第239章 毋庸置疑，諾貝爾化學獎，是我們的了
肖宿沒察覺許銘的崩潰，他把筆記本電腦轉過來，打開了一個新的代碼窗口。
手指快速在鍵盤上飛舞。
許銘站在旁邊目瞪口呆的看著。
他不是第一次看肖宿寫代碼，但之前他是旁觀者，而這次，他手裡攥著的是自己三個多月的心血。
看著肖宿一行一行地把它重構掉，這種感覺複雜極了。
有被碾壓的挫敗，也有一種奇怪的安心。
就像一個在森林裡迷路了很久的人，忽然聽見頭頂傳來了直升機的聲音。
肖宿的動作很快，幾乎沒有停頓。
他先重寫了電子密度分布的初始化函數，原來的代碼是讀取原子坐標後直接構造距離矩陣，他改成先調用一個基組庫，用最小基組做一個近似的初始電子密度估計。
然後他開始寫辛流形構造的部分，這是整個幾何映射的核心。
許銘看到肖宿定義了一個叫Electron Density Manifold的類，裡面有十幾個成員函數，其中最關鍵的是一個叫find Saddle Points的函數，輸入的是電子密度分布，輸出的是一組鞍點的位置和類型。
「電子密度的鞍點連起來，就是拉格朗日子流形的骨架。」
肖宿說這句話的時候手沒停，「你們原來用原子核坐標直接構造流形，相當於跳過了找鞍點這一步。」
這就像你要畫一條山脈的輪廓，可是你不畫山峰和山谷，直接就畫了一個圈，兩者根本不一樣。
許銘盯著屏幕上那行find Saddle Points的實現。
算法邏輯比他預想的簡潔，核心是一個基於梯度下降的鞍點搜索，加上一個去重和分類的後處理，大約只有六十行代碼。
他們之前花了兩周時間寫的辛流形構造代碼，就這樣，被這六十行替掉了。
接著是群表示分解模塊，肖宿沒有大改原來的代碼結構，而是在入口處加了一個適配器函數，函數名是select Symmetry Group，輸入分子類型，輸出對應的點群。
「水分子，C2v氨，C3v甲烷，Td苯，D6h，」他一邊寫一邊說，「常用分子的點群是已知的，可以直接查表，遇到新分子後，根據原子坐標自動判斷點群的算法也不複雜，後面可以再加。」
適配器函數的最後一行，是根據點群選擇對應的不可約表示分解算法。
原來的SU(2)分解代碼被保留了下來，但放到了一個分支里。
肖宿打完最後一行，把筆記本電腦轉回給許銘。
「可以了。」
許銘呆呆的接過電腦，整個人都還沒緩過勁來。
屏幕上那些簡潔到近乎優雅的代碼安安靜靜地躺著，每一行的功能都清晰可辨。
就這麼解決了！？
他們絞盡腦計都毫無辦法的難題，就這麼輕鬆的解決了？
在這一刻，他甚至有點懷疑自己的智商。
那他們實驗室，努力的三個月算什麼！？
他直愣愣的站了許久，直到肖宿用奇怪的眼神看了看他，他才長嘆了口氣，振作了起來。
「我現在就回去跑。」
許銘把筆記本合上，站起來，很認真的看著肖宿道：「肖宿。」
「嗯？」
「謝謝你。」
肖宿看了他一眼，輕描淡寫的點了點頭，又回到了自己電腦屏幕上。
十幾分鐘而已，肖宿對熟悉的人總還是比較慷慨的。
……
許銘回到實驗室的時候，萬匯楊和方清還在等他。
看到許銘進來，兩人幾乎是彈起來的。
「拿到了？」
許銘把筆記本電腦打開，調出了肖宿寫的代碼。
兩個人湊近，一左一右站在許銘身後。
屏幕上，肖宿寫了四行注釋安安靜靜地立在文件頭部。
方清的目光從第一行掃到第四行，然後停住了。
「電子密度分布。」
他念出這幾個字，聲音有點乾澀，「我們第一步算的是原子核坐標。」
許銘點頭。
「三個多月，我們從第一步就錯了。」
萬匯楊把肖宿的代碼從頭到尾看了一遍，看到辛流形構造部分的時候，手指在屏幕前虛虛地點了一下。
「find Saddle Points。」
他念出這個函數名，然後轉過頭看著許銘和方清，「肖宿在論文裡寫過：電子密度的鞍點構成了拉格朗日子流形的骨架。
但我怎麼也沒意識到這句話是實現的鑰匙。」
「把VASP的測試數據準備好，用同一組分子體系，同樣的計算精度要求，跑一遍對比測試。」
