Calculation of Correlation Functions in Terms of Fluctuation Relation
我们推导出一个类似于涨落定理的关系，在一个服从朗之万动力学的热噪声和色噪声系统上所做的工作。然后，我们提出了一种利用这种涨落关系计算色噪声的关联函数的方法。
2004-03-14 cond-mat.stat-mech
Correcting systematic errors in the likelihood optimization of underdamped Langevin models of molecular dynamics trajectories
针对欠阻尼 Langevin 方程参数推断中因位置有限差分获取速度导致的伪相关问题，提出解析修正方法，结合似然最大化算法处理短非各态历经轨迹，经基准与实际系统验证，为活化现象的广义 Langevin 推断铺路。
2025-07-15 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
The generalized Langevin equation revisited: Analytical expressions for the persistence dynamics of a viscous fluid under a time dependent external force
本文对非静态广义Langevin方程及其相应的粘性流体质点位置的Fokker-Planck方程，在一个与时间有关的外力作用下，得到了封闭形式的解。对于常外力，用解析法求得了它的解.非马尔可夫随机微分方程，与色噪声下的位置的动力学，然后被施加到描述的动力学和持续时间的粒子被限制在吸收障碍。与分子动力学的比较非常令人满意。
2016-04-30 cond-mat.stat-mech
Classical open systems with nonlinear nonlocal dissipation and state-dependent diffusion: Dynamical responses and the Jarzynski equality
研究了具有非局部系统-浴耦合的广义Caldeira-Leggett模型描述的经典开放系统的动力学响应和Jarzynski等式。在导出的非马尔可夫Langevin方程中，产生乘性色噪声的非线性非局部耗散项和状态相关扩散项满足涨落-耗散关系。谐波振荡器系统的模拟结果表明：（a）系统$< x >$对所施加的正弦力和阶跃力的平均响应显著地取决于加性噪声和乘性噪声的幅值的模型参数以及色噪声的弛豫时间，尽管稳态边缘概率分布函数与它们无关，（b）非线性耗散和乘性有色噪声的组合效应对于所施加的正弦力引起增强的波动$< [x-< x>]^2 >$，以及（c）JE对于独立于模型参数的所施加的斜坡力成立，其功分布函数为（对称）高斯和非对称非高斯分别为加性和乘性噪声。结果表明，在局部和过阻尼极限下的非马尔可夫Langevin方程与广泛采用的乘性噪声下的唯象马尔可夫Langevin方程有很大的不同.
2011-11-11 cond-mat.stat-mech
Nuclear quantum effects in solids using a colored-noise thermostat
我们提出了一种方法，基于一个非马尔可夫朗之万方程，包括量子修正的经典动力学的离子在准谐波系统。通过适当地拟合噪声的关联函数，人们可以改变作为振动频率的函数的位置和动量的波动，并拟合它们，以便再现量子力学行为，而对系统的细节有最少的先验知识。我们讨论了恒温器对钻石和冰的应用。我们发现，与路径积分分子动力学的协议的结果，可以得到只使用一小部分的计算工作。
2009-03-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Advanced Langevin thermostats: Properties, extensions to rheology, and a lean momentum-conserving approach
本文综述并扩展了朗之万恒温器，通过渐近分析推导了高精度方案，并提出了彩色和动量守恒的新型恒温器，证明了其优于全局动能控制。
2025-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Position-dependent memory kernel in generalized Langevin equations: theory and numerical estimation
广义Langevin方程的非线性力和位置相关的线性摩擦记忆内核，如通常用于描述的有效动力学的粗粒度变量的分子动力学，严格推导出的Mori-Zwanzig形式主义。一个波动耗散定理有关的噪声的内存内核的属性。推导还产生Volterra型方程的内核，它可以用于从全原子模拟的模型的数值参数化。
2022-07-06 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Power-law exponent in multiplicative Langevin equation with temporally correlated noise
幂律分布在自然界中无处不在。随机乘法过程是生成幂律分布的基本模型。众所周知，对于离散时间系统，幂律指数随着乘子的自相关时间的增加而减小。然而，对于连续时间系统，时间相关性如何影响幂律行为尚未阐明。本文研究了一类带色噪声的乘性朗之万方程。我们表明，幂律指数依赖于乘性噪声的细节，在离散时间系统的情况下。
2017-11-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech nlin.AO
A simple and accurate algorithm for path integral molecular dynamics with the Langevin thermostat
