فلش‌کارت‌های آموزشی مقدمه‌ای بر محاسبات در شبیه‌سازی اتمی

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره مقدمه‌ای بر محاسبات در شبیه‌سازی اتمی

موضوع کلی: برنامه نویسی

موضوع میانی: محاسبات سطح بالا (High-Performance Computing)

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر محاسبات علمی و اهمیت آن
• 2. زبان‌های برنامه‌نویسی برای محاسبات علمی (پایتون، فرترن، C++)
• 3. مفاهیم اساسی برنامه‌نویسی: متغیرها، انواع داده، عملگرها
• 4. ساختارهای کنترلی: شرط‌ها و حلقه‌ها
• 5. توابع و ماژول‌ها برای سازماندهی کد
• 6. ساختارهای داده پایه: لیست‌ها، آرایه‌ها، تاپل‌ها
• 7. مقدمه‌ای بر آرایه‌های عددی با NumPy (یا مشابه)
• 8. ورودی/خروجی فایل و مدیریت داده
• 9. اشکال‌زدایی و تست کد علمی
• 10. ابزارهای مدیریت پروژه و کنترل نسخه (Git)
• 11. مقدمه‌ای بر جبر خطی عددی
• 12. حل دستگاه‌های معادلات خطی
• 13. مشتق‌گیری و انتگرال‌گیری عددی
• 14. حل معادلات دیفرانسیل معمولی (ODE)
• 15. تحلیل خطا و پایداری در محاسبات عددی
• 16. ساختار اتمی و ذرات بنیادی
• 17. مدل‌های اتمی و مولکولی
• 18. مفاهیم پایه مکانیک کوانتومی (تابع موج، انرژی)
• 19. معادله شرودینگر و کاربردهای ساده
• 20. مقدمه‌ای بر مکانیک کلاسیک برای سیستم‌های اتمی
• 21. نیروهای بین اتمی و پتانسیل‌های جفت
• 22. پتانسیل‌های چندجسمی و مدل‌سازی پیچیده
• 23. مفاهیم پایه ترمودینامیک و مکانیک آماری
• 24. آنسامبل‌های آماری (میکروکانونیکال، کانونیکال، بزرگ‌کانونیکال)
• 25. دما، فشار و دیگر متغیرهای ترمودینامیکی در شبیه‌سازی
• 26. شرایط مرزی تناوبی (Periodic Boundary Conditions)
• 27. سیستم‌های مدل: جامدات، مایعات، گازها
• 28. واحدهای فیزیکی و مقیاس‌ها در شبیه‌سازی اتمی
• 29. تبدیل واحدها و مدیریت ابعاد
• 30. معرفی نرم‌افزارهای رایج شبیه‌سازی اتمی (دید کلی)
• 31. مقدمه‌ای بر محاسبات با کارایی بالا (HPC)
• 32. معماری کامپیوتر: CPU، حافظه، کش
• 33. سلسله مراتب حافظه و تاثیر آن بر عملکرد
• 34. مفاهیم موازی‌سازی و هم‌روندی
• 35. انواع موازی‌سازی: داده، وظیفه، وکتورسازی
• 36. برنامه‌نویسی موازی حافظه مشترک (OpenMP)
• 37. دستورالعمل‌های اصلی OpenMP: حلقه‌ها و بخش‌ها
• 38. همگام‌سازی و قفل‌ها در OpenMP
• 39. برنامه‌نویسی موازی حافظه توزیع‌شده (MPI)
• 40. مفاهیم اصلی MPI: ارتباطات نقطه به نقطه
• 41. ارتباطات جمعی (Collective Communications) در MPI
• 42. توپولوژی‌های فرآیندی در MPI
• 43. برنامه‌نویسی هیبریدی MPI/OpenMP
• 44. مقدمه‌ای بر پردازشگرهای گرافیکی (GPU)
• 45. معماری CUDA و OpenCL (مفاهیم پایه)
• 46. هسته‌های CUDA و اجرای موازی بر روی GPU
• 47. انتقال داده بین CPU و GPU
• 48. متریک‌های عملکردی و ابزارهای پروفایلینگ
• 49. بهینه‌سازی کد برای عملکرد بهتر
• 50. استفاده از کتابخانه‌های بهینه‌سازی شده (BLAS, LAPACK, FFTW)
