（二）教育课时组织及内容 第一次 ：微分方程的常用数值核算办法 首要内容： 以一维稳态和非稳态导热问题为例，介绍以所研讨的资料作为连续介质，将其空间网格

  化和导热微分方程离散、构成完好的差分格局的有限差分办法，了解如何将此类问题转化为 线性方程组的求解，把握核算机数值求解线性方程组的办法，如：雅克比迭代法、高斯－赛 德尔迭代法、逐次超松懈迭代法等。

  经过《核算资料学》课程的学习，使学生开始把握资料研讨进程中常用的根本核算机模

  拟办法和原理，了解核算机模仿技能在资料学中的使用。针对资料研讨范畴的特色，结合学

  第十二次：物质的能带结构及其核算 首要内容： 介绍资料的能带核算办法，如： 平面波办法、紧束缚近似办法、 正交化平面波办法和 赝势办法等。 第十三次：编程，上机 首要内容： 选用量子力学办法编程核算氢分子的结合能和半导体能带结构。 第十四次：多电子体系的电子态、密度泛函概要 首要内容： 叙述传统的量子理论是将波函数作为体系的根本物理量，而密度泛函理论则经过粒子密 度来描绘体系基态的物理性质。由于粒子密度仅仅空间坐标的函数，这使得密度泛函理论将 3N 维波函数问题简化为 3 维粒子密度问题，非常简略直观。别的，粒子密度通常是可以通 过试验直接观测的物理量。 第十五次：编程作业讲评 首要内容： 选用同学介绍编程作业进程中的领会，结合编程作业中的较遍及的问题，进行讲评。 第十六次：总温习、答疑 首要内容： 温习本课程中的要点办法和概念。 五、参阅教材及相关资料 1、《现代资料核算与规划教程》 吴兴惠、项金钟编著，电子工业出版社，2002 年 2、《核算资料学根底》 张 跃、谷景华、尚家香、马 岳编著，北京航空航天大学出

  第2次：MATLAB 言语根底 首要内容： 介绍 MATLAB 言语的首要长处、操作环境和运转办法。了解 MATLAB 言语的变量、表达式 以及程序结构与操控。把握绘图函数、数据拟合等技能。 第三次：蒙特卡罗办法根底常识 首要内容： 介绍蒙特卡罗办法的根本思维和办法、蒙特卡罗模仿办法的进程和进程。了解随机变量 及其散布函数、期望值、方差和标准误差、大数规则和中心极限定理。把握恣意散布随机变 量的抽样办法。 讲堂评论：

  第三章 分子动力学办法（12 学时） 3.1 分子动力学运动方程的求解 3.2 势函数（力）及其求解 3.3 边界条件和束缚问题 3.3 分子动力学办法的软、硬球模型 3.4 分子动力学办法在资料科学中的使用

  第四章 量子力学第一性原理（12 学时) 4.1 量子力学根底常识 4.2 分子的结合能核算 4.3 物质的能带结构及其核算 4.4 多电子体系的电子态 4.5 密度泛函概要

  求解该问题首要需求树立体系分子运动方程，然后经过直接对体系中的每个分子运动

  方程进行数值求解，得到每个时刻各个分子的坐标与动量随时刻的搬迁，即在相空间的运动 轨道，再利用核算的办法得到多体体系的静态和动态特性，然后得到体系的微观性质。

  本次课程首要叙述求解分子动力学运动方程的办法，如：Verlet 法、蛙跃法和 Gear 办法（预纠法） 等。

  办法，如：有限差分法、蒙特卡罗办法、分子动力学办法以及第一性原理。本课程中还较多 例举了资料研讨中的实践模仿问题。

  （二）可测量成果 经过本课程的学习，使学生可以做到： （1）了解《核算资料学》办法的理论根底，根本原理、及适用范围； （2）开始把握核算资料学研讨中常用的核算办法和数值摸拟技能，经过后续专业课程

  的学习，具有深入分析资料的结构、组成及其在物理、化学进程中微观改动机制的才能；

  （3）具有专业从事资料模仿与核算的开始根底，把握核算资料学新办法、新技能的自 学才能。

  本课程侧重介绍核算资料学中的一些根本概念、思维和办法，以核算模仿的空间标准 为分类依据，偏重于叙述显微标准模仿、原子模仿和依据量子力学第一性原理的模仿技能和

  每周 6 学时，共 8 周（其间组织编程、上机调试 6 学时）。 （一）首要内容：

  第一章 微分方程的常用数值核算办法(6 学时) 1.1 差分格局 1.2 线性方程组的数值核算办法 1.3 MATLAB 言语根底

  第二章 蒙特卡罗办法（6 学时） 2.1 蒙特卡罗办法根底常识 2.2 蒙特卡罗办法在资料科学中的使用

  2．选用多媒体教育，丰厚讲堂的教育内容。 3．加强教育中讲堂以外的自学环节和编程操练，使学生能做到预习、讲堂听课和自学 有机一致。结合讲堂对编程作业的讲评，加深学生对核算资料学根本概念、根本办法和编程 技巧的了解和把握。

  （二）考试评分与主张 本门课程的总评分分为 2 个部分，每部分占总成绩的份额如下：课后编程作业：20％；

  评论用蒙特卡罗办法求解定积分的思维和进程。 第四次：蒙特卡罗办法在资料科学中的使用 首要内容： 介绍薄膜成长初期描摹、多晶资料正常晶粒成长和减反射镀膜玻璃反射率的蒙特卡罗模 拟办法。 第五次：分子动力学运动方程的求解 首要内容：

  介绍选用分子动力学办法（MD），按所研讨的资料体系内禀力动力学规则来核算并确认 体系微观状况随时刻的改动。得到体系平衡态下的 M 个微观状况，则对体系某个感兴趣的宏 观量物理量的核算变成求

  1．选用教师讲堂授课为主，学生课后自学和编程操练为辅的办法。课程侧重介绍依据 模仿空间标准的各类模仿原理、办法和技能，如：有限差分法、蒙特卡罗办法、分子动力学 办法以及第一性原理。并结合以上常识，例举资料研讨中的实践模仿问题。

  第六次：势函数（力）及其求解、边界条件和束缚问题 首要内容： 求解分子动力学运动方程中的关键是势函数（力）的求解，并依据边界条件和束缚获取 感兴趣的体系微观物理量。 第七次：编程，上机 首要内容： 选用分子动力学办法编程模仿一维谐振子运动。 第八次：分子动力学办法的软、硬球模型 首要内容： 粒子（原子或分子）间相互作用可分为两类。一类是软球模型，在这种模型中，粒子间 的作用力是它们间隔的连续函数。另一类是硬球模型，在这种模型中，粒子只要产生磕碰时， 才有相互作用。所以把此模型中的粒子当作硬球。针对这两种模型，叙述详细模仿办法。 第九次：分子动力学核算办法在资料科学中的使用 首要内容： 以 Cu 外表成长 Ag 薄膜进程为例，介绍分子动力学办法在资料科学中的使用。 第十次：量子力学根底常识 首要内容： 介绍量子力学根底常识，如：薛定谔方程、 波粒二象性、波函数及其核算诠释、微扰 理论与变分原理等。 第十一次：分子的结合能及其核算 首要内容： 以氢分子的结合能核算为例，介绍求解分子结合能的办法。