介绍了一种新的基于Langevin方程的恒温路径积分分子动力学（PIMD）算法。采用路径积分珠的分段变换进行了论证。在自由颗粒的限制分级模式的最佳摩擦系数用于所有系统。在比较的路径积分朗之万方程（PILE）恒温器，新算法利用了不同的顺序分裂相空间传播的朗之万方程。虽然这两种算法的误差分析，他们也被用于PIMD模拟的三个现实系统（H2O分子，液态仲氢，液态水）进行比较。结果表明，在达到相同精度的情况下，新的恒温器使PIMD的时间间隔增加了4~6倍或更多。此外，补充材料显示的算法时，路径积分珠的正常模式转换进行的误差分析。
2016-11-19 cond-mat.stat-mech
Efficient multiple time scale molecular dynamics: using colored noise thermostats to stabilize resonances
多时间尺度分子动力学通过比快速运动更少地更新慢运动来提高计算效率。然而，在实践中，最大的外部时间步长可能不受物理力的限制，而是受快模式和慢模式之间的共振的限制。在本文中，我们表明，这个问题可以通过使用一个简单的色噪声恒温计划，选择性地针对系统中的高频模式来缓解。对于两个样本的问题，灵活的水和溶剂化的丙氨酸二肽，我们证明，这允许使用大的外部时间步长，同时仍然获得准确的采样和最小化的动态扰动。此外，这种方法被证明是可比的约束快速运动，从而提供了一种替代分子动力学的约束。
2010-11-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The computation of averages from equilibrium and nonequilibrium Langevin molecular dynamics
我们考虑热力学采样的数值方法，即计算根据吉布斯-玻尔兹曼分布分布的点序列，使用朗之万动力学和过阻尼朗之万动力学（布朗动力学）。朗之万动力学的各种数值方法可以基于将随机微分方程分裂成各个组成部分来构建，每个组成部分可以在分布的意义上精确地传播。每个这样的方法可以被视为根据相关联的不变测度生成样本，该相关联的不变测度通过步长依赖的扰动而不同于精确的正则不变测度。我们提供了误差估计一个la Talay-Tubaro不变分布的小步长，并比较不同的选择分裂方法的抽样偏差。我们进一步研究过阻尼限制和应用的驱动系统的背景下，目标是采样相对于一个非平衡稳态的方法。我们的分析说明了数值实验。
2015-01-12 cond-mat.stat-mech
Evaluating functions of positive-definite matrices using colored noise thermostats
计算科学中的许多应用需要计算大型矩阵的函数的元素。一种常用的方法是基于特征值分解的评估，这是一项任务，一般来说，涉及的计算时间与矩阵大小的立方成比例。我们在这里提出了一种方法，可以用来评估一个函数的正定矩阵的元素与缩放是线性的稀疏矩阵和二次在一般情况下。这种方法是基于一个多维谐波势耦合色噪声广义朗之万方程（GLE）恒温器的动力学特性。这种“$f-$恒温器”（FTH）方法允许我们通过仔细剪裁随机动力学的性质来直接计算正定矩阵的函数的元素。我们证明了这种方法的缩放和精度密集和稀疏的问题，并与其他既定的方法的结果进行比较。
2014-02-10 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.data-an
Molecular theory of Langevin dynamics for active self-diffusiophoretic colloids
由自扩散电泳机制推动的活性胶体颗粒通常由朗之万方程描述，该方程要么是基于物理基础假设的，要么是使用波动流体力学的方法导出的。虽然这些描述适用于微米和更大尺寸的胶体，但它们将分解为非常小的活性颗粒。本文给出了胶体非对称催化化学反应驱动的自扩散电泳粒子的朗之万方程的全微观推导。推导提供了平移和旋转摩擦张量的微观表达式，以及反应速率系数中出现的Langevin方程。扩散泳力和扭矩表示在满足广义传输方程的流体场的非平衡平均。结果提供了一个小尺度上的主动运动的描述，在粗粒度的连续流体方程结合边界条件，占胶体的存在下的描述可能是不合适的。
2020-07-02 cond-mat.stat-mech
Finite-dimensional colored fluctuation-dissipation theorem for spin systems
当纳米磁体耦合到随机外部源时，它们的磁化强度成为随机变量，其属性由感生概率密度定义，可以使用Langevin方程从其矩重建，用于将噪声映射到动态自由度。当自旋动力学在时间上离散时，即使在零模存在的情况下，也可以建立对非马尔可夫噪声有效的一般涨落耗散定理。我们讨论的微妙之处，出现时，吉尔伯特阻尼是本和噪声和自旋自由度之间的映射是非线性的。
2016-10-05 cond-mat.stat-mech hep-lat math-ph
Langevin dynamics for ramified structures
我们提出了一个广义朗之万形式主义来描述梳状和类似的分歧结构的运输。我们的方法包括一个朗之万方程没有漂移的运动沿骨干。沿着次级分支的运动可以通过朗之万方程或其他类型的随机过程来描述。沿主链的均方位移（MSD）表征通过分枝结构的运输。我们推导出一个一般的解析表达式，这个观察到的概率分布函数的运动沿二级分支。我们将我们的结果应用于各种类型的运动沿二级分支的有限或无限长，如子扩散，超扩散，和Langevin动力学与有色高斯噪声和非高斯白噪声。蒙特卡罗模拟表明与分析结果非常吻合。高斯噪声的情况下的MSD被证明是独立的噪声颜色。最后，我们推广我们的分析表达式的MSD的情况下，每个二级分支是$n$维。
2017-04-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Fourier Acceleration of Langevin Molecular Dynamics
