Optimized and Parallelized Implementation of the Electronegativity Equalization Method and the Atom-Bond Electronegativity Equalization Method

Mgr. Radka Svobodová-Vařeková, Ph.D.

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Nejčastěji používanými metodami pro výpočet náboje atomů v rámci molekuly jsou ab-initio kvantově mechanické metody. V nedávné době byly vyvinuty rychlejší metody pro výpočet náboje - eqalizační metody EEM (electronegativity equalization method) a ABEEM (atom-bond electronegativity equalization method), které jsou založeny na DFT (density functional theory). V této práci byly metody EEM a ABEEM implementovány a optimalizovány, přičemž byly vytvořeny programy EEM SOLVER a ABEEM SOLVER. Tyto programy byly otestovány a bylo ověřeno, že jejich výsledky dosahují požadované přesnosti a že jsou výrazně rychlejší než ab-initio metody. Bylo zjištěno, že nejvíce časově náročnou částí equalizačních metod je redukce matice soustavy rovnic, vygenerované při výpočtu. Z tohoto důvodu byla uvedená část algoritmu nahrazena paralelním algoritmem a implementována pomocí PVM (parallel virtual machine). Paralelní verze programů EEM SOLVER a ABEEM SOLVER vykazují výrazné zefektivnění, speciálně při použití víceprocesorového počítače. Impelementované programy jsou dostupné na adrese: http://ncbr.chemi.muni.cz/~n19n/eem_abeem Výsledky této práce byly publikovány zde: Svobodová Vařeková R., Koča J.: Optimized and Parallelized Implementation of the Electronegativity Equalization Method and the Atom-Bond Electronegativity Equalization Method. J Comput Chem, 27, 396-405 (2006)

Abstract:

The most common way to calculate charge distribution in a molecule is ab-initio quantum mechanics. Some faster alternatives to quantum mechanics have also been developed, so called equalization methods EEM (electronegativity equalization method) and ABEEM (atom-bond electronegativity equalization method), which are based on density functional theory. In this work, the EEM and ABEEM methods were implemented and optimized and the EEM SOLVER and ABEEM SOLVER programs were developed. These programs were tested and it was verified that they have adequate accuracy and are markedly faster than ab-initio methods. It has been found that the most time-consuming part of equalization methods is the reduction of the matrix belonging to the equation system generated by the method. Therefore, for both methods this part was replaced by the parallel algorithm and implemented within the parallel virtual machine environment. Parallelized versions of the programs EEM SOLVER and ABEEM SOLVER showed promising results, especially on a single computer with several processors. Implemented programs are available through the web page: http://ncbr.chemi.muni.cz/~n19n/eem_abeem Results of this work were published in: Svobodová Vařeková R., Koča J.: Optimized and Parallelized Implementation of the Electronegativity Equalization Method and the Atom-Bond Electronegativity Equalization Method. J Comput Chem, 27, 396-405 (2006)

Keywords

charge distribution, atomic charge, electronegativity equalization method, EEM, atom-bond electronegativity equalization method, ABEEM, optimization, parallelization, parallel virtual machine

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 22. 5. 2006

Masaryk University

Faculty of Science

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry