官方手册蒸馏 · 40 章结构化知识库 · Lemkul 教程融合 · 中文全译版映射
GROMACS 2026.2·分子动力学模拟·实操优先·全量可溯源
 |
 |
|---|
GROMACS 2026.2 Reference Manual (953 页) + Justin Lemkul 9 个实操教程 + GROMACS 2019.6 中文教程 —— 以实操为中心的分子动力学技术参考
手册为骨 · 教程为肉 · 全量可溯源
本项目不替代官方文档，而是将其组织为 AI 可直接使用的结构化知识
Official 2026.2 Manual | Online Version
Justin Lemkul Tutorials | 中文手册
Skill | Cheatsheet | Glossary | Patterns
本仓库将 GROMACS 2026.2 Reference Manual (953 页) 与 Justin Lemkul 的 9 个实操教程 以及 GROMACS 2019.6 中文教程 蒸馏为一个统一的、结构化的 Claude Code Skill 知识库，覆盖从 PDB 准备、力场选择、系统构建，到能量最小化、NVT/NPT 平衡、生产 MD、轨迹分析、自由能计算、增强采样、配体参数化、膜蛋白模拟、虚拟位点的完整 GROMACS 工作流 —— 共 40 章。
核心设计理念：这是一个代码编写与实操技能。每章以「怎么做」为核心，精确到命令行和 .mdp 参数级别。Lemkul 教程的实操工作流已融入对应的官方手册章节中（而非独立追加），中文手册的理论内容已逐章映射到英文手册对应章节。
| 数据源 | 角色 | 规模 | 特色 |
|---|---|---|---|
| GROMACS 2026.2 Reference Manual | 骨架 —— 完整命令参考、.mdp 参数全表、算法方法论 | 953 页 | 按主题组织，涵盖所有 gmx 工具和理论背景 |
| Justin Lemkul 实操教程 | 血肉 —— 可复用的端到端 MD 工作流 | 8 个教程 (68 个步骤文件) | 分步实操, 完整命令序列, 常见陷阱标注 |
| GROMACS 2019.6 中文教程 | 脉络 —— 全量中文术语与理论推导 | 全手册翻译 | 中英术语对照, 公式推导, 算法详述, 40 章全覆盖 |
┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ GROMACS 2026.2 · Code-Writing Skill │
│ 40 章 · Lemkul 教程融合 · 40 章中文术语全覆盖 │
├────────────────────┬───────────────────────┬──────────────────────────────┤
│ 实用指南 (7 章) │ 参考手册 (9 章) │ 理论背景 (11 章) │
├────────────────────┼───────────────────────┼──────────────────────────────┤
│ ch01 下载与安装 │ ch08 力场 [+tutorial] │ ch17 引言 │
│ ch02 安装指南 │ CGenFF 配体参数化 │ ch18 定义与单位 │
│ ch03 已知问题 │ ch09 MDP 参数 │ ch19 PBC & MD │
│ ch04 快速入门 │ ch10 mdrun 特性 │ ch20 约束与耦合 │
│ ch05 体系准备 [+tutorial]│ ch11 性能调优 │ ch21 自由能 [+tutorial] │
│ Lysozyme 12步工作流 │ ch12 常见错误 [+tutorial] │ ch22 并行化 │
│ ch06 长时模拟 │ 膜/配体/FE/伞形故障排查 │ ch23 非键相互作用 │
│ ch07 FAQs │ ch13 命令参考 │ ch24 键合相互作用 │
│ │ ch14 术语表 │ ch25 高级相互作用 [+tutorial] │
│ │ ch15 验证 │ ch26 拓扑 │
│ │ ch16 How-To [+tutorial] │ ch27 文件格式 │
│ │ 膜蛋白/双相系统构建 │ │
├────────────────────┼───────────────────────┼──────────────────────────────┤
│ 专项方法 (4 章) │ 运行与分析 (4 章) │ 附录 (5 章) │
