Dominant transport pathways in an atmospheric blocking event
建立了2010年夏季东欧和俄罗斯西部大气阻塞的拉格朗日流场网络。我们计算流体粒子遵循的最可能的路径，揭示了事件的{ \it欧米茄}块骨架。当最可能路径本身不具有足够的代表性时，引入一个高度可能路径集的层次结构来描述传输路径。这些路径集合具有窄的相干管的形状，其流动接近于最可能的路径。因此，即使最可能路径在概率方面不是很重要，它仍然可以识别传输路径的几何形状。
2015-07-29 cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Constraint methods for determining pathways and free energy of activated processes
从化学反应到大生物分子的构象转变的活化过程受到障碍的阻碍，这些障碍只能通过输入一些活化自由能来克服。因此，通常的模拟技术的特征和速率确定的势垒区域不充分采样。对反应坐标r的约束已被证明是在不改变势能函数、能量或温度的情况下探索困难途径的合适手段。对于r值的密集序列，相应的模拟序列为该过程提供了路径。由于在每次模拟过程中，数千个坐标中只有一个是固定的，因此路径基本上反映了系统的内部动态。从平均力的自由能分布可以计算得到反应速率和洞察力的反应机理。在过去的十年中，理论工具和计算能力已经发展到一定程度，模拟在定量与实验一致的过程中提供了令人印象深刻的定性见解。在这里，我们介绍了反应途径和坐标，并发展了自由能作为平均力势的理论。阐明了平均力与中心量约束力之间的关系，讨论了质量度规张量修正。良好的表现没有张量校正的坐标被认为是。本文以目标分子动力学模拟的反应坐标为例，讨论了目标分子动力学模拟的理论背景和具体实现。最后，我们比较应用的约束方法和其他技术开发的相同的目的，并讨论了该方法的局限性。
2011-12-20 cond-mat.stat-mech
Roaming dynamics in ion-molecule reactions: phase space reaction pathways and geometrical interpretation
反应CH $_4^+ \rightarrow$ CH $_3^+$ + H的模型哈密顿量，参数化表现出早期或晚期的内部过渡态，研究漫游机制的动力学特性。紧/松的过渡态和常规/漫游反应途径的确定方面的时不变对象在相空间。这些是与正常双曲不变流形（NHIMs）相关的分割曲面。对于具有两个自由度的系统，NHIMS是不稳定的周期轨道，其与它们的稳定和不稳定的流形一起，明确地定义了反应速率的统计理论中假设的（局部）非交叉分割面。通过构建周期轨道延续/分叉图的两个值的潜在功能参数对应的后期和早期过渡态，分别，并使用总能量作为另一个参数，我们动态分配不同的相空间区域的反应物和产品，以及传统的和漫游的反应途径。通过在分割面上均匀采样轨迹初始条件，研究了系统的经典动力学。轨道分为四种不同的类别：直接反应和非反应轨道，分别导致形成分子和自由基产物，和漫游反应和非反应轨道轨道，代表形成分子和自由基产物的替代途径。通过分析在几个能量的间隙时间分布，我们证明了漫游区域的相空间结构，这是强烈的两个自由度之间的非线性共振的影响，结果在非指数（非统计）衰减。
2014-01-31 cond-mat.stat-mech math.DS nlin.CD
From Static Pathways to Dynamic Mechanisms: A Committor-Based Data-Driven Approach to Chemical Reactions
本文提出了一种基于承诺的数据驱动方法，通过结合PCCANN和MACE，揭示了化学反应中动态机制的多样性，并实现了对复杂反应动态的准确描述。
2025-11-27 cond-mat.stat-mech
Fast exploration of chemical reaction networks
各种自然现象都是由大量的竞争反应和短暂的中间体组成的。对这些过程的任何研究都需要发现和精确建模其潜在的反应网络。然而，由于探索所有可能的途径的复杂性和精确建模大量反应的高计算成本，这项任务是具有挑战性的。幸运的是，这些过程通常只由网络反应路径的有限子集主导。在这项工作中，我们提出了一种新的计算成本低廉的方法来识别和选择复杂的反应网络的关键途径，使高层次的从头计算可以更有效地针对这些关键反应。该方法通过分析数百个系统副本的加速演化和检测产物形成来估计给定反应物的反应途径的相对重要性。这种加速检测方法能够极大地加速单分子和双分子反应的反应性，而不需要任何关于产物或过渡态的先前知识。重要的是，该方法是有效的迭代，因为它可以直接应用于最常见的产物，因此提供了一种有效的算法来识别扩展的化学网络的关键反应。我们验证了我们的方法在三个不同的系统，包括t-十氢萘与甲基自由基的反应性的有效性，并在所有情况下，预期的行为在统计误差内恢复。
2014-05-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamic ranking of pathways in reaction networks