傅立叶加速已经成功地应用于格点场论的模拟超过十年。在本文中，我们将该方法推广到离散粒子在连续介质中运动的动力学。虽然我们的方法是基于粒子的动态映射到一个规则的网格，使离散傅立叶变换可以采取，它应该强调的是，网格的引入是一个纯粹的算法设备，没有平滑，粗粒化或平均场近似。因此，该方法可以应用于分子动力学（MD）的运动方程，或其朗之万或布朗变种。例如，在Langevin MD模拟中，我们的加速技术允许直接的力的谱分解，使得长波长模式与较长的时间步长集成，从而减少达到平衡或去相关平衡系统所需的时间。相对于纯（未加速）Langevin MD，观察到高达30的加速因子。与临界晶格模型的加速一样，对于更大的系统，预计相对于未加速的方法会有更大的收益。傅立叶加速分子动力学的初步结果，以说明的基本概念。可能的扩展的方法和进一步的研究进行了讨论。
2000-01-28 cond-mat.stat-mech
A moment approach to non-Gaussian colored noises
本文用二阶矩方法讨论了非高斯噪声作用下的Langevin系统，给出了两种噪声产生模型。本文导出了变量$x$的有效微分方程，并利用Fokker-Planck方程计算了定态概率分布$P(x)$。用矩量法计算的$P(x)$的结果与用不同方法如通用色噪声近似（UCNA）[Jung和Hänggi，Phys.Rev.A { \bf 35}，4464（1987）]和泛函积分法得到的几个表达式进行比较。结果表明，我们的$P(x)$与直接模拟（DS）的结果吻合良好。我们还讨论了具有外部输入的模型的动力学性质，用矩量法求解微分方程。
2007-06-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
A path integral approach to the Langevin equation
研究了具有白噪声和色噪声的朗之万方程。我们构造的拉格朗日以及广义朗之万方程的哈密顿自然导致路径积分描述的第一性原理。这个推导澄清了Martin、Siggia和Rose在他们的函数形式主义中引入的附加域的意义。我们表明，过渡振幅，在这种情况下，是生成功能的关联函数。本文给出了自由粒子布朗运动的马尔可夫过程和谐振子（Uhlenbeck-Ornstein模型）的布朗运动的非马尔可夫过程的关联函数。路径积分的描述也导致了一个简单的推导的福克-普朗克方程的广义朗之万方程。
2015-01-07 cond-mat.stat-mech hep-th math-ph
A shortcut way to the Fokker-Planck equation for the non-Markovian dynamics
本文用一种简捷的方法导出了具有广义摩擦记忆核和含时力场的Langevin动力学的Fokker-Planck方程。然后，我们证明了这种方法适用于具有简谐势或磁场或两者共同作用的非马尔可夫动力学。该方法在这些复杂情况下的简单性是非常值得注意的，它适用于导出任何类型的线性Langevin运动方程的Fokker-Planck方程，该方程描述了加性色噪声驱动的非马尔可夫动力学，有或没有摩擦记忆核。例如，甚至对于具有与阻尼强度无关的附加高斯色噪声的线性系统，也可以应用该方法。这些研究可能会得到强烈的关注，在该领域的随机热力学，这是现在处于早期阶段，考虑非马尔可夫动力学。
2022-11-30 cond-mat.stat-mech
Optimal Langevin modelling of out-of-equilibrium molecular dynamics simulations
我们介绍了一个计划，用于推导一个最佳参数化的朗之万动力学的几个集体变量从分子动力学模拟中产生的数据。漂移和位置相关的扩散配置文件管理的朗之万动力学表示为明确的平均输入轨迹。所提出的策略是适用于输入轨迹的情况下，通过使系统受到外部的时间依赖性的力（而不是规范平衡的轨迹）。其次，它提供了一个明确的控制漂移和扩散分布的统计不确定性。这些特征提供了设计驱动系统的外力的可能性，以便最大化在整个感兴趣的相空间中的漂移和扩散分布的准确性。定量的标准也提供了评估后验的可满足性的应用方法，即集体变量的随机动态的马尔可夫性质。
2008-05-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.data-an
Superparamagnetic Relaxation Driven by Colored Noise
本文从理论上研究了色噪声驱动下单畴粒子的磁弛豫过程。考虑了两种方法; Landau-Lifshitz-Miyazaki-Seki方程，其是基于将Ornstein-Uhlenbeck相关噪声引入Landau-Lifshitz-Gilbert方程的朗之万动力学模型和广义主方程方法，其中通过引入显式记忆核来修改普通主方程。据发现，有色噪声是很可能成为重要的高各向异性材料的特征系统的时间，在这种情况下，逆拉莫尔进动频率，变得可比的相关时间。当逃逸时间比相关时间长得多时，自旋的弛豫曲线具有与普通LLG方程类似的指数形式，而对于低势垒高度和中间阻尼，相关时间是逃逸时间的相当大的一部分，预测不寻常的双指数衰减作为色噪声的特征。在非常高的阻尼和相关时间，自旋的时间分布呈现出更复杂的噪声轨迹。
2018-05-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The Generalized Langevin Equation: An efficient approach to non-equilibrium molecular dynamics of open systems
广义朗之万方程（GLE）是近年来提出的一种模拟经典固体和分子体系在考虑一般非平衡过程时的时间演化的方法。在这种方法中，整个系统的一部分（一个开放的系统），它与耗散环境的相互作用和交换能量，进行了研究。由于GLE是通过精确地投影出谐波环境而导出的，因此与谐波环境的耦合是现实的，而运动方程是非马尔可夫的。虽然GLE形式主义已经找到了有前途的应用，例如，在纳米摩擦学中，并且作为用于经典分子动力学模拟中的平衡的强大恒温器，求解用于实际存储器内核的GLE的有效算法是非常重要的，特别是如果存储器内核非指数地衰减的话。这是因为我们必须产生有色噪声，并以一致的方式考虑记忆效应。在这方面的贡献，我们提出了一个简单的，但有效的，算法解决GLE的实际内存内核，我们证明了它的能力，完全可解的情况下耦合到德拜浴的谐振子。
