optimization by basin-hopping and the lowest energy structures of Lennard-Jones clusters containing up to 110 atoms. J. Phys. Chem. A 101(28), 5111–5116 (1997)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Wales, D.J., Scheraga, H.A.: Global optimization of clusters, crystals, and biomolecules. Science 285(5432), 1368–1372 (1999)CrossRef Wales, D.J., Scheraga, H.A.: Global optimization of clusters, crystals, and biomolecules. Science 285(5432), 1368–1372 (1999)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Weik, F., et al.: ESPResSo 4.0-an extensible software package for simulating soft matter systems. Eur. Phys. J. Spec. Top. 227(14), 1789–1816 (2019)CrossRef Weik, F., et al.: ESPResSo 4.0-an extensible software package for simulating soft matter systems. Eur. Phys. J. Spec. Top. 227(14), 1789–1816 (2019)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Xiang, Y., Cheng, L., Cai, W., Shao, X.: Structural distribution of Lennard-Jones clusters containing 562 to 1000 atoms. J. Phys. Chem. A 108(44), 9516–9520 (2004)CrossRef Xiang, Y., Cheng, L., Cai, W., Shao, X.: Structural distribution of Lennard-Jones clusters containing 562 to 1000 atoms. J. Phys. Chem. A 108(44), 9516–9520 (2004)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Yang, Z., Liu, Y., Li, X.Y.: Beyond trilateration: on the localizability of wireless ad-hoc networks. In: IEEE INFOCOM 2009, pp. 2392–2400. IEEE (2009) Yang, Z., Liu, Y., Li, X.Y.: Beyond trilateration: on the localizability of wireless ad-hoc networks. In: IEEE INFOCOM 2009, pp. 2392–2400. IEEE (2009)
Metadaten
Titel
Trilateration-Based Multilevel Method for Minimizing the Lennard-Jones Potential
verfasst von
Jithin George
Zichao (Wendy) Di
Copyright-Jahr
2020
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-50426-7_13