Simultaneous sampling of multiple transition channels using adaptive paths of collective variables
提出multiPMD方法，扩展路径元动力学以同时采样多条转变路径及自由能分布，并生成PathMap可视化，适用于竞争性或争议性路径的生物分子系统。
2025-06-20 cond-mat.stat-mech
An Always-Accepting Algorithm for Transition Path Sampling
Institute of Physics, University of Augsburg（奥格斯堡大学物理研究所）；Faculty of Physics, University of Vienna（维也纳大学物理学院）；Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences, University of Amsterdam（阿姆斯特丹大学范特霍夫分子科学研究所）；Research Platform on Accelerating Photoreaction Discovery (ViRAPID), University of Vienna（维也纳大学加速光反应发现研究平台）
该算法通过总接受机制提高过渡路径采样效率，有效采样CO₂水合物的形成过程。
2026-03-09 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Diffusivity dependence of the transition path ensemble
随机动力系统的跃迁路径通常用瞬子来近似。在这里，我们表明，使用包含两个竞争途径的动力学系统，在低到中等温度下，瞬子可能无法捕获最有可能的过渡途径。我们构建了一个近似，其中包括周围的瞬子的波动，并通过与一个准确的和有效的路径空间蒙特卡罗采样方法的结果进行比较，发现这种近似在很宽的温度范围内。我们的工作界定了大偏差理论的适用性，并提供了方法来探测这些限制数值。
2022-08-04 cond-mat.stat-mech
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
Identifying rare chaotic and regular trajectories in dynamical systems with Lyapunov weighted path sampling
根据初始条件的不同，动力系统的各个有限时间轨迹可以具有非常不同的混沌特性。在这里，我们提出了一个数值方法来识别轨迹与非典型的混乱，路径，要么更经常或更混乱的比平均水平。该方法是基于一个合奏的轨迹加权根据其混沌，李雅普诺夫加权路径合奏的定义。这种轨迹的集合是使用从过渡路径采样借用的算法进行采样的，过渡路径采样是一种最初开发用于研究长寿状态之间的罕见过渡的方法。我们证明了我们的方法，将其应用到几个系统的自由度从一个到几百个，在所有情况下，该算法发现罕见的途径与非典型的混乱。对于嵌入在溶剂中的双阱二聚体，这可以被看作是一个简单的模型的异构化分子，罕见的反应途径被发现的参数强烈有利于混沌动力学。
2010-04-15 cond-mat.stat-mech nlin.CD physics.chem-ph
Iterative variational learning of committor-consistent transition pathways using artificial neural networks
本研究提出路径-承诺函数一致人工神经网络（PCCANN），通过迭代对齐反应承诺函数梯度优化过渡路径，解决分子动力学稀有事件采样难题，在基准势能与生物过程中复现动力学并揭示新路径，为增强采样提供稳健框架。
2024-12-02 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.data-an
Dynamical Rare event simulation techniques for equilibrium and non-equilibrium systems
我给一个概述罕见的事件模拟技术，以产生动态的途径，通过高自由能障碍。我将集中讨论的方法是无功通量方法、过渡路径采样、（复制-交换）过渡界面采样、部分路径采样/里程碑和前向通量采样。这些方法的共同之处在于，它们旨在以比原始蛮力分子动力学快得多的速率模拟真实的分子动力学轨迹。针对一个简单的一维测试系统，讨论和比较了这些方法的优缺点。这些数值结果揭示了一些重要的陷阱，目前的非平衡方法，没有简单的解决方案，并表明，谨慎是必要的，当解释他们的结果。
2011-03-31 cond-mat.stat-mech
Prospects of Transition Interface Sampling simulations for the theoretical study of zeolite synthesis
