特別講義 「計算物理学:ソフトマターのシミュレーション」


0. はじめに [html]
0-1. プログラミングについて
0-2. 簡単な例題
0-3. まとめと演習

1.ソフトマターのシミュレーション
1-1. ソフトマターとは
1-2. 分子シミュレーション
1-3. 連続体シミュレーション

2.常微分方程式 [ノート:手書き]
2-1. Euler法
2-2. Leap-Frog法
2-3. Runge-Kutta法
2-4. Predictor-Corrector法
2-5. Symplectic法 (コメント [pdf])
2-6. まとめと演習 [html]

3.偏微分方程式 [ノート:手書き]
3-1. Elliptic(楕円型)方程式
3-2. Hyperbolic(双曲型)方程式
3-2-1. Simple method
3-2-2. Lax method
3-2-3. その他の方法
3-3. Parabolic(放物型)方程式
3-3-1. Simple method
3-3-2. Dufort-Frankel method
3-3-3. Crank-Nicholson method
3-4. まとめと演習 [html]

4.行列演算 [ノート:手書き]
4-1. Poisson方程式
4-1-1. Fourier変換を用いる方法
4-1-2. 行列を用いる方法
4-2. 連立1次方程式と逆行列
4-2-1. 直接法(LU分解法)
4-2-2. 反復法(Jacobi法、Gauss-Seidel法)
4-3. 行列の固有値に関連した問題
4-3-1. 行列の型とアルゴリズム
4-3-2. シュレディンガー方程式
4-3-3. 対称行列のJacobi変換
4-4. 線形数値演算パッケージLAPACK[html]
4-5. まとめと演習 [html]

5.モンテカルロシミュレーション [ノート:手書き]
5-1. カノニカルアンサンブル
5-2. メトロポリスの方法
5-2-1. 粗いサンプリング
5-2-2. Importance(重み付き)サンプリング
5-2-3. メトロポリスの方法
5-2-4. マルチカノニカルサンプリング
5-3. 液体のモンテカルロシミュレーション
5-3-1. 周期境界条件
5-3-2. ビリアル定理
5-3-3. 相互作用の打ち切りと長距離補正
5-4. まとめと演習 [html]

6.分子動力学シミュレーション [ノート:手書き]
6-1. 位相空間積分と時間積分
6-2. 運動方程式(ミクロカノニカル:E一定)
6-2-1. Verlet法
6-2-2. Leap-Frog法
6-3. 拡張系の運動方程式1(圧力P一定)
6-4. 拡張系の運動方程式2(温度T一定)
6-5. データ解析
6-5-1. 熱力学平均値
6-5-2. 輸送係数
6-6. まとめと演習 [html]

7.ソフトマターシミュレーションの最前線と将来


参考図書:

  1. 赤坂隆「数値計算・応用数学講座第7巻」(1967、コロナ社)
  2. W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, and B.P. Flannery "Numerical Recipes in Fortran (also in C available) 2nd Ed." (1992, Cambridge UP)(第1版の日本語訳あり)
  3. M.P. Allen and D.J. Tildesley "Computer Simulation of Liquids" (1987, Oxford UP)
  4. D. Frenkel and B. Smit "Understanding Molecular Simulation, 2nd Ed." (2001, Academic Press)
  5. 上田顕「コンピュ−タシミュレ−ション」(1990、朝倉書店)
  6. 上田顕「連載:計算物理入門」, 数理科学 434 (1999)〜450 (2000)
  7. 吉田春夫「シンプレクティック数値解法」数理科学 384, 37 (1995)
  8. 樋渡保秋「計算機実験入門1〜5」固体物理17, 141(1982)〜18, 144(1983)
  9. A. MacKinnon, His very useful lecture note on Computational Physics, http://www.cmth.ph.ic.ac.uk/angus/
  10. 土井正男、小貫明「高分子物理・相転移ダイナミクス」岩波書店(1992)