2014-03-18 cond-mat.stat-mech
Disordered vortex matter out of equilibrium: a Langevin molecular dynamics study
讨论了朗之万分子动力学在无序涡旋物质非平衡性质研究中的应用。我们特别关注的是设置在无序的高$T_c$超导体，如YBCO的系统参数是现实的值。利用离散的弹性线模型，我们研究了远离热平衡的涡旋的不同方面。一方面，我们研究了无序环境下受驱动的磁通量线的稳态特性，即电流-电压特性、回旋半径和钉扎时间统计。另一方面，我们研究了复杂的弛豫过程和类玻璃动力学，出现在II型超导体由于之间的复杂竞争的远程涡旋-涡旋排斥和磁通钉扎由于随机放置的点缺陷。为此，我们考虑不同类型的突然扰动：温度，磁场，和外部电流猝灭。
2015-11-04 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Nonlinear stochastic modeling with Langevin regression
许多物理系统的非线性多尺度相互作用的特点可以有效地模拟处理未解决的自由度作为随机波动。然而，即使当微观控制方程和定性宏观行为是已知的，它往往是很难推导出一个随机模型，是一致的观察。这对于诸如湍流的系统尤其如此，其中扰动的行为不像高斯白噪声，将非马尔可夫行为引入动力学。我们解决这些挑战的框架识别可解释的随机非线性动力学的实验数据，使用前向和伴随福克-普朗克方程，以执行统计一致性。如果朗之万方程的形式是未知的，一个简单的稀疏化过程可以提供一个适当的函数形式。我们证明，这种方法可以有效地学习随机模型在两个人工的例子：恢复非线性朗之万方程强迫色噪声和近似的二阶动力学的粒子在双势阱与相应的一阶分岔规范形式。最后，我们将所提出的方法应用到湍流钝体尾流的实验测量中，并表明压力中心的统计行为可以由非线性状态相关噪声驱动的相应层流的动力学来描述。
2021-03-15 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph physics.flu-dyn
Non-Gaussian Fluctuation and Non-Markovian Effect in the Nuclear Fusion Process: Langevin Dynamics Emerging from Quantum Molecular Dynamics Simulations
利用改进的量子分子动力学的数值模拟，从单个核子的微观动力学中提取表征库仑势垒周围核聚变过程的Langevin型描述的宏观参数以及随机力的精确信息.结果表明，熔合核之间相对运动的耗散动力学是由随机力的非高斯分布引起的。我们发现，摩擦系数以及时间的随机力的关联函数采取特别大的值在一个区域内的库仑势垒一点点。在随机力的时间关联函数中观察到明显的非马尔可夫效应。进一步表明，通过随机力及其时间关联函数适当地结合单个核子的微观信息，融合过程的涌现动力学可以用具有记忆效应的广义Langevin方程描述.
2013-06-12 cond-mat.stat-mech nucl-ex nucl-th
Girsanov reweighting for simulations of underdamped Langevin dynamics. Theory
分子过程中的关键步骤通常是罕见事件，必须通过增强的采样协议进行模拟。从这种有偏的模拟中恢复准确的动态估计是具有挑战性的。Girsanov重新加权是一种将动态特性重新加权为路径期望值的方法。在分子动力学积分器的时间步长分辨率下计算路径概率。但该理论在很大程度上限于过阻尼朗之万动力学。对于欠阻尼朗之万动力学，不保证有偏势和无偏势的路径概率比的绝对连续性，但它依赖于朗之万积分。我们开发了一个通用的方法来获得的路径概率比朗之万积分，并分析是否满足绝对连续性。我们证明了我们的方法对称分裂方法欠阻尼Langevin动力学。对于服从绝对连续性的方法，因此可以用于Girsanov重新加权，我们提供了一个相对路径概率的表达式。%
2023-03-26 cond-mat.stat-mech
Robust and efficient configurational molecular sampling via Langevin Dynamics
University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文评估了多种数值方法用于求解分子动力学中的随机微分方程，通过 Baker-Campbell-Hausdorff 展开研究采样精度，发现某些方案在谐振子中能精确计算构型平均，从而在生物分子建模中提升性能，同时在溶剂化和非溶剂化模拟中实现更高的准确性与计算效率。
2013-04-24 cond-mat.stat-mech cs.NA math.NA
Constant pressure and temperature discrete-time Langevin molecular dynamics
提出了一种新的改进方法，用于周期性边界条件下的分子动力学模拟中温度和压力的同时控制。恒温恒压方程是建立在我们以前开发的随机恒温器，这已被证明是提供正确的统计配置采样的任何时间步，产生稳定的轨迹。在这里，我们扩展的方法，并开发了一组离散时间运动方程的粒子动力学和系统体积，以寻求压力控制，是不敏感的数值时间步长的选择。该方法简单、实用、高效。该方法是通过直接数值模拟的两个特征模型系统-一个一维的颗粒链，可以得到精确的统计结果，并用作基准，和三维系统的Lennard-Jones相互作用的粒子模拟在固相和液相。与Kolb和Dunweg方法进行比较的结果表明，新方法的行为符合目标，即所获得的结构测量的统计平均值和波动对应用于模拟的所选时间步长是准确和鲁棒的。
