Programmierung eines Molekulardynamik-Simulators auf der Grundlage eines Vielteilchenmodells

Es behandelt sich um die Erstellung eines Programmsystems für die Molekulardynamik-Simulation (MDS) auf der Grundlage der Newtonschen Gasdynamik.
Zuerst wird die physikalische Umgebung des Problems beschrieben: Wir stellen das Gleichungssystem der Molekulardynamik (MD-System) aus den Hamiltonschen Bewegungsgleichungen auf und beschreiben die daraus resultierenden unterschiedlichen Darstellungsformen des MD-Systems zur Untersuchung seiner statischen und dynamischen Eigenschaften.
Um das MD-System zu lösen, werden angepasste Verfahren gewählt und unterschiedliche Modifikationen betrachtet. Das sind die Prädiktor-Korrektor-Verfahren PE(CE) und P(EC), das modifizierte Prädiktor-Korrektor-Verfahren, das Störmer-Verfahren, die Gear-Darstellung für das MD-System erster und zweiter Ordnung sowie sehr effektive und in neuerer Zeit häufig benutzte symplektische Verfahren. Damit ergibt sich die Möglichkeit, unterschiedliche physikalische Makrogrößen im MD-System zu beobachten und die numerischen Verfahren zu vergleichen.
Die Schwierigkeit der MD-Simulation besteht vor allem in der umfangreichen Rechenzeit für die Lösung des Vielteilchensystems. Deshalb wird das entwickelte Programmsystem in mehrere Prozesse zerlegt, damit Rechner mit mehr als einem Prozessor effektiv benutzt werden können. Die Entwicklung und Implementierung des fertigen Programmpakets wird durch Klassenhierarchien vom Allgemeinen zum Speziellen in der Programmiersprache C++ unter dem Betriebsystem UNIX beschrieben.