A Multigrid Algorithm for Sampling Imaginary-Time Paths in Quantum Monte Carlo Simulations
我们描述了一种新的模拟方法，消除了在连续极限附近的时间-时间路径积分的蒙特卡罗模拟的慢下来的问题。该方法结合了随机分块过程和多重网格方法，在量子蒙特卡罗模拟中快速加速路径采样，使其动力学更具遍历性。该方法的有效性和效率证明了几个一维量子系统，并与其他标准和加速方法相比。
2004-02-06 cond-mat.stat-mech
Elaborating Transition Interface Sampling Methods
本文综述了近年来发展起来的两种计算高维复杂系统中稀有事件主导过程速率常数的有效方法。第一种是过渡界面采样（TIS），基于测量通过相空间中的超曲面的有效通量。TIS相对于标准过渡路径采样（TPS）速率常数技术提高了效率，因为它允许可变的路径长度并且对重新交叉不太敏感。第二种方法是TIS的部分路径版本。为扩散过程而开发，它利用了长时间相关性的损失。我们详细讨论了新技术与标准反应通量法之间的关系。路径采样算法可能会遇到遍历性问题，我们引入了几种新的技术，以减轻这些问题，特别是路径交换，随机配置偏置蒙特卡罗射击移动和顺序参数自由路径采样。此外，我们给出了算法来计算其他有趣的性质，从路径系综除了速率常数，如活化能和反应机制。
2004-05-06 cond-mat.stat-mech
Rate constants for diffusive processes by partial path sampling
我们介绍了一个路径采样方法的计算速率常数的系统具有高度扩散的字符。基于最近发展的过渡界面采样（TIS）算法，该过程通过仅对限定在一定区域内的完整过渡轨迹的部分进行采样来提高效率。该算法假设沿着反应坐标的高度扩散的进展的记忆损失。我们比较新技术的TIS方法为一个简单的双原子系统，并表明，新方法的计算时间尺度线性，而不是二次，与扩散势垒的长度。记忆丧失假设的有效性也进行了讨论。
2003-10-20 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
On the Use of Local Diffusion Models for Path Ensemble Averaging in Potential of Mean Force Computations
我们使用一个恒定的速度转向分子动力学（SMD）模拟十丙氨酸在真空中的拉伸展示了一种技术，可以用来创建代理随机过程使用的时间序列，出来的SMD模拟。通过首先估计沿着SMD轨迹的一系列局部参数模型来构造代理过程，然后通过平滑样条将局部模型拼接在一起来构造单个全局模型（通过似然函数近似使估计在计算上可行）。校准的代理模型，然后“自举”，以模拟大量的工作路径通常需要构建一个潜在的平均力（PMF）通过呼吁Jarzynski的功定理。当这个过程被重复为一个小数目的SMD路径，它表明，全球模型似乎来自一个家庭的密切相关的扩散过程。利用这种观察可能的技术也简要讨论。本文的研究结果具有潜在的相关性，计算昂贵的计算机模拟和实验工作，涉及光镊，它很难收集大量的样本，但可能准确和频繁的采样时间。
2006-06-16 cond-mat.stat-mech
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
Conditioned Langevin Dynamics enables efficient sampling of transition paths
我们提出了一种新的随机方法来生成布朗路径，条件是在给定的势能$U(x)$下，在固定的时间$t_{f}$内，从一个初始点开始，并在一个给定的最终点结束。这些路径的采样概率给出的过阻尼朗之万动力学。我们表明，这些路径可以完全由一个本地的随机偏微分方程（SPDE）。这个方程一般不能解。我们提出了几个近似，是有效的，无论是在低温制度或存在的障碍交叉。我们表明，这种方法保证生成的统计独立的过渡路径。它在计算上非常有效。我们举例说明了二维Mueller势以及墨西哥帽势的方法。
2016-11-23 cond-mat.stat-mech
Monte-Carlo sampling of self-energy matrices within sigma-models derived from Hubbard-Stratonovich transformed coherent state path integrals
本文描述了在Hubbard-Stratonovich（HS-）变换相干态路径积分的情况下计算矩阵求逆或格林函数的“Neumann-Ulam”Monte-Carlo抽样。我们说明了如何规避直接数值反演矩阵的格林函数采取随机游走适当选择的矩阵内的路径积分的偶数和复值的自能矩阵。随机游走采样的应用是通过总矩阵的可能分离给出的，例如，从其逆确定格林函数的矩阵，到一部分单位减去（或加上）仅包含绝对值小于1的特征值的矩阵。这允许在具有足够小的特征值的分离的特殊矩阵的泰勒展开中围绕单位矩阵展开普遍的格林函数。所提出的采样方法特别适用于西格玛模型中自能的鞍点解附近的随机数发生器。它也能够从费米子场的HS变换路径积分的随机采样，根据杨米尔斯理论通过规范不变玻色子相互作用。
2012-05-22 cond-mat.stat-mech