2014-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A simple and effective Verlet-type algorithm for simulating Langevin dynamics
我们提出了一个修改著名的Stormer-Verlet算法模拟二阶微分方程。修订解决了包括线性摩擦与相关的随机噪声，我们分析表明，新算法正确地再现扩散行为的粒子在一个平坦的潜力。对于谐振子，我们的算法提供了精确的玻尔兹曼分布的任何值的阻尼，频率和时间步长的欠阻尼和过阻尼的行为在通常的Verlet算法的稳定性限制。鉴于该方法的结构和简单性，我们得出结论，这种方法可以平凡地适用于当代的应用，包括分子动力学与扩展，如分子约束。
2013-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Understanding Molecular Dynamics with Stochastic Processes via Real or Virtual Dynamics
结合随机过程的分子动力学为计算化学、生物和材料体系的结构和热力学性质提供了一种方便的方法。结果表明，我们为朗之万方程提出的虚动力学情况[J. Chem. Phys. 147，184104（2017）]原则上也存在于其他类型的随机恒温器中。作为示例，研究了Andersen恒温器的推荐中间方案[J. Chem. Phys. 147，034109（2017）]。分析和数值计算结果表明，在高碰撞频率极限下，真实动力学和虚拟动力学的特征相关时间接近同一平台，但在很宽的范围内，采样的精度和效率对碰撞频率的值相对不敏感。在我们比较了Andersen恒温器和Langevin动力学的行为之后，我们提出了一个启发式的示意图来理解具有分子动力学的有效的随机恒温过程。
2018-01-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Complete Set of Stochastic Verlet-Type Thermostats for Correct Langevin Simulations
我们提出了一套完整的随机Verlet型算法，可以提供正确的统计措施，在离散时间Langevin系统的构型和动力学采样。该方法是一个蛮力一般表示的Verlet算法与自由参数系数，确定通过要求正确的玻尔兹曼采样线性系统，无论时间步长。其结果是一组统计上正确的方法给出了一个自由的功能参数，它可以被解释为一个时间步长的速度衰减因子。我们定义的统计特性，真正的现场$v^n$和真正的半步$u^{n+\frac{1}{2}}$速度，并使用这些定义为每个统计正确的Stormer-Verlet方法找到一个独特的相关的半步速度表达式，这产生正确的动力学麦克斯韦-玻尔兹曼统计线性系统。它表明，没有其他类似的，统计上正确的现场速度存在。我们进一步讨论的使用和功能的有限差分速度定义，既不是真正的现场，也不是真正的半步。这组方法以方便和常规的随机Verlet形式编写，这些形式适合于直接实现，例如，分子动力学应用。我们突出了几个具体的例子，并通过全面的Langevin模拟简单的非线性振荡器和复杂的分子动力学的算法进行验证。
2019-09-10 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Colored noise and memory effects on formal spiking neuron models
简化的神经元模型捕捉了一般神经元电活动的本质，除了从计算的角度来看，与更高维的模型（如Hodgkin-Huxley模型）相比更有趣之外。在这项工作中，我们提出了一个广义的共振和火灾模型描述的广义朗之万方程，考虑到记忆效应和有色噪声。我们进行了全面的数值分析，以研究所提出的模型的动力学和点过程统计，突出有趣的新功能，如：i）非单调行为（峰结构的出现，通过色噪声特征时间尺度的选择而增强）作为记忆特征时间尺度的函数的变异系数（CV），ii）色噪声引起的CV中的移位，以及iii）由于记忆诱导的阈下振荡而在峰间间隔（ISI）分布中出现和抑制多峰。此外，在噪声诱导的尖峰制度，我们研究如何记忆和色噪声影响的相干共振（CR）现象。我们发现，对于足够长的记忆，CR不仅被抑制，而且CV $\times$噪声强度曲线的最小值，其特征在于CR的存在可能被最大值所取代。上述特征允许将记忆和有色噪声之间的相互作用解释为对神经元变异性的有效控制机制。由于ISI分布中的可变性和非平凡的时间模式在生物细胞中是普遍存在的，我们希望本模型可以用于模拟神经元的真实方面。
2015-05-12 cond-mat.stat-mech q-bio.NC
Non-Markovian magnetization dynamics for uniaxial nanomagnets
提出了一种描述纳米磁体的磁化强度随时间演化的随机方法，该方法通过改变噪声的强度在Landau-Lifshitz-Gilbert和Landau-Lifshitz-Bloch近似之间插值。其有限的自相关时间，即当它可以被描述为彩色的，而不是白色的，是，也考虑和后果，对磁化强度的响应的规模进行了研究。它示出的层次的磁化的时刻可以关闭，通过引入合适的截断方案，其有效性进行测试的矩方程的直接数值解，并从相应的有色随机Langevin方程的数值解得到的平均值相比。这种比较是在外部均匀磁场和内部单轴各向异性的磁系统上进行的。
2015-11-05 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
A Gauss-Newton method for iterative optimization of memory kernels for generalized Langevin thermostats in coarse-grained molecular dynamics simulations