「好。」
方清很快把測試環境搭好了。
三台工作站並排運行，左邊跑VASP，右邊跑他們之前的舊框架，中間準備用來跑肖宿的新算法。
測試體系選的是十種常見分子：水、甲烷、苯、氨、甲醛、乙烯、乙炔、二氧化碳、甲醇、乙醇。
計算目標統一設定為基態電子結構，精度要求取化學精度。
「開始吧。」
許銘把肖宿的代碼導入中間那台工作站，點擊運行。
屏幕上的進度條開始快速移動起來。
第一個水分子實驗，VASP用時四十七秒，舊框架用時三十二秒但結果偏差較大，而肖宿的新算法用時九秒，結果和實驗值偏差低於零點零三電子伏特。
三個人互相看看，都能從對方的眼中看到震驚。
接下來是甲烷，VASP用時一分零三秒，肖宿的新算法用時十四秒，偏差低於零點零二電子伏特。
再接著是苯，這是最有挑戰性的一個。
苯環的共軛π電子體系是DFT的傳統軟肋，VASP跑苯的基態電子結構需要兩分四十秒，而且結果和實驗值有大約零點二電子伏特的系統偏差。
而用肖宿的新算法跑苯，只用了三十一秒，結果和實驗值的偏差還低於零點零一五電子伏特。
方清的手都有些顫抖了。
剩下的七個分子一個接一個跑完，每跑完一個，方清就在旁邊的白板上記錄下用時、偏差、和VASP的對比。
寫完最後一個乙醇分子，儘管三人都有心理準備，可還是被驚到了。
十種分子，肖宿新算法的平均用時是VASP的四分之一不到，平均精度偏差是VASP的五分之一以下，算力消耗平均不到VASP的三分之一。
而且這還不是終點。
肖宿在代碼里留了大量可以進一步優化的空間。
他給的是一個框架，一個方向，沿著這個方向往下走，性能還能再提升。
「這已經不是比VASP強了。」
萬匯楊的聲音有些沙啞，「這是重新定義了計算化學的底層邏輯啊。」
三個人站在白板前，看著上面那組數據，很久都沒有說話。
誰都沒法想像，這個實驗數據公布之後，化學界將會迎來多麼可怕的震動。
「我想，」萬匯楊轉過身，看著許銘和方清，臉上的疲憊一掃而空，「毋庸置疑，諾貝爾化學獎，是我們的了。」
手指快速在鍵盤上飛舞。
許銘站在旁邊目瞪口呆的看著。
他不是第一次看肖宿寫代碼，但之前他是旁觀者，而這次，他手裡攥著的是自己三個多月的心血。
看著肖宿一行一行地把它重構掉，這種感覺複雜極了。
有被碾壓的挫敗，也有一種奇怪的安心。
就像一個在森林裡迷路了很久的人，忽然聽見頭頂傳來了直升機的聲音。
肖宿的動作很快，幾乎沒有停頓。
他先重寫了電子密度分布的初始化函數，原來的代碼是讀取原子坐標後直接構造距離矩陣，他改成先調用一個基組庫，用最小基組做一個近似的初始電子密度估計。
然後他開始寫辛流形構造的部分，這是整個幾何映射的核心。
許銘看到肖宿定義了一個叫Electron Density Manifold的類，裡面有十幾個成員函數，其中最關鍵的是一個叫find Saddle Points的函數，輸入的是電子密度分布，輸出的是一組鞍點的位置和類型。
「電子密度的鞍點連起來，就是拉格朗日子流形的骨架。」
肖宿說這句話的時候手沒停，「你們原來用原子核坐標直接構造流形，相當於跳過了找鞍點這一步。」
這就像你要畫一條山脈的輪廓，可是你不畫山峰和山谷，直接就畫了一個圈，兩者根本不一樣。
許銘盯著屏幕上那行find Saddle Points的實現。
算法邏輯比他預想的簡潔，核心是一個基於梯度下降的鞍點搜索，加上一個去重和分類的後處理，大約只有六十行代碼。
他們之前花了兩周時間寫的辛流形構造代碼，就這樣，被這六十行替掉了。
接著是群表示分解模塊，肖宿沒有大改原來的代碼結構，而是在入口處加了一個適配器函數，函數名是select Symmetry Group，輸入分子類型，輸出對應的點群。
「水分子，C2v氨，C3v甲烷，Td苯，D6h，」他一邊寫一邊說，「常用分子的點群是已知的，可以直接查表，遇到新分子後，根據原子坐標自動判斷點群的算法也不複雜，後面可以再加。」