On the efficiency of path sampling methods for the calculation of free energies from non-equilibrium simulations
根据Jarzynski定理，平衡自由能差可以从非平衡转变期间进行的功的统计计算。虽然精确，但这种方法可能会受到大的统计误差的困扰，特别是对于强烈偏离平衡的系统。最近，已经提出了几种方法来减少这些错误。在本文中，我们研究了这些方法的效率，使用两种模型，其中存在的解析解。
2007-03-07 cond-mat.stat-mech
Precision shooting: Sampling long transition pathways
溶液中集体重排的动力学，如蛋白质折叠和相变相变，通常涉及既长又粗糙的自由能势垒。应用过渡路径采样的方法来收获模拟的轨迹，该轨迹模拟这样的过程通常是困难的，因为新生成的轨迹的接受率非常低。我们解决这个问题，通过引入一个新的一代算法的基础上的线性短时行为的小扰动相空间。使用这种"精确射击“技术，可以及时传播任意小的干扰，并且可以获得任何期望的射击动作的接受率。我们证明了一个简单的，但计算上有问题的异构化过程中的稠密液体软球的方法。我们还讨论了它的适用性势垒跨越事件涉及亚稳态中间状态。
2008-07-15 cond-mat.stat-mech
Calculation of reaction constants using Transition Path Sampling with a local Lyapunov bias
提出了一种计算有限温度下多体系统热激活过程反应速率常数的有效方法。该方法包括两个步骤：第一，使用过渡路径采样（TPS）算法补充有利于发散轨迹的局部李雅普诺夫偏置路径进行采样。这提高了在相对较短的模拟期间观察到稳定状态之间的罕见反应轨迹的概率。其次，反应常数最终估计从反应路径的无偏分数，产生了一个适当的统计数据分析工具，多态贝内特验收比（MBAR）包。为了测试我们的算法，我们计算LJ 38，一个很好的研究Lennard-Jones集群的结构转变的反应常数，比较我们的结果，以前在文献中报道的值。此外，我们还将此方法应用于300 ~ 850 K温度范围内α-Fe晶体中空位迁移的反应速率的计算。空位扩散率与激活势垒在有限的温度下，然后评估，并使用标准谐波近似得到的值进行比较。
2011-12-21 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
Using Bayes formula to estimate rates of rare events in transition path sampling simulations
过渡路径采样是一种用于估计分子系统中罕见事件发生率的方法，该方法基于包含小部分反应轨迹的路径分布逐渐转变为这些罕见轨迹变得频繁的有偏分布。然后，一个多状态重新加权计划实施后处理从分阶段仿真收集的数据。在这里，我们展示了贝叶斯公式如何允许直接构建一个有偏见的样本，其中包含一个增强的分数反应轨迹，并伴随着估计从这个样本的过渡率。该方法可以补救的自由能扰动或伞采样模拟时遇到的收敛问题，变换后的分布与参考分布不充分重叠。
2015-09-24 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Variational path sampling of rare dynamical events
本文综述了变分路径采样方法，该方法结合轨迹空间统计力学与大偏差理论，通过系综重加权思想研究远离平衡系统中的稀有动力学事件，并展示了其在化学、材料及生物物理系统中的应用。
2025-02-03 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Optimal Rejection-Free Path Sampling
提出一种无拒绝的路径采样框架，通过直接采样射击点并施加与自由能成反比的选择偏差，结合AIMMD迭代构建最优反应坐标，以适中成本同时获取分子机制、自由能和速率。
2025-03-26 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Revisiting Shooting Point Monte Carlo Methods for Transition Path Sampling
针对过渡路径采样中射击点演变的记忆效应问题，提出含路径与射击索引的扩展系综理论框架，推导对应接受规则，并指出两类射击方法需修正接受准则。
2025-06-18 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Transition path sampling algorithm for discrete many-body systems
我们提出了一种新的Monte Carlo方法，用于在具有离散自由度的系统中有效地采样具有固定初始和最终条件的轨迹。该方法可以应用于任何随机过程的局部相互作用，包括系统的平衡。我们结合建议的路径采样算法与热力学积分计算过渡率。我们证明了我们的方法研究的二维伊辛模型周期性边界条件，并显示协议与其他结果的大小系统尺寸。该方法的规模以及系统的大小，允许一个模拟系统具有许多自由度，并提供补充信息，相对于其他算法。