├────────────────────┼───────────────────────┼──────────────────────────────┤
│ ch28 自由能与牵引 │ ch31 运行参数 │ ch35 参考文献 │
│ [+tutorial] │ ch32 分析 [+tutorial] │ ch36 开发者指南 │
│ 伞形采样 4 步工作流 │ ch39 高级 MDP │ ch37 Doxygen │
│ ch29 AWH │ │ ch38 发布说明 │
│ ch30 高级方法 │ │ ch40 教程资源 │
│ QM/MM/PLUMED/NNP │ │ ch40 教程资源 │
└────────────────────┴───────────────────────┴──────────────────────────────┘
| 命令 | 章节 | 覆盖内容 |
|---|---|---|
| gmx pdb2gmx | ch05, ch08, ch13, ch26 | 拓扑生成、力场选择、端基处理、H原子处理 |
| gmx editconf | ch05, ch16 | 盒子定义、dodecahedron/cubic/octahedron、膜系统定向 |
| gmx solvate | ch05, ch16 | 溶剂化、spc216.gro、非水溶剂、膜系统水删除 |
| gmx genion | ch05, ch13 | 离子添加、-neutral、-conc、离子命名规则 |
| gmx grompp | ch05, ch09, ch12 | 预处理、.mdp 验证、常见错误、-maxwarn 警告 |
| gmx mdrun | ch05, ch10, ch11 | 生产 MD、GPU 加速、多模拟、checkpoint 重启 |
| gmx energy | ch32 | 能量项提取、温度/压力/密度监控 |
| gmx rms / rmsf | ch32 | RMSD/RMSF 计算、拟合选择、Backbone vs Cα |
| gmx gyrate / dssp / hbond | ch32 | 紧致度、二级结构、氢键 (GROMACS 特定判据) |
| gmx trjconv | ch32 | 周期性校正、-pbc mol -center |
| gmx bar | ch21, ch44(已融合) | BAR 自由能分析 |
| gmx wham | ch28 | WHAM 伞形采样 PMF 重建 |
| gmx order / density / msd | ch16 | 膜分析 (氘序参数/密度剖面/侧向扩散) |
| gmx make_ndx | ch16, ch32 | 自定义索引组 |
| gmx genrestr | ch08 | 配体位置限制生成 |
| gmx insert-molecules | ch16, ch47(已融合) | 双相系统/非水溶剂插入 |
.
├── SKILL.md # 主索引 —— Core Frameworks · 40 章索引 · 主题索引 · 溯源指南
├── README.md # 本文件
│
├── chapters/ # 核心产出 —— 40 章独立知识单元
│ ├── ch05-system-preparation.md # 体系准备 [+tutorial] Lysozyme 12步完整工作流
│ ├── ch08-force-fields-overview.md # 力场 [+tutorial] CGenFF 配体参数化 + 力场修改
│ ├── ch09-mdp-options.md # MDP 参数 [+中文] 积分器/耦合/约束/静电参数
│ ├── ch12-common-errors.md # 常见错误 [+tutorial] 膜/配体/FE/伞形故障排查
│ ├── ch16-how-to-guides.md # How-To [+tutorial] 膜蛋白 InflateGRO + 双相系统
│ ├── ch21-algorithms-free-energy.md # 自由能 [+tutorial +中文] TI/FEP/BAR + 实操工作流
│ ├── ch25-interactions-advanced.md # 高级相互作用 [+tutorial +中文] 虚拟位点 + 软核理论
│ ├── ch28-special-free-energy.md # 自由能与牵引 [+tutorial] 伞形采样 4 步工作流
│ ├── ch32-analysis.md # 分析 [+tutorial +中文] 分析工作流 + 中文术语