適配器函數的最後一行，是根據點群選擇對應的不可約表示分解算法。
原來的SU(2)分解代碼被保留了下來，但放到了一個分支里。
肖宿打完最後一行，把筆記本電腦轉回給許銘。
「可以了。」
許銘呆呆的接過電腦，整個人都還沒緩過勁來。
屏幕上那些簡潔到近乎優雅的代碼安安靜靜地躺著，每一行的功能都清晰可辨。
就這麼解決了！？
他們絞盡腦計都毫無辦法的難題，就這麼輕鬆的解決了？
在這一刻，他甚至有點懷疑自己的智商。
那他們實驗室，努力的三個月算什麼！？
他直愣愣的站了許久，直到肖宿用奇怪的眼神看了看他，他才長嘆了口氣，振作了起來。
「我現在就回去跑。」
許銘把筆記本合上，站起來，很認真的看著肖宿道：「肖宿。」
「嗯？」
「謝謝你。」
肖宿看了他一眼，輕描淡寫的點了點頭，又回到了自己電腦屏幕上。
十幾分鐘而已，肖宿對熟悉的人總還是比較慷慨的。
……
許銘回到實驗室的時候，萬匯楊和方清還在等他。
看到許銘進來，兩人幾乎是彈起來的。
「拿到了？」
許銘把筆記本電腦打開，調出了肖宿寫的代碼。
兩個人湊近，一左一右站在許銘身後。
屏幕上，肖宿寫了四行注釋安安靜靜地立在文件頭部。
方清的目光從第一行掃到第四行，然後停住了。
「電子密度分布。」
他念出這幾個字，聲音有點乾澀，「我們第一步算的是原子核坐標。」
許銘點頭。
「三個多月，我們從第一步就錯了。」
萬匯楊把肖宿的代碼從頭到尾看了一遍，看到辛流形構造部分的時候，手指在屏幕前虛虛地點了一下。
「find Saddle Points。」
他念出這個函數名，然後轉過頭看著許銘和方清，「肖宿在論文裡寫過：電子密度的鞍點構成了拉格朗日子流形的骨架。
但我怎麼也沒意識到這句話是實現的鑰匙。」
「把VASP的測試數據準備好，用同一組分子體系，同樣的計算精度要求，跑一遍對比測試。」
「好。」
方清很快把測試環境搭好了。
三台工作站並排運行，左邊跑VASP，右邊跑他們之前的舊框架，中間準備用來跑肖宿的新算法。
測試體系選的是十種常見分子：水、甲烷、苯、氨、甲醛、乙烯、乙炔、二氧化碳、甲醇、乙醇。
計算目標統一設定為基態電子結構，精度要求取化學精度。
「開始吧。」
許銘把肖宿的代碼導入中間那台工作站，點擊運行。
屏幕上的進度條開始快速移動起來。
第一個水分子實驗，VASP用時四十七秒，舊框架用時三十二秒但結果偏差較大，而肖宿的新算法用時九秒，結果和實驗值偏差低於零點零三電子伏特。
三個人互相看看，都能從對方的眼中看到震驚。
接下來是甲烷，VASP用時一分零三秒，肖宿的新算法用時十四秒，偏差低於零點零二電子伏特。
再接著是苯，這是最有挑戰性的一個。
苯環的共軛π電子體系是DFT的傳統軟肋，VASP跑苯的基態電子結構需要兩分四十秒，而且結果和實驗值有大約零點二電子伏特的系統偏差。
而用肖宿的新算法跑苯，只用了三十一秒，結果和實驗值的偏差還低於零點零一五電子伏特。
方清的手都有些顫抖了。
剩下的七個分子一個接一個跑完，每跑完一個，方清就在旁邊的白板上記錄下用時、偏差、和VASP的對比。
寫完最後一個乙醇分子，儘管三人都有心理準備，可還是被驚到了。
十種分子，肖宿新算法的平均用時是VASP的四分之一不到，平均精度偏差是VASP的五分之一以下，算力消耗平均不到VASP的三分之一。
而且這還不是終點。
肖宿在代碼里留了大量可以進一步優化的空間。
他給的是一個框架，一個方向，沿著這個方向往下走，性能還能再提升。
「這已經不是比VASP強了。」
萬匯楊的聲音有些沙啞，「這是重新定義了計算化學的底層邏輯啊。」
三個人站在白板前，看著上面那組數據，很久都沒有說話。
誰都沒法想像，這個實驗數據公布之後，化學界將會迎來多麼可怕的震動。
「我想，」萬匯楊轉過身，看著許銘和方清，臉上的疲憊一掃而空，「毋庸置疑，諾貝爾化學獎，是我們的了。」