如何判断Gaussian计算正常结束?Gaussian收敛标准是什么?

如何判断Gaussian计算正常结束?Gaussian收敛标准是什么?
如何判断Gaussian计算正常结束?Gaussian收敛标准是什么?

如何判断Gaussian计算正常结束?Gaussian收敛标准是什么?
首先,我们必须理解收敛是什么意思.在自洽场(SCF)计算中,自洽循环中,首先产生一个轨道占据的初始猜测,
1)然后根据此轨道占据构造电荷密度和哈密顿量.
2)对角化哈密顿量,得到新的轨道能级和占据.
3)产生新的电荷分布和哈密顿量,重复步骤2）
经过一定次数的循环后,某次循环前和循环后的电荷密度差别小于一定的标准,我们称之为收敛.
如果以上过程不能收敛,则gaussian给出convergence failure的警告.
如果SCF计算收敛失败,你首先会采取哪些技巧呢?这里是我们强烈推荐的首选方法.
1 考虑使用更小的基组
由于一定的基组对应于一定精度和速度,所以更换基组并不在所有的情况下都适用.方法是首先用小基组进行计算,由前一个波函得到用于大基组计算的初始猜测(Guess=Read自动进行).
2 增加最大循环步数
Gaussian默认的最大循环步数为64 (SCF=DM或SCF=QC方法则为512),如果循环次数超过这个数目则会汇报convergence failure.在一定的情况下,不收敛的原因仅仅是因为最大循环步数不够.可以通过设置maxcyc来增大最大循环步数.更多的SCF迭代(SCF(MaxCycle=N),其中N是迭代数).这很少有帮助,但值得一试.
3 放宽收敛标准
如果接近SCF但未达到,收敛标准就会放松或者忽略收敛标准.这通常用于不是在初始猜测而是在平衡结构收敛的几何优化.SCF=Sleazy放松收敛标准,Conver选项给出更多的控制.
4 尝试改变初始构型
首先略微减小键长,接下来略微增加键长,接下来再对结构作一点改变.
5 尝试能级移动Level shifting (SCF=Vshift)
如果不收敛的原因是波函数的震荡行为,通常是因为在相近的能量上的泰的混合.对于这种情况,我们可以采用level shifting的方法.Level shifting的含义是人工的升高非占据轨道的能级,以防止和最高占据轨道之间的混合,以达到收敛的目的.在Gaussian中此方法的关键词为SCF=Vshift
6 使用强制的收敛方法SCF=QC
SCF=QC通常最佳,但在极少数情况下SCF=DM更快.此关键字将大大增加计算时间,但是收敛的机会更大.不要忘记给计算额外增加一千个左右的迭代.应当测试这个方法获得的波函,保证它最小,并且正好不是稳定点(使用Stable关键字).
7 对开壳层体系,尝试收敛到同一分子的闭壳层离子,接下来用作开壳层计算的初始猜测.添加电子可以给出更合理的虚轨道,但是作为普遍的经验规则,阳离子比阴离子更容易收敛.选项Guess=Read定义初始猜测从Gaussian计算生成的checkpoint文件中读取.
8 一些程序通过减小积分精度加速SCF.对于使用弥散函数,长程作用或者低能量激发态的体系,必须使用高积分精度：SCF=NoVarAcc.
9 改变模型或方法
可以考虑改变模型方法.比较常见的方法有HF,GVB,MCSCF,CASSCF,MPn等.改变模型方法通常也会收敛性质.通常,精度更高的方法更难收敛.精度比较低的方法产生的计算结果可以作为高精度计算的初始猜测.考虑使用不同理论级别的计算.这并不总是实用的,但除此之外,增加迭代数量总是使得计算时间和使用更高理论级别差不多.
10 关闭DIIS外推(SCF=NoDIIS).同时进行更多的迭代(SCF=(MaxCycle=N)).
11 试着改用DIIS之外其它方法(SCF=SD或SCF=SSD).
Gaussian不收敛的可能原因及对策：
1 由于体系有很多能量相近的能级,导致计算不收敛.
如果计算中采用的是Hartree-Fock方法或者其他的混合形式的交换相关势（如B3LYP）,则可以尝试一下的方法进行改进.
scf=(noincfock,conver=11,maxcyc=1025) iop(5/22=20)
用以上的命令行将强制Gaussian采用EDIIS的算法.此算法计算量更大,但是更加稳定.在命令行里也增加了最大循环数,以增加收敛的到基态的可能性.
2． 检查是否有初始文件错误
常见初级错误：
a. 自旋多重度错误
b. 变量赋值为整数
c. 变量没有赋值或多重赋值
d. 键角小于等于0度,大于等于180度
e. 分子描述后面没有空行
f. 二面角判断错误,造成两个原子距离过近
g. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线
3． SCF(自洽场)不收敛
则一般是L502错误,省却情况做64个cycle迭代(G03缺省128 cycles)
a. 修改坐标,使之合理
b. 改变初始猜 Guess=Huckel 或其他的,看Guess关键词.