过渡界面采样（TIS）技术允许在合理的模拟时间内克服大的自由能势垒，这是不可能的简单的分子动力学。尽管如此，该方法不施加人工驱动力，但它克服了时间尺度问题的重要性抽样真正的动态路径。最近，它表明，TIS计算反应速率的效率是不太敏感的反应坐标的选择比那些标准的自由能为基础的技术。这在复杂系统中可能是一个重要的优点，对于复杂系统，通常很难找到好的反应坐标。我们解释了这种方法的原理，并讨论了一些有前途的应用有关沸石的形成。
2007-01-15 cond-mat.stat-mech
Efficiency analysis of reaction rate calculation methods using analytical models I: The 2D sharp barrier
我们分析了两个简单的分析基准系统的情况下，不同的方法计算的反应速率的效率。两类方法被认为是：第一种是基于沿反应坐标的自由能计算和计算的传输系数，第二个上的动态路径的采样。我们给缩放规则，这种效率如何取决于势垒的高度和宽度，我们手简单的优化规则的方法特定的参数。我们表明，路径采样方法，使用过渡界面采样技术，变得非常比别人更有效时，反应坐标不是最佳的。
2006-08-08 cond-mat.stat-mech
Preserving Correlations Between Trajectories for Efficient Path Sampling
轨迹的重要性抽样已被证明是一个独特的成功的策略，探索罕见的动力学行为的复杂系统在一个公正的方式。然而，进行这种抽样需要有能力对动态途径提出实质性的改变，但要足够适度，以获得合理的接受率。由于混沌动力学的特征发散性，在长轨迹的情况下，满足这一要求变得非常具有挑战性。在这里，我们研究解决这个问题的方案，工程师之间的相关性试验轨迹和它的参考路径，例如使用人工的力量。我们的分析是由现代的马尔可夫链蒙特卡罗抽样的角度来看，启发非平衡统计力学，它澄清了类型的抽样策略，可以扩展到长轨迹。从这个角度来看，最有前途的这种策略通过操纵随机数序列来引导试验轨迹，这些随机数序列可以推进其随机时间演化，就像少数现有方法所做的那样。在这种情况下，“噪声指导”有效地跟踪轨迹，作为一个二维伊辛模型的格劳伯动力学，我们表明，即使是很长的轨迹，也可以实现有效的路径采样。
2015-06-29 cond-mat.stat-mech
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
Free energy calculations along entropic pathways: I. Homogeneous vapor-liquid nucleation for atomic and molecular systems
使用熵$S$作为反应坐标，我们确定了原子和分子流体从过饱和蒸汽形成液滴的自由能垒。为此，我们开发的$μVT-S$模拟方法，结合了优势的巨正则系综，允许直接评估的熵，和伞采样方法，这是非常适合于研究的活化过程，如成核。将这种方法应用于原子系统（如$Ar$），使我们能够测试该方法。结果表明，$μVT-S$方法给出了正确的依赖于过饱和度的自由能垒的高度和临界液滴的大小，从经典的成核理论和以前的模拟结果相比，预测。此外，它提供了洞察熵和液滴形成之间的关系，在整个过程中。$μVT-S$方法的另一个优点是它可以直接转移到分子系统，因为它使用系统的熵作为反应坐标。应用程序的$μVT-S$模拟方法$N_2$和$CO_2$在这项工作中，显示的通用性的$μVT-S$方法。
2021-08-23 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium pathways between cluster morphologies in active phase separation: necking, rupture and cavitation
University of Cambridge（剑桥大学）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）
研究二维活性晶格气中液滴与板条形态转变的非平衡路径，发现正向转变类似平衡机制，反向转变依赖稀有非平衡涨落，高佩克莱数下平衡路径被抑制。
2026-06-26 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Complex activated transition in a system of two coupled bistable oscillators
研究了两个耦合双稳态振子系统中涨落激活的跃迁过程，其中每个振子由一个恒力和一个独立的高斯白噪声驱动。通过改变耦合强度$μ$和力常数中的错配$σ$，确定了跃迁途径并计算了跃迁速率.对于全同振子（$σ=0$），随着$μ$的增加，跃迁经历了从具有两个候选路径的两步过程到具有两个候选路径的一步过程再到具有单个路径的一步过程的变化。对于非全同振子（$σ\neq0$），出现了一种新的跃迁，它是两步途径和一步途径的混合物。有趣的是，我们发现，总的过渡率依赖于非单调的$μ$：一个最大的速率出现在一个中间的幅度$μ$。此外，在弱偶联的存在下，速率也表现出作为$σ$的函数的意外的最大值。结果与我们的数值模拟通过向前通量采样是在一个很好的协议。
2014-08-19 cond-mat.stat-mech nlin.AO