│ └── ... (40 files total, ~3,700 lines)
│
├── patterns.md # 20+ 标准 MD 工作流模式 (含 Lemkul 教程模式)
├── cheatsheet.md # 速查：决策规则 · 热浴/压浴矩阵 · 教程命令 · 膜参数 · 中文参数速查
├── glossary.md # ~150 GROMACS 核心术语 (含中文扩展), 附章节引用
│
└── books/ # 原始资料
├── manual-2026.2.pdf # GROMACS 2026.2 Reference Manual (953 页)
├── gromacs中文手册/ # GROMACS 2019.6 中文教程（全手册翻译）
└── mdtutorials/ # Justin Lemkul 8 个实操教程 (Markdown)
├── 02_Lysozyme_in_Water/ # 溶菌酶基础教程 (12 步)
├── 03_Membrane_Protein/ # 膜蛋白 KALP15 in DPPC (11 步)
├── 04_Protein-Ligand_Complex/ # 蛋白-配体复合物 (11 步)
├── 05_Methane_FE/ # 甲烷 vdW 自由能 (10 步)
├── 06_Ethanol_FE/ # 乙醇水合自由能 (6 步)
├── 08_Umbrella_Sampling/ # 伞形采样 (9 步)
├── 09_Biphasic_Systems/ # 双相系统 (4 步)
└── 10_Virtual_Sites/ # 虚拟位点 (5 步)
# 方式 1: 手动克隆（推荐）
# gromacs为skill名
git clone https://github.com/MaybeBio/Gromacs-Everything-Skill ~/.claude/skills/gromacs
# 方式 2: 使用 npx
# 同样文件夹名即skill名 gromacs，但只有SKILL.md文件，其余reference全无
npx skills add MaybeBio/Gromacs-Everything-Skill -a claude-code
Skill 加载后，可直接在对话中查询或手动触发 /gromacs：
▸ 我的蛋白质体系怎么选力场和水模型？
▸ 写一个完整的显式水 MD 流程 (pdb2gmx → editconf → ... → mdrun → analysis)
▸ 如何用 CGenFF 给一个非标准小分子做 CHARMM 力场参数化？
▸ 膜蛋白模拟的 .mdp 参数应该怎么设？semi-isotropic 是什么意思？
▸ 自由能计算中 lambda 窗口怎么排？放电和 vdW 解耦哪个先做？
▸ umbrella sampling 的 pull-coord1-k 设多少合适？
▸ 虚拟位点怎么手动构建？HMR 和 vsites 哪个更实用？
▸ LINCS warnings 怎么修？体系温度一直在漂怎么办？
▸ 蛙跳式算法和速度Verlet算法有什么区别？(中文理论)
▸ 非键相互作用的势能函数三部分是什么？(中文术语)
示例参考 test case
| 查询类型 | 目标文件 | 响应特征 |
|---|---|---|
| 命令速查 | cheatsheet.md |
热浴/压浴矩阵 / 积分器选择 / 教程命令模板 |
| 命令 & flag 语法 | chapters/ch*-*.md |
精确命令 + 完整 .mdp 参数 |
| .mdp 参数查询 | chapters/ch09-mdp-options.md |
全部 MDP 参数 + 默认值 |
| MD 工作流模板 | patterns.md |
13 步标准流程 / FE / umbrella / vsites 模式 |
| 教程实操指南 | ch05, ch08, ch16, ch21, ch25, ch28 |
完整命令序列 + 关键决策点 + 常见错误 |
| 膜蛋白模拟 | chapters/ch16-how-to-guides.md |
InflateGRO / 膜分析 / 脂质 Tm 表 |
| 自由能方法论 | chapters/ch21-algorithms-free-energy.md |
TI/BAR 理论 + 两步解耦工作流 |
| 错误排查 | chapters/ch12-common-errors.md |
膜/配体/FE/伞形故障 3-4 种 + 修复 |
| 术语定义 | glossary.md |
精确定义 + 归属章节 |