针对粗粒度分子动力学模拟中非马尔可夫广义朗之万恒温器记忆核提取的逆问题，提出基于IOMK的IOMK-GN高斯-牛顿方案，实现马尔可夫嵌入模型的直接参数化，解决原有方法误差风险高、计算成本大的问题。
2024-06-21 cond-mat.stat-mech
Bringing discrete-time Langevin splitting methods into agreement with thermodynamics
鉴于最近公布的完整的一套统计正确的Gronbech-Jensen（GJ）方法的离散时间热力学，我们修改了微分算子分裂方法的朗之万方程，以符合基本的GJ热力学采样功能，即玻尔兹曼分布和爱因斯坦扩散，在线性系统。这一修订，这是基于时间尺度的离散时间的速度衰减参数的灵活性的引入，提供了ABO分裂形式主义和GJ方法之间的直接联系。这一环节带来的结论是，任何GJ方法至少有弱的二阶精度在应用的时间步长。它还有助于确定一个新的半步速度，同时产生正确的动力学统计和正确的运输措施的任何统计声音GJ方法。明确的算法表达式给出了新的半步速度到GJ集的方法的集成。数值模拟，包括基于量子的分子动力学（QMD）使用QMD套件LATTE，突出讨论的算法的性能，以及表现出强大的，时间步长独立的随机积分器的直接应用程序基于量子的分子动力学。
2021-10-21 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Accurate Configurational and Kinetic Statistics in Discrete-Time Langevin Systems
我们扩大了以前发表的Grønbech-Jensen Farago（GJF）恒温器，这是一个非常合理的变化Størmer-Verlet算法模拟离散时间朗之万方程。GJF方法已经被证明可以给出相空间的鲁棒且准确的配置采样，并且其应用于，例如，分子动力学已经很成熟了。基于谐振子在摩擦和噪声作用下的动力学响应的解析计算，提出了离散时间速度变量的新定义。GJF方法的新的伴随速度被证明可以产生正确的和与时间步长无关的动力学响应，例如，动能，它的波动，和基于速度自相关的Green-Kubo扩散。这一观察允许一个新的和方便的蛙跳算法，它有效地和精确地表示统计措施的动力学和构型性质在任何时间步长内的谐振子的稳定极限。我们概述了算法的简单性，并通过一维非线性振子和三维分子动力学的应用，证明了其有吸引力的非线性和复杂系统的时间步长无关的功能。
2019-01-09 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Supersymmetric Langevin equation to explore free energy landscapes
最近发现的超对称推广的Langevin动力学和Kramers方程可以用来探索系统的自由能景观的大时间尺度分离阻碍了标准的分子动力学技术的有用性。第一个现实的应用程序在这里介绍。选择的系统是一个最低限度的模型，一个短的丙氨酸肽展示螺旋-卷曲转变。
2007-02-16 cond-mat.stat-mech
Justification for the use of Markovian Langevin statistics in the modelling of activated surface diffusion
低温表面扩散是由吸附原子在吸附位点之间的热激活跳跃驱动的。氦自旋回波技术能够测量单个吸附原子的亚皮秒运动，已经能够对许多重要的吸附物-基底性质进行基准测试。著名的马尔可夫朗之万方程已经成为解释这些实验数据的标准工具，用随机白噪声和线性摩擦取代了原子-衬底相互作用。然而，忽略有色噪声频谱和表面系统固有的非线性的后果是未知的。通过对三种不同的吸附原子运动模型的计算研究，我们发现，吸附原子的跳跃率和跳跃分布仅由势能面和一个新的广义能量交换率参数固定在几个百分点之内，与所用的模型无关。这一结果证明了使用马尔可夫Langevin方程，不管吸附原子力的真实统计性质，提供的结果引用的新的能量交换率参数。此外，许多机制的噪声相关性和非线性摩擦的能量交换率的影响，提出了可能有助于激活表面扩散和激活过程更普遍。
2022-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Data-driven Langevin modeling of nonequilibrium processes
给定非平稳数据从分子动力学模拟，马尔可夫朗之万模型的构建，旨在再现的时间演变的基础过程。虽然在平衡的自由能景观采样，非平衡过程可以与一个有偏见的能源景观，这占有限的采样效应和外部驱动。扩展数据驱动的朗之万方程（dLE）方法[Phys.\修订版本\ Lett. { \bf 115}，050602（2015）]的非平衡过程的建模，一个有效的方法来计算多维朗之万场的概述。的dLE示出正确地占各种非平衡过程，包括强制解离氯化钠在水中，压力跃变诱导成核的液体的硬球，和构象动力学的螺旋肽采样从非平稳的短轨迹。
2021-07-16 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Molecular dynamics study on a nonequilibrium motion of a colloidal particle driven by an external torque
本文研究了在外力作用下胶体粒子脱离平衡的运动。我们使用的分子动力学模拟，是替代的数值积分方法的基础上的朗之万方程，并有望更逼真地模拟实验。我们选择了一个由成千上万的粒子通过Lennard-Jones势相互作用组成的热浴，并施加朗之万恒温器来保持平衡。我们制备了一个单一的胶体粒子与热浴中的粒子也通过Lennard-Jones势相互作用，而没有使用任何耗散力和噪声。通过增加胶体粒子的尺寸和质量，我们编制了适合于实际实验中过阻尼极限的仿真协议。研究了在时间上连续产生的功和热的非平衡涨落的随机性质。我们精确地证明了工作产生式的涨落定理。我们的结果与朗之万方程的数值积分结果一致。
2016-08-31 cond-mat.stat-mech