Mechanisms of Chain Exchange in Diblock Copolymer Micelles
本研究通过模拟揭示二嵌段共聚物胶束链交换机制：强分离下势垒标度为N^(2/3)，熔体中为线性标度，并发现出芽及逐珠延伸两种路径。
2025-09-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Transition-path sampling for Run-and-Tumble particles
本文针对Run-and-Tumble活性粒子非平衡系统，提出通过构造合理反向动力学来推广过渡路径采样算法，并用于研究粒子穿越势垒的稀有过渡路径的结构与动力学。
2024-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Kinetic control of competing nuclei in a dimer lattice-gas model
成核是溶液合成新材料的关键步骤。完善的格子气模型可用于深入了解涉及单个核类型的成核途径的基本物理。在许多情况下，溶液相对于一个以上的沉淀相是过饱和的。这可以在类似的时间尺度上产生稳定和亚稳态核的群体，因此涉及两者之间的竞争的复杂成核途径。在这项研究中，我们介绍了一个格子气模型的基础上，两种类型的相互作用的二聚体代表粒子在溶液中。每种类型的二聚体成核到特定的空间填充结构。我们的模型被调整，使稳定和亚稳相成核在一个类似的时间尺度。两种结构都可能首先成核，其概率对二聚体的迁移率敏感。我们通过正向通量采样计算这些成核速率，并演示了如何使用所得数据来推断成核结果和途径。可能包括直接成核的稳定相，长寿命的亚稳微晶的统治，和途径，其中稳定相成核后，才出现多个临界后的亚稳相的核。
2023-01-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficient weighted-ensemble network simulations of the SIS model of epidemics
针对标准动力学蒙特卡罗模拟在过渡路径采样和罕见事件识别中的不足，本文将加权集成方法应用于大型异质种群网络的SIS模型，实现了对罕见事件的高效采样和复杂路径探索，并在新参数范围计算了灭绝平均时间及准平稳分布。
2024-12-01 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Approximating Free Energy and Committor Landscapes in Standard Transition Path Sampling using Virtual Interface Exchange
跃迁路径取样（TPS）是研究稀有跃迁的一种有效技术，特别是当机制未知且无法获得反应坐标时。TPS的直接应用并不直接提供自由能景观，也不提供动力学，这促使了路径采样扩展的发展，例如过渡界面采样（TIS）和重新加权路径集合（RPE），它们能够同时访问动力学和热力学。然而，执行TIS比TPS更复杂，并且仍然需要（一些）对定义接口的反应的洞察力。虽然现在可以有效地计算TIS的路径集合的软件包，但直接从单个TPS模拟计算自由能将是有用的。为了实现这一点，我们开发了一种近似的方法，表示虚拟接口交换，利用废弃物回收的形式拒绝的途径。该方法产生一个近似的重新加权的路径集合，允许从一个单一的TPS的自由能景观的即时视图，以及使一个完整的提交者分析。
2019-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Accelerated Markov Chain Monte Carlo Simulation via Neural Network-Driven Importance Sampling
Department of Mechanical Engineering, Stanford University（斯坦福大学机械工程系）
该研究提出利用神经网络驱动的重要性采样方法，加速马尔可夫链蒙特卡罗模拟，通过偏置势能和分支随机游走技术提升高维系统的采样效率和准确性。
2026-01-31 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
A General Algorithm for Sampling Rare Events in Non-Equilibrium and Non-Stationary Systems
虽然存在许多用于稀有事件采样的计算方法，但是这种类型的计算对于具有宏观不可逆动力学并且远离稳态和亚稳态的一般非平衡条件通常不实用。本文提出了一种新的计算罕见事件概率时间序列的方法。对时变剪切流下的Glauber-伊辛模型、淬火后的Kawasaki-伊辛模型以及平行开放非对称排斥过程（p-o ASEP）进行了验证。该方法需要细分的相空间的系统：它是基准，并发现规模越来越精细的细分，这意味着它可以应用没有详细的预知的物理重要的反应途径。
2010-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Studying rare nonadiabatic dynamics with transition path sampling quantum jump trajectories