• 51. مدیریت حافظه و کاهش دسترسی‌های حافظه
• 52. IO با کارایی بالا در سیستم‌های موازی
• 53. سیستم‌های فایل موازی (Parallel File Systems)
• 54. مفاهیم کلاستر و Grid Computing
• 55. سیستم‌های صف‌بندی کار (Job Schedulers) در HPC (SLURM, PBS)
• 56. مقدمه‌ای بر شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD)
• 57. الگوریتم‌های انتگرال‌گیری در MD (Verlet, Leapfrog)
• 58. کنترل دما: ترموستات‌ها (برندسن، نووز-هووِر)
• 59. کنترل فشار: باروستات‌ها (پارینلو-رحمان)
• 60. شروع شبیه‌سازی: تعادل و گرم‌سازی
• 61. روش‌های محاسبه نیرو برای پتانسیل‌های جفت
• 62. روش‌های محاسبه نیرو برای پتانسیل‌های چندجسمی
• 63. شبیه‌سازی مونت کارلو (MC) برای سیستم‌های اتمی
• 64. الگوریتم متروپولیس و معیارهای پذیرش
• 65. انواع حرکت‌ها در شبیه‌سازی MC (جابه‌جایی، چرخش، تغییر حجم)
• 66. شبیه‌سازی Monte Carlo با زنجیره مارکوف
• 67. مقدمه‌ای بر نظریه تابع چگالی (DFT)
• 68. معادله کون-شم و تقریب‌های آن
• 69. تابع‌های تبادل-همبستگی (Exchange-Correlation Functionals)
• 70. پایه‌های موج و نمایش تابع موج
• 71. بهینه‌سازی هندسی و جستجوی حالت گذار
• 72. محاسبات خواص الکترونیکی با DFT (چگالی حالت‌ها، نوارهای انرژی)
• 73. تحلیل داده‌های دینامیک مولکولی (مسیرها، سرعت‌ها، نیروها)
• 74. محاسبه توابع توزیع شعاعی (RDF)
• 75. تحلیل جابه‌جایی مربع میانگین (MSD) و ضرایب نفوذ
• 76. محاسبه خواص مکانیکی (مدول یانگ، مدول برشی)
• 77. تحلیل خواص ترمودینامیکی و آماری
• 78. خطاهای سیستماتیک و آماری در شبیه‌سازی
• 79. نمونه‌برداری و همگرایی در شبیه‌سازی‌های طولانی
• 80. تحلیل پایداری و صحت نتایج شبیه‌سازی
• 81. الگوریتم‌های پیشرفته برای نیروهای بلندبرد (Ewald Summation, PME)
• 82. موازی‌سازی پیشرفته در دینامیک مولکولی (تقسیم دامنه)
• 83. موازی‌سازی پیشرفته در DFT (تقسیم K-point، باندهای انرژی)
• 84. استفاده از GPU برای تسریع شبیه‌سازی‌های MD و DFT
• 85. بهینه‌سازی I/O برای داده‌های شبیه‌سازی عظیم
• 86. مدیریت داده و پلتفرم‌های ابری برای شبیه‌سازی
• 87. واسط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (API) برای نرم‌افزارهای شبیه‌سازی
• 88. توسعه و سفارشی‌سازی کدهای شبیه‌سازی
• 89. اعتبارسنجی (Validation) و تایید (Verification) نتایج شبیه‌سازی
• 90. کاربردهای شبیه‌سازی اتمی در علم مواد و شیمی
• 91. کاربردها در بیوفیزیک و داروسازی
• 92. مقدمه‌ای بر پتانسیل‌های یادگیری ماشین (Machine Learning Potentials)
• 93. آموزش پتانسیل‌های ML و کاربرد آن‌ها
• 94. چالش‌های مقیاس‌پذیری در شبیه‌سازی‌های بزرگ
• 95. شبیه‌سازی چند مقیاسی (Multi-Scale Simulations)
• 96. طراحی آزمایش‌های محاسباتی
• 97. تجسم سه‌بعدی داده‌های شبیه‌سازی
• 98. استفاده از محیط‌های تعاملی برای تحلیل داده‌ها
• 99. روندهای آینده در محاسبات اتمی و HPC
• 100. اخلاق و مسئولیت در محاسبات علمی