Effects of Structural Inhomogeneity on Equilibration Processes in Langevin Dynamics
本文研究了初始状态构型对Langevin正则系综平衡衰减速率的影响，推导出系统弛豫时间与径向分布函数的关系，发现初始数密度不均匀会显著延长弛豫时间并改变g(r)的趋近方式。
2023-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Fluctuations, Responses and Energetics of Molecular Motors
描述了一个新的等式，它把非平衡Langevin系统的能量耗散率与涨落响应关系（FRR）的破坏程度联系起来。FRR是涨落的关联函数与宏观变量的响应函数之间的关系。虽然已经确定FRR在平衡态下成立，但在非平衡态系统中违反FRR的物理意义一直存在争议。最近，作者发现在非平衡Langevin系统中，FRR破坏的程度与能量耗散到环境中的速率成简单的等式关系。在本文中，我们充分解释了FRR，FRR破坏，和新的平等方面的朗之万模型称为布朗马达模型，这被认为是一个简单的模型的生物分子马达。此外，我们的结果的分子马达的实验研究中的应用进行了讨论，并作为一个例子，我们预测了一个新的时间常数的值关于KIF 1A，这是一种单头驱动蛋白的运动。
2006-10-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The random force in molecular dynamics with electronic friction
朗之万方程包含了一个随机力来保持平衡，防止摩擦使运动停止;但对于弹道运动，随机力往往被忽略。在这里，我们使用朗之万方程的分子动力学模拟的2.76 eV的H-原子经历电子摩擦碰撞与300 K金属，其中一个随机力产生的热电子空穴对。尽管入射能量比$k_\text{B}T$大得多，但没有随机力的模拟明显不能再现实验。我们分析了Ornstein-Uhlenbeck过程，表明这是弹道粒子在热涨落影响下经历摩擦的一般性质。
2021-03-04 cond-mat.stat-mech
Complex reaction noise in molecular quasispecies model
本文导出了一个准种动力学模型的精确朗之万方程。固有的乘性反应噪声是复杂的，它的统计特性是完全指定的。利用Cholesky分解对复Langevin方程进行了数值模拟。这种内部噪声，这是由于扩散限制反应，产生不可避免的时空密度波动的平均场值。在二维中，这种噪声仅在完全混合极限中严格地消失，这在实践中很难实现。
2006-05-09 cond-mat.stat-mech q-bio.PE
Current-induced atomic dynamics, instabilities, and Raman signals: Quasi-classical Langevin equation approach
我们推导并采用了一个半经典的朗之万方程从路径积分来描述在电流的存在下的分子结的离子动力学。电子环境充当有效的非平衡浴。浴导致描述焦耳加热的随机力、包括非保守风力的电流诱导力、耗散摩擦力和由于非平衡电子的Berry相而产生的有效类洛伦兹力。使用一个通用的两级分子模型，我们强调了电流诱导力和焦耳加热系统的稳定性的重要性。我们比较了不同的力的影响，和宽带近似的电子结构对我们的结果。我们检查电流引起的不稳定性（激发失控的“水车”模式），并调查这些在拉曼信号的签名。
2012-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
A Langevin Approach to One-Dimensional Granular Media Fluidized by Vibrations
提出了一种描述一维颗粒介质在振动底板作用下流化的稳态动力学的朗之万方法。我们采用线性朗之万方程来描述质心的运动。在这个框架内，我们推导出几个宏观量的解析表达式。我们还预测了质心高度的功率谱。我们发现我们的理论预测和广泛的事件驱动的分子动力学模拟之间的协议。
2008-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Advanced Thermostats for Molecular Dynamics
该研究基于严格 Langevin 动力学提出分子动力学高级恒温器，利用摩擦张量刻画热浴各向异性与非均匀性，并兼顾相对论动力学和非线性摩擦效应。
2023-10-02 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Phase diffusion and noise temperature of a microwave amplifier based on single unshunted Josephson junction
工作在量子极限附近的高增益微波放大器是量子技术发展的关键。然而，系统的理论建模和仿真其性能代表相当具有挑战性的任务，由于有色噪声和非线性的底层电路的发生。在这里，我们开发了一个响应理论，这样的放大器，其电路动力学是基于一个未分流的约瑟夫森结的非线性振荡。该理论占一个微妙的相互作用之间的指数阻尼波动稳定的极限环和非线性动力学的极限环阶段。放大器的增益和噪声频谱的推导假设在电路电阻的色电压噪声。导出的表达式一般适用于任何系统的极限环动力学扰动的色噪声和谐波信号。我们还严格评估相应的非线性朗之万方程，即使是可靠的离散化方案可能会引入错误显着影响模拟特性的峰值性能的数值模拟方法的可靠性。
2022-06-30 cond-mat.stat-mech
Non-Markovian expansion in quantum dissipative systems