c. 增加叠代次数 SCFCYC=N （对小分子作计算时最好不要增加,很可能结构不合理）
d. iop（5/13=1）这样忽略不收敛,继续往下做.
4． 分子对称性改变
a. 修改坐标,强制高对称性或放松对称性
b. 给出精确的、对称性确定的角度和二面角. 如CH4的角度给到109.47122
c. 放松对称性判据 Symm=loose
d. 不做对称性检查 iop(2/16=1) （最好加这个选项）
iop(2/16=2) 则保持新的对称性来计算
5． Opt时收敛的问题
a. 修改坐标,使之合理
b. 增加叠代次数optcyc=N
6． 优化过渡态,若势能面太平缓,则不好找到.
iop(1/8=10) 默认30（下一个结构和该结构的差别0.3Å）,可改成10.如果每一步都要用到小的步长,应该加opt(notrustupdate)
7． 在CI（组态）方法中
如QCISD(T),CCSD(T),CID方法中,省却最大循环50,若出错（L913错误）
解决方法：#P QCISD(maxcyc=N) 注：N≤512
8． 优化过渡态
opt=TS (给出过渡态)
opt=qst2 (给出反应物和产物)
opt=qst3 (给出反应物和产物和过渡态)
a. 用G03时的出错 opt=ts 必须加FC (force constant)
写法：opt=(TS, calcFc)
or opt=(TS,calchffc)计算HF力常数,对QCISD,CCSD等方法用；
or opt=(TS,modRedundant) (最好写这个)
b. 如果计算采用QCISD计算（不好计算FC）
则写为QCISD opt=(TS, calcHFFC) (用HF计算FC)
9. 无法写大的Scratch文件RWF
a. 劈裂RWF文件 %rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1
b. 改变计算方法 MP2=Direct可以少占硬盘空间
c. 限制最大硬盘 maxdisk=N GB,****MB,有些系统写2GB会出错,可以写2000MB
10. FOPT出错 原因是变量数与分子自由度数不相等. 可用POPT 或直接用OPT
11. 优化过渡态只能做一个STEP 原因是负本征数目不对 添加 iop（1/11）=1或者noeigentest (eigentest 是表示优化过渡态检测分子振动的本征值,过渡态只有一个负值,但优化的时候往往出现两个或者更多的情况,默认的是如果出现多于一个的情况就停止优化计算,这往往时不必要的,noeigentest表示优化时不坐此检测,实际上优化过渡态的时候出现两个三个很正常的,只是第一个一般负的很大,接着的比较小,不会影响过渡态的搜寻,当然有时候需要自己判断是不是接近真实的过渡态.其实经验上也是过渡态的本征虚频越小,相对越难找.)
对于 (L502, L508, L9999)出错的对策
对于一个优化计算,它的过程是先做一个SCF计算,得到这个构型下的能量,然后优化构型,再做SCF,然后再优化构型.因此,会有两种不收敛的情况：一是在某一步的SCF不收敛(L502错误),或者构型优化没有找到最后结果（L9999错误）.
预备知识:计算时保存chk文件,可以在后续计算中使用guess=read读初始猜测.
对于SCF不收敛,通常有以下的解决方法：
1. 使用小基组,或低级算法计算,得到scf收敛的波函数,用guess=read读初始波函数.
2. 使用scf=qc,这个计算会慢,而且需要用stable关键字来测试结果是否波函数稳定.如果这个还不收敛,会提示L508错误.
3. 改变键长,一般是缩小一点,有时会有用.
4. 计算相同体系的其他电子态,比如相应的阴离子、阳离子体系或单重态体系,得到的收敛波函数作为初始猜测进行计算.
对于优化不收敛,即L9999错误,实际上是在规定的步数内没有完成优化,即还没有找到极小值点.（或者对于过渡态优化,还没有找到过渡态）
这有几种可能性：
1. 看一下能量的收敛的情况,可能正在单调减小,眼看有收敛的趋势,这样的情况下,只要加大循环的步数（opt(maxcycle=200)）,可能就可以解决问题了.
2. 加大循环步数还不能解决的（循环步数有人说超过200再不收敛,再加也不会有用了,这虽然不一定绝对正确,但200步应该也差不多了）,有两种可能.一是查看能量,发现能量在振荡了,且变化已经很小了,这时可能重新算一下,或者构型稍微变一下,继续优化,就可以得到收敛的结果（当然也有麻烦的,看运气和经验了）；二是构型变化太大,和你预计的差别过大,这很可能是你的初始构型太差了,优化不知道到哪里去了,这时最好检查一下初始构型,再从头优化.
3. 对于L9999快达到收敛时,考虑减小优化步长有时对于能量振荡的情况也是有用的,opt(maxstep=1).(flyingheart )

Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。