2012-02-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Neural network based path collective variables for enhanced sampling of phase transformations
我们提出了一个严格的1D路径集体变量的构造，以采样凝聚态物质中的结构相变。路径集合变量被定义在由全局集合变量跨越的空间中，全局集合变量用作从局部结构单元导出的分类器。一个可靠的识别局部结构环境是通过采用基于神经网络的分类。随后使用的1D路径集体变量与增强的采样技术，探索在钼的固-固相变过程中的相边界的复杂迁移。
2019-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
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
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
Path sampling for lifetimes of metastable magnetic skyrmions and direct comparison with Kramers' method
我们在许多维度上对Kramers的方法进行了直接比较，Langer理论--适用于磁自旋系统，以及一种以前向通量采样形式的路径采样方法，作为计算亚稳态磁skyrmions坍缩率的一种手段。我们表明，这两种方法之间获得了良好的协议。我们报告的变化与skyrmion崩溃的尝试频率由三到四个数量级的变化时，由5 $\%$的交换强度，这证实了存在一个强大的熵贡献的skyrmion的寿命施加的磁场。这表明，在复杂系统中，除了内能势垒之外，速率前因子的知识对于正确估计寿命是必不可少的。
2020-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Enhanced Sampling of Configuration and Path Space in a Generalized Ensemble by Shooting Point Exchange
University of Vienna（维也纳大学）
许多分子过程的计算机模拟由于长寿命状态之间的罕见跃迁而导致的长时间尺度而变得复杂。在这里，我们提出了一种新的方法来模拟这种罕见的事件，它结合了过渡路径采样增强探索的配置空间。该方法依赖于配置和轨迹空间之间的交换移动，基于广义系综进行。该方案大大提高了过渡路径采样模拟的效率，特别是对于具有多个过渡通道的系统，并产生分子过程的热力学，动力学和反应坐标的信息，而不会扭曲它们的动力学。使用KPTP四肽中脯氨酸的异构化来说明该方法。
2023-03-22 cond-mat.stat-mech cs.LG physics.comp-ph
The inefficiency of re-weighted sampling and the curse of system size in high order path integration
通过对具有不同分布的一组样本进行统计重新加权来计算目标概率密度的平均值是一种在原子模拟和金融等不同领域中普遍采用的策略。在这里，我们提出了一个非常一般的分析这种方法的准确性和效率，突出了它的一些弱点。然后，我们给出了一个例子，我们的结果可以使用，特别是高阶路径积分方法的可行性评估。我们证明，这些技术中最有前途的-这是基于重新加权采样-是注定要失败的系统的大小增加，因为指数增长的统计不确定性的重新加权平均。
2011-07-10 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Multiscale enhanced path sampling based on the Onsager-Machlup action: Application to a model polymer
我们提出了一种新的路径采样方法的基础上的Onsager-Machlup（OM）的行动，通过推广的多尺度增强采样（MSES）技术提出的Moritsugu和同事（J.化学物理133，224105（2010））。这种方法的基本思想是，我们想要研究的系统（例如，分子力学描述的一些分子系统）被耦合到一个粗粒度（CG）系统，该系统可以比原始系统移动得更快，计算效率更高。我们模拟这个组合系统（原始+ CG系统）使用（欠阻尼）Langevin动力学不同的热浴耦合到两个系统。当耦合足够强时，原系统在CG系统的引导下，能够更有效地对位形和路径空间进行采样。然而，我们需要通过使用哈密顿副本交换来校正由耦合引起的偏差，其中我们制备了具有不同耦合强度的多个路径副本。其结果是，一个无偏的路径合奏的原始系统中可以找到最弱的耦合路径合奏。这种策略很容易实现，因为如果我们正确定义路径的“哈密顿量”，则由OM作用计算的路径的权重在形式上与玻尔兹曼权重相同。我们将这种方法应用于一个具有Asakura-Oosawa相互作用的模型聚合物，并与传统的过渡路径采样方法的结果进行了比较。
2013-04-27 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph q-bio.BM
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
Mutational paths with sequence-based models of proteins: from sampling to mean-field characterisation