| 中文理论 | 全部 40 章 | 每章附「中文术语对照」表 |
| 系统学习 | SKILL.md → chapters/*.md |
Core Frameworks → Chapter Index → Topic Index |
每章按统一模板组织，支持快速定位：
| 区域 | 内容 |
|---|---|
| Core Idea | 1-2 句话核心要点 |
| Frameworks Introduced | 命名的框架/工作流，含「何时使用」和「如何操作」 |
| Key Concepts | 5-10 个关键术语的精确定义 |
| Mental Models | 「用 X 当 Y」「把 X 看作 Y」的思维模型 |
| Code Examples | 精确命令序列 + .mdp 参数配置 |
| Practical Workflow (tutorial 章) | 完整的端到端实操流程（命令 + 决策点 + 验证标准） |
| Anti-patterns | 常见错误模式及原因 |
| 中文术语对照 (所有章) | 中英术语对照表，附公式来源 |
| Key Takeaways | 3-7 条必须记住的要点 |
| Connects To | 与其它章节的交叉引用链 |
| 维度 | GROMACS 2026.2 Manual | Lemkul 实操教程 | GROMACS 2019.6 中文教程 |
|---|---|---|---|
| 定位 | 完整命令参考与算法理论 | 分步实操指南 | 全手册中文翻译与术语 |
| 规模 | 953 页 PDF | 8 个教程 (68 个步骤文件) | ~19,000 行全手册翻译 |
| 内容特色 | 所有 gmx 工具、.mdp 参数、算法详述、数学公式 | 完整命令序列、参数选择理由、错误陷阱标注、可执行工作流 | 公式推导、算法中文解释、中英术语对照、40 章全覆盖 |
| 覆盖 | 40 章全主题覆盖 | 8 个关键场景 (基础→膜蛋白→配体→自由能→伞形→虚拟位点) | 全部 40 章术语与概念 |
| 最适合 | 查命令 flag 和 .mdp 变量的精确含义 | 跟着做一遍完整的 MD 模拟 | 快速查找中英术语对应关系 |
| 融合方式 | 每章独立知识单元 | 已融入对应官方章节 (ch05/08/16/21/25/28/32) | 已全覆盖至全部 40 章中文术语对照表 |
| 中文手册章节 | → 英文章节 | 融入内容 |
|---|---|---|
| §5.1-5.2 前言与简介 | → ch17 | 计算化学/MD/能量最小化中英术语 |
| §5.3 定义与单位 | → ch18 | 符号约定、MD 单位体系、约化单位 |
| §5.4 算法 (15 小节) | → ch19-22 | 蛙跳/Verlet/Trotter、恒温器/压浴、TI/慢增长、区域分解 |
| §5.5 相互作用函数 (10 小节) | → ch23-25, ch08 | LJ/Buckingham/Coulomb、键合势、虚拟位点理论、力场家族 |
| §5.6 拓扑 (7 小节) | → ch26-27 | 拓扑文件结构、.itp/.rtp/.hdb/.tdb、文件类型全表 |
| §5.8 专题 (17 小节) | → ch28-30 | PMF/牵引/AWH/QM-MM/MiMiC/IMD/膜嵌入 |
| §5.9 运行参数和程序 | → ch09, ch31, ch39 | MDP 参数分类、文件类型、高级参数 |
| §3.1-3.2, §3.7 用户指南 | → ch01-16 | 下载、安装、快速入门、体系准备、FAQ、命令参考 |
| §3.3-3.10 维续与错误处理 | → ch06, ch12 | 长期模拟续跑、常见错误诊断 |
每条命令和 .mdp 参数都可追溯回原始手册、教程或中文手册：
查询: "sc-alpha soft-core free energy 自由能"
→ ch21 Free Energy [+tutorial+中文] (Manual §21 + Lemkul FE 教程)
→ ch25 Advanced Interactions [+tutorial+中文] (§4.5 软核相互作用 / §4.7 虚拟相互作用位点)
→ cheatsheet.md Free Energy Quick Reference
→ 原始教程: books/mdtutorials/05_Free_Energy_Calculations:Methane_in_Water/
→ 中文理论: §3.12 自由能计算 (慢增长方法 + 热力学积分 + λ向量)
