Published: Apr 8, 2022 by Emi Minamitani
LAMMPSというのは固体系の古典分子動力学法のデファクトスタンダードみたいなツールである。C++で書かれているのだが、インプットファイルの書きかたが「LAMMPS語」みたいな、割と特殊な構造をしている。
シミュレーションでは、たとえばなんかのパラメータを変えながら100回計算を繰り返すとかをしたいことが多くて、その場合loopを書くことになるのだが、 「LAMMPS語」でループを書くのが結構めんどくさい。 あとLAMMPSの機能だけであれこれインプット構造とかを書くのが面倒なので、 できれば手慣れたpython+ASEとかを使いたい…というのはしょっちゅう思う。
それを可能にするのが、LAMMPSのpythonインターフェースを導入することだ。 最近はこればっかりつかっている。ただ、導入のときにはちょいちょい罠があって、 毎回手こずるので、メモを残しておこうと思う。
仮想環境の作成
システムワイドに入れるのは失敗したときに厄介なので、仮想環境を作っておく。 この仮想環境はvirtualenvで作り、pyenvなどは使わないようにしておく。 （なぜだかわからないが、pyenvで仮想環境を管理してると失敗する。)
python -m venv .venv
source ./venv/bin/activate
pip install virtualenv
この仮想環境のPATHが$HOME/LAMMPS/.venvだとしておく。
LAMMPSコンパイル
githubから落としてくる。 使う仮想環境のパスを設定して、cmakeのbuildの準備をする。
git clone -b release https://github.com/lammps/lammps.git lammps-python
cd lammps-python
export VIRTUAL_ENV=$HOME/LAMMPS/.venv
mkdir build
cd build
intel のicpcとかを使う＆最小限の構成は入れておく場合の設定。（あれこれ試したのでごちゃごちゃしている。-D PKG_MOLECULE=onとかのオプションは、たぶんいくつかダブっていて実際は入れなくていいのも入っていると思う。）
cmake -C ../cmake/presets/intel.cmake -C ../cmake/presets/basic.cmake -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=$VIRTUAL_ENV -D PKG_MOLECULE=on -D WITH_PNG=yes -D WITH_JPEG=yes -D BUILD_SHARED_LIBS=on -D PKG_MPI=on -D LAMMPS_EXCEPTIONS=on -D PKG_PYTHON=on -D PKG_MANYBODY=on -D PKG_MPIIO=on -D PKG_PHONON=on ../cmake
このときに、pythonとして指定した環境のものを認識しているかを確認すること。コンソールの出力にコンパイラとかの情報と一緒にどのpythonを参照しているかのメッセージも含まれている。
cmake --build .
cmake --install .
echo `export LD_LIBRARY_PATH=$VIRTUAL_ENV/lib:$LD_LIBRARY_PATH` >> $VIRTUAL_ENV/bin/activate
make install-python
buildしたときにliblammps.soができていなかったら、何かがおかしい。
（ひっそりうまく行かなくてpythonとの連携がうまく行かないことが多々ある。）
最後までうまくいくと、
$VIRTUAL_ENV/lib64/python3.6/site-packages/lammps下にliblammps.soとともに、pythonのインターフェース一式が配置される。
仮想環境を起動して、そのpythonを使って
from lammps import lammps
lmp=lammps()
が動けばひとまずインターフェースは認識されている。
サンプル
Lennard-Jonesでmelt-quenchとかはこんな感じ。 （cooling rateとかはテスト用なので適当。） せっかくpythonから呼んでいるので、今度からはTensorBoardとかWandbとかでログ取ったりしよう。
from lammps import PyLammps
lmp=PyLammps()
lmp.command('units lj')
lmp.command('atom_style atomic')
lmp.command('boundary p p p')
lmp.command('lattice fcc 1.073')
lmp.command('region box block 0 6 0 6 0 6')
lmp.command('create_box 1 box')
lmp.command('create_atoms 1 box')
lmp.command('variable rc equal {0:f}'.format(2.5))
lmp.command('neighbor 0.3 bin')
lmp.command('neigh_modify every 10 delay 0 check yes')
lmp.command('pair_style lj/cut ${rc}')
lmp.command('pair_coeff 1 1 {0:f} {1:f}'.format(1.0,1.0) +' ${rc}')
lmp.command('mass 1 1.0')
lmp.command('variable dt equal 0.02')
lmp.command('variable tau_T equal 1e2*${dt}')
lmp.command('variable Tsta equal 0.01')
lmp.command('variable Tend equal 0.85')
lmp.command('variable run_melt equal 1000/${dt}')
lmp.command('variable run_mq equal 100/${dt}')
lmp.command('variable run_therm equal 1000/${dt}')
lmp.command('variable tau_P equal 1e3*${dt}')
lmp.command('variable etol equal 0.0')
lmp.command('variable ftol equal 1.0e-9')
lmp.command('variable maxiter equal 5000')
lmp.command('variable maxeval equal 8000')
lmp.command('thermo 1000')
lmp.command(
'thermo_style custom step temp pe press pxx pyy pzz lx ly lz vol')
lmp.command('compute peratom all pe/atom')
lmp.command('velocity all create 0.01 87287')
lmp.command('dump 1 all atom 1000 melt.dump')
lmp.command('fix buff all npt temp ${Tsta} ${Tsta} ${tau_T} iso 1.0 1.0 ${tau_P}')
lmp.command('run ${run_therm}')
lmp.command('unfix buff')
lmp.command('fix melt all npt temp ${Tsta} ${Tend} ${tau_T} iso 1.0 1.0 ${tau_P} ')
lmp.command('run ${run_melt}')
lmp.command('unfix melt')
lmp.command('fix buff all npt temp ${Tend} ${Tend} ${tau_T} iso 1.0 1.0 ${tau_P}')
lmp.command('run ${run_therm}')
lmp.command('unfix buff')
lmp.command('fix quench all npt temp ${Tend} ${Tsta} ${tau_T} iso 1.0 1.0 ${tau_P}')
lmp.command('run ${run_mq}')