提出了一种利用跃迁路径采样和量子跳跃轨迹研究开放量子系统中罕见的非绝热动力学的方法。与过渡路径采样的经典动力学的应用程序，该方法不依赖于过渡态或反应途径的先验知识，因此可以提供机械的洞察超快弛豫过程除了其相关的速率。特别是，我们制定了一个量子路径系综使用解开量子主方程的随机实现，这导致在轨迹，可以在特定的量子态的开始和结束的条件。由于动力学严格遵守细致平衡，速率常数可以从可逆功计算在这个条件合奏，允许分支比和产量计算在一个公正的方式。我们用三个例子说明了这种方法的实用性：在供体-桥-受体模型中的能量转移，以及光诱导质子耦合电子转移和热激活电子转移的模型。这些例子证明了路径系综方法的有效性，并为它们在复杂反应量子动力学研究中的应用铺平了道路。
2018-09-10 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
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
Markov-bridge generation of transition paths and its application to cell-fate choice
本文提出马尔可夫桥方法，通过约束起止状态高效采样稀有转移路径，并应用于小鼠胰腺单细胞RNA测序数据，揭示内分泌细胞分化动力学、瓶颈细胞类型及分支统计权重。
2023-12-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.QM
Machine Learning the Entropy to Estimate Free Energy Differences without Sampling Transitions
Tel Aviv University（特拉维夫大学）
针对大自由能势垒系统相变采样难、熵计算复杂的问题，提出一种仅需各相短模拟、用深度学习模型估熵算自由能的方法，在Na和Al熔化温度估算上达SOTA精度。
2025-10-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Flow-dependent unfolding and refolding of an RNA by nonequilibrium umbrella sampling
单生物分子的非平衡实验，如力诱导展开，揭示了复杂系统的几个自由度的细节。分子动力学模拟可以提供补充信息，但探索空间的可能配置往往是阻碍相空间中的大障碍，分隔亚稳区。为了解决这个问题，已经开发了增强的采样方法，该方法将相空间划分为多个区域并在每个区域中整合轨迹段。这些方法提高了越过障碍物的概率，并且促进了并行化，因为轨迹段的整合除了其初始化和终止之外不需要通信。在这里，我们提出了一个并行版本的增强采样方法，适用于系统驱动远离平衡：非平衡伞采样（NEUS）。我们将这种方法应用到一个262个核苷酸的RNA分子，展开和重折叠在一个明确的流场随机旋转动力学建模的粗粒度模型。使用NEUS，我们能够观察到非常罕见的展开事件，其平均首次通过时间长达1.4秒（3.4 E13动力学步骤）。我们研究展开过程中的介质的流速范围内，我们描述了两个竞争的途径，其中不同的分子内接触被打破。
2011-04-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Hamiltonian replica exchange augmented with diffusion-based generative models and importance sampling to assess biomolecular conformational basins and barriers
École Normale Supérieure, PSL University, Sorbonne University, CNRS（巴黎高等师范学院，PSL大学，索邦大学，法国国家科学研究中心）
本文提出融合REST2、DDPM与重要性采样的增强采样框架，以更少副本高效绘制生物分子自由能景观并揭示高势垒转变。
2025-10-21 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Sampling a rare protein transition with a hybrid classical-quantum computing algorithm
Trento University（特伦托大学）；INFN-TIFPA（意大利国家核物理研究所-理论与应用物理中心）；Frankfurt Institute for Advanced Studies（法兰克福高级研究所）；University of Milan Bicocca（米兰比可卡大学）
本文提出混合经典-量子计算算法用于模拟蛋白质构象转变，通过机器学习和量子计算结合，解决传统方法在长时间尺度下的局限性，验证了量子计算在生物分子模拟中的应用潜力。
2023-11-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph quant-ph