该研究针对不可逆随机过程中边界条件的能量成本难题，在化学反应网络（CRNs）框架下基于大偏差理论定义了含维护和限制两部分的路径热力学成本函数，证明了相关成本下界等结论，为开放CRNs热力学及代谢网络演化研究提供基础。
2025-10-29 cond-mat.stat-mech nlin.AO q-bio.MN
Pathway parameter and thermonuclear functions
在热核反应速率理论中，Mathai和Haubold（1988年）的一系列论文考虑了非共振反应热核函数的分析评估，包括麦克斯韦-玻尔兹曼分布函数尾部截止和耗尽的情况。本文通过引入路径参数α，研究了更一般的热核函数类，从而当α> 1时，得到了Maxwell-Boltzmannian情形下的热核函数。我们也将给出解释的情况下，截止和时刻的途径参数α。
2007-08-16 cond-mat.stat-mech math.CA
Mittag-Leffler Functions to Pathway Model to Tsallis Statistics
在反应速率理论中，在输入-输出型模型和反应-扩散问题中，当全导数用分数阶导数代替时，其解可用Mittag-Leffler函数及其推广形式来表示。当分数阶微积分进入画面的解决方案，这些问题，通常可在超几何函数，G和H-功能，切换到米塔格-莱弗勒函数和他们的推广到赖特函数。本文建立了广义Mittag-Leffler函数、通路模型、Tsallis统计量、超熵和幂律之间以及相应的熵测度之间的联系。
2009-10-04 cond-mat.stat-mech math.CA
Following the Committor Flow: A Data-Driven Discovery of Transition Pathways
针对分子系统稀有事件过渡路径发现难题，提出基于转换概率的迭代框架，通过有偏采样训练神经网络、提取过渡通道并迭代优化，可准确估计反应速率，在多个基准系统验证有效。
2025-07-29 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
maze: Heterogeneous Ligand Unbinding along Transient Protein Tunnels
增强采样方法的最新发展表明，有可能重建配体解结合途径的空间和时间分辨率无法达到实验。理想情况下，这样的技术应该提供一个原子的定义可能有许多反应途径，因为粗略的估计可能会导致高估的能量障碍，或无法采样隐藏的能量障碍，没有捕捉到的反应途径估计。在这里，我们提供了一个新方法的实现[J. Rydzewski \& O. Valsson，J. Chem. Phys. { \bf 150}，221101（2019）]完全致力于对配体-蛋白质解离过程的反应途径进行采样。该程序被称为\texttt{maze}，是作为PLUMED 2的官方模块实现的，PLUMED 2是一个用于分子系统中增强采样的开源库，并且包括在原子模拟期间找到配体从蛋白质解结合的多个异质反应途径的算法。\texttt{maze}模块只需要晶体结构就可以开始模拟，并且不依赖于许多\textit{ad hoc}参数。该方案是基于增强采样和非凸优化方法。为了展示其适用性和灵活性，我们提供了几个例子，配体解结合途径沿瞬时蛋白质隧道重建的\texttt{maze}在一个模型配体-蛋白质系统，并讨论了实施的细节。
2019-12-16 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Distance measures and evolution of polymer chains in their topological space
构象转变在生物分子系统中普遍存在，具有重要的功能作用，并受到进化压力的影响。在这里，我们提供了第一个理论框架的拓扑转变，即构象转变，与分子拓扑结构的变化。对于折叠的线性生物分子，分子内接触的排列被确定为一个关键的拓扑性质，称为电路拓扑。距离措施，提出了反应坐标，以表示从初始拓扑结构到最终拓扑结构的路径上的进展。某些拓扑类被证明是更容易从随机拓扑。我们研究了拓扑反应的动力学稳定性和途径简并性，发现偏离途径可能会严重阻碍进化到所需的拓扑结构。最后，我们提出了一个算法，估计中间拓扑的拓扑反应期间访问的数量。这项研究的结果是相关的，除其他外，RNA和蛋白质的结构研究，在染色体中的拓扑相关域的分析，和分子进化。
2015-09-01 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Modelling spatial constraints and scaling effects of catalyst phase separation on linear pathway kinetics