在路径积分形式下，研究了量子力学中耗散动力系统的非马尔可夫朗之万演化。在讨论了系统与热浴和内核和噪声相关器，遵循最常见的选择的相互作用的截止频率的作用，我们推导出一个解析展开的确切的非马尔可夫耗散内核和相应的色噪声在一般情况下，是一致的波动耗散定理，并纳入系统的非局部校正。我们说明了使用传统的（马尔可夫）Langevin方法的情况下，指数内核和分析的情况下，非马尔可夫布朗运动的结果的修改。
2009-10-22 cond-mat.stat-mech hep-ph quant-ph
Langevin thermostat for robust configurational and kinetic sampling
我们重新制定了Grønbech-Jensen和Farago（GJF）的算法，用于恒温下的Langevin动力学模拟。GJF算法在分子动力学模拟中已经变得越来越流行，因为它提供了鲁棒的（即，对时间步长的变化不敏感）和具有比其他朗之万恒温器更大的时间步长的相空间的精确配置采样。在原始的推导[摩尔。Phys. { \bf 111}，983（2013）]，该算法被公式化为具有现场速度变量的速度-Verlet型积分器。在这里，我们重新制定它作为一个半步速度变量的蛙跳计划。与原始形式相比，重新公式化的形式还提供了诸如平均动能等动能测量的鲁棒且准确的估计。我们分析证明，新提出的算法给出了精确的配置和动力学温度的谐振子的任何时间步长小于Verlet稳定极限，并使用计算机模拟来证明强非线性系统的配置和动力学的鲁棒性的算法。GJF恒温器的新配方的这种性质使其在计算机模拟中的实施非常有吸引力。
2019-03-07 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Effects of Cooling Rate on Structural Relaxation in Amorphous Drugs: Elastically Collective Nonlinear Langevin Equation Theory and Machine Learning Study
理论方法制定调查的分子流动性在不同的冷却速率下的无定形药物。我们将标记分子的结构弛豫过程描述为笼级动力学和第一配位壳层以外的集体分子重排的耦合过程。局域动力学和非局域动力学之间的耦合在不同的物质中表现得不同。对22种无定形药物和聚合物的结构弛豫时间、玻璃化转变温度和动态脆性进行了理论计算。数值计算结果与实验数据以及采用Vogel-Fulcher-Tammann拟合函数和机器学习方法提取的物理量在定量上有很好的一致性。机器学习方法揭示了玻璃化转变温度和熔点之间的线性关系，这是药物溶解度的关键因素。我们的预测方法是开发药物制剂的可靠工具。
2019-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Free energy, friction, and mass profiles from short molecular dynamics trajectories
我们解决的问题，构建精确的数学模型的动态分子系统投射在一个集体变量。为了这个目的，我们介绍了一个算法优化参数的标准或广义朗之万方程，直到后者以忠实的方式再现一组分子动力学轨迹。特别是，使用溶剂化的脯氨酸二肽作为测试案例，我们报告的证据表明，100短轨迹开始在一个高的障碍顶部编码的所有信息需要重建自由能，摩擦，和质量分布，包括非马尔可夫效应。该方法允许访问的热力学和动力学的活化过程中的一个概念上直接的方式，它只采用标准的无偏分子动力学轨迹，并在计算成本方面具有竞争力，现有的增强采样方法。此外，从相同的初始数据出发，系统地构建不同集体变量选择的Langevin模型可以帮助反应协调优化。
2018-10-01 cond-mat.stat-mech
Numerical Integration of the Extended Variable Generalized Langevin Equation with a Positive Prony Representable Memory Kernel
广义朗之万动力学（GLD）出现在许多系统的建模中，从表现出粘弹性力学响应的结构化流体到生物系统和表现出异常扩散现象的其他介质。分子动力学（MD）模拟，包括GLD结合外部和/或成对的力量，需要发展的数值积分器，是有效的，稳定的，并具有已知的收敛性能。在这篇文章中，我们得到了一族具有正Prony级数记忆核的广义Langevin方程（GLE）的扩展变量积分器。利用稳定性和误差分析，我们确定了一个最好的选择参数，并实现了相应的数值算法在LAMMPS MD软件包。该算法的显着特点包括在一些重要的情况下，平衡速度分布的第一和第二时刻的精确守恒，在传统的朗之万动力学的极限稳定的行为，以及使用卷积自由形式主义，避免了需要明确存储的粒子速度的时间历史。能力证明相对于在许多规范的例子中的准确性，在某些限制的稳定性，和一个示例性的应用程序，其中的谐波约束潜力的效果被映射到一个内存内核。
2013-07-24 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Best practices for second-generation Car-Parrinello ab initio molecular dynamics with CP2K/Quickstep
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS)（先进系统理解中心）；Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；Institute of Artificial Intelligence, Technische Universität Dresden（德累斯顿工业大学人工智能研究所）
本文提出了一套在CP2K中设置第二代Car-Parrinello从头算分子动力学（CP2G AIMD）的实用工作流程，通过一致调谐密度矩阵传播、轨道变换校正器和修正Langevin摩擦参数，显著减少分子动力学步中的自洽场迭代次数，并以32分子液态水基准验证了其有效性。
2026-05-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