识别和表征突变路径是进化生物学和生物工程中的重要问题。在这里，我们介绍了一个通用的描述突变路径的序列和突变动力学（序列如何改变）沿path.We的善良首先提出了一个算法来采样突变路径，我们在硅片上的蛋白质的精确可解模型的基准，并适用于数据驱动的天然蛋白质模型从序列数据与限制玻尔兹曼机。然后，我们使用平均场理论来表征不同的突变动力学感兴趣的突变路径的属性，并展示它如何可以用来扩展木村的进化距离估计基于序列的上位选择模型。
2023-03-27 cond-mat.stat-mech q-bio.BM q-bio.PE
Molecular free energies, rates, and mechanisms from data-efficient path sampling simulations
本研究开发了一种算法，从机器学习引导的路径采样数据中近似平衡路径集合，以适中的计算成本同时提供稀有分子事件的高效采样、机制、自由能和速率，并在迷你蛋白chignolin折叠上验证了其数据高效性。
2023-07-28 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
Enhanced path sampling using subtrajectory Monte Carlo moves
路径采样允许通过路径空间中的蒙特卡罗（MC）探索来研究罕见事件，如化学反应、成核和蛋白质折叠。代替配置点，该方法采样短分子动力学（MD）轨迹与特定的开始和结束条件。在配置MC中，其效率高度依赖于MC移动的类型。在过去的二十年里，中央MC移动路径采样一直是所谓的射击移动，其中一个扰动的相位点的旧路径是向后和向前传播的时间，以产生一个新的path.Recently，我们提出了子轨迹移动，石头跳跃（SS）和网络投掷（WT），这是被证明是更有效的。然而，一步交叉要求使得它们在与外部MD程序组合时或当序参量确定昂贵时更难以实现。在这篇文章中，我们提出了解决这个问题的策略。最通用的解决方案是一个新的成员亚轨迹移动，铁丝网（WF），这是不那么节俭的SS，但更多才多艺。这使得它更容易链接路径采样代码与外部MD软件包，并提供了一个实用的解决方案的情况下，计算的序参量是昂贵的或不是一个简单的函数的几何形状。我们证明了WF移动在一个双阱Langevin模型，一个基于经典力场的薄膜断裂过渡，和一个较小的钌氧化还原反应在从头算水平，其中的序参量明确取决于电子密度。
2022-10-13 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-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
Correlation-Free Transition Path Sampling through Shooting Point Generation Guided by Committor Learning
University of Vienna（维也纳大学）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）
本文提出GenAIMMD算法，结合committor学习与条件玻尔兹曼生成器，实现无需先验反应坐标的无相关、可并行过渡路径采样，并在二维模型和聚合物系统中验证了性能提升。
2026-09-18 cond-mat.stat-mech cs.LG physics.comp-ph
Path sampling challenges in large biomolecular systems: RETIS and REPPTIS for ABL-imatinib kinetics
本研究应用RETIS和REPPTIS路径采样方法研究伊马替尼与ABL及其突变体的解离动力学，揭示复杂自由能景观导致的收敛挑战，并提出改进策略以提升药物解离动力学预测。
2025-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Path integral Monte Carlo in a discrete variable representation with Gibbs sampling: dipolar planar rotor chain
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出了一种基于离散变量和吉布斯采样的路径积分蒙特卡洛方法，用于研究偶极子平面转子链的基态性质，并通过对比不同方法验证了该方法的优越性。
2024-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Path Sampling for Rare Events Boosted by Machine Learning
Department of Chemistry and Chemical Theory Center, University of Minnesota Minneapolis, MN USA（化学系和化学理论中心，明尼苏达大学）
通过整合机器学习的AIMMD算法，提升过渡路径采样在复杂分子过程机理研究中的效率与可解释性。
2026-02-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech cs.LG