化学反应通常在假设底物和催化剂在整个系统中充分混合（WM）的情况下进行研究。虽然这通常适用于试管实验条件，但在细胞环境中是不现实的，在细胞环境中，生物分子可以进行液-液相分离（LLPS）并形成冷凝物，从而导致重要的功能结果，包括催化作用的调节。类似的过程也可能在原始细胞系统中发挥作用，如原始凝聚体，或在膜辅助的益生元途径中。在这里，我们探讨了催化剂的分层是否会导致形成影响线性（多步）反应途径动力学的微环境，与WM系统相比。我们实现了一个通用的晶格模型来模拟不同催化剂的合奏LLPS，并将其扩展到包括扩散和一系列小基板的反应。我们进行了定量分析的催化剂的相分离如何影响反应时间取决于底物和催化剂之间的亲和力，反应路径的长度，系统的大小，和冷凝物的均匀性程度。这两种情况之间的差异报告的一个关键方面是，在WM系统中观察到的尺度不变性被破坏的冷凝过程。我们的平均场化学的结果的主要理论意义绘制，扩展的质量作用动力学计划，包括基板的初始命中时间，以达到催化剂冷凝。最后，我们测试这种方法，考虑开放的非线性条件下，我们成功地预测，通过微观模拟，相分离抑制化学振荡行为，提供了一个可能的解释边际作用，这种复杂的动态行为在真正的代谢。
2023-02-10 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.SC
Thermodynamic role of main reaction pathway and multi-body information flow in membrane transport
两类膜转运，即次级主动和被动转运，被理解为在相同的蛋白质结构的不同的反应途径，在本文中描述的16状态模型。为了量化次级主动运输和被动运输之间的热力学差异，我们将由两个子系统组成的四态模型中的自主恶魔的信息热力学第二定律扩展到由代表膜运输的四个子系统组成的16态模型。我们减少了16个状态到4个状态，并推导出粗粒度的信息热力学第二定律，它提供了一个上界的自由能传输的粗粒度的信息流。我们还推导了一个上限的自由能输运的多体信息流表示的两体或四体的相关性，在16状态模型，利用循环分解。粗粒度信息流和多体信息流表达了二次主动和被动输运之间的定量差异。数值分析表明，粗粒度的信息流是积极的二次主动输运和消极输运。四体关联在二次主动输运的多体信息流中占主导地位。相比之下，二体相关性是占主导地位的被动传输。这一结果表明，粗粒信息流的符号以及四体关联和二体关联的差异解释了次级主动输运和被动输运中自由能输运的差异。
2022-04-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
SGOOP-d: Estimating kinetic distances and reaction coordinate dimensionality for rare event systems from biased/unbiased simulations
了解动力学，包括反应途径和相关的过渡率是一个重要而困难的问题，在许多化学和生物系统，特别是在多个竞争途径的情况下。当这些高维系统被投影到低维坐标上时，通常需要增强采样或解释模拟和实验，最终可能会失去底层高维景观的动力学连通性。因此，在低维投影中，亚稳态可能看起来比实际更近或更远。为了解决这个问题，在这项工作中，我们开发了一种形式主义，学习一个多维但最低限度复杂的反应坐标（RC）的通用高维系统。当沿着这个RC投影时，所有可能的动力学相关路径都可以被划分，并且保持真正的高维连通性。我们的方法的定义属性之一在于，它可以工作在长期无偏模拟以及偏模拟经常需要罕见的事件系统。我们通过研究包括小肽Ace-Ala $_3$ -Nme中的构象转变在内的一系列模型系统来证明该方法的实用性，其中我们展示了如何通过我们先前发表的光谱间隙优化方法“SGOP”[P. Tivary和B. J. Berne，Proc. Natl. Acad. Sci. 113，2839（2016）]可以分别捕获28个主要状态到状态转变中的23个和所有28个的动力学。
2021-09-21 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
The Role of Concentration in Determining NaCl Nucleation Mechanism: A Story of Pathways Coexistence
University of Minnesota（明尼苏达大学）
本研究通过无偏路径采样揭示NaCl成核路径随浓度变化，从一步机制过渡到无定形聚集与结晶解耦的共存路径，调和了先前矛盾观点。
2026-09-10 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Gears in Chemical Reaction Networks: Optimizing Energy Transduction Efficiency
本文将化学反应网络中的多条能量转导途径概念化为“化学齿轮”，提出仅凭网络拓扑和化学势条件即可确定最优效率，并展示了酶作为齿轮切换器实现自适应最优转导的原理，同时指出人工分子马达的齿轮调控远未达到最优。
2025-07-22 cond-mat.stat-mech q-bio.MN