三条追溯链路：
SKILL.md主题索引 → 话题 → 对应章节- 每章
Connects To→ 交叉引用其它相关章节 - books/ 原始资料 → PDF 手册 + mdtutorials/ 原始教程文件 + 中文译版
| 来源 | 总规模 | 已蒸馏 | 覆盖率 |
|---|---|---|---|
| GROMACS 2026.2 Reference Manual | 953 页 | 40 章 (全量 API + MDP 参数) | ~95% |
| Lemkul 实操教程 | 8 个教程 | 全部融入对应官方章节 | 100% |
| GROMACS 2019.6 中文教程 | 全手册翻译 | 中文术语/概念覆盖全部 40 章 | 100% |
| 标注类型 | 章节数 | 章节列表 |
|---|---|---|
| [+tutorial] | 8 | ch05, ch08, ch12, ch16, ch21, ch25, ch28, ch32 |
| [+中文] | 40 | 全部 40 章（每章附「中文术语对照」表） |
本技能内置以下 10 个核心决策框架，覆盖 GROMACS 模拟全流程的关键决策点：
| 框架 | 英文 | 核心内容 |
|---|---|---|
| 1 | 6-phase Simulation Pipeline | 每次模拟的完整路径：体系准备 → EM → NVT → NPT → MD → 分析 |
| 2 | Force Field Selection Heuristic | 蛋白质? 膜? 小分子? 不同场景不同选择（AMBER/CHARMM/GROMOS/OPLS） |
| 3 | Thermostat/Barostat Decision Matrix | 不同阶段用不同的耦合：Berendsen（快速松弛）、V-rescale/Nose-Hoover（生产）、PR barostat |
| 4 | Timestep Selection | 1fs/2fs/4fs/5fs 分别适用什么场景，配合约束算法选择 |
| 5 | PME Tuning Rule | rcoulomb = rvdw = rlist, fourierspacing = 0.12，GPU-resident 模式优化 |
| 6 | Box Selection Principle | 球形溶质用菱形十二面体，节省 29% 溶剂原子 |
| 7 | Performance Optimization Priority | 8 个优化点按优先级排列：GPU 加速、MTS、PME rank 调优等 |
| 8 | Free Energy Calculation Strategy | 5 种方法（TI/FEP/BAR/AWH/Umbrella）的适用场景对比 |
| 9 | Constraint Algorithm Selection | LINCS/SHAKE/SETTLE 何时用哪个，配合时间步长选择 |
| 10 | Error Diagnosis Heuristic | 9 种常见错误（LINCS warnings、非零电荷、PME 负载等）的快速诊断 |
| 模式 | 适用场景 |
|---|---|
| Standard MD Workflow | 任何从头开始的 MD 模拟（13 步完整流程） |
| Force Field Selection | 为新体系选择交互参数 |
| Box Type Selection | 定义模拟盒子类型（立方体/菱形十二面体/截角八面体） |
| Temperature Coupling | 不同模拟阶段的热浴选择 |
| Pressure Coupling | NPT 模拟阶段的压浴选择 |
| Constraint Algorithms | 为更大时间步长约束键长 |
| PME Parameter Tuning | 设置静电参数 |
| Performance Optimization | 模拟速度慢时的优化策略 |
| Free Energy Calculation | 计算结合自由能、溶剂化自由能 |
| Enhanced Sampling Decision Tree | 选择增强采样方法（Umbrella/AWH/Replica exchange 等） |
| System Preparation Checklist | 开始任何新模拟前的检查清单 |
| Common Error Diagnosis | 错误症状快速诊断与修复 |
| 领域 | 英文 | 涵盖内容 |
|---|---|---|
| 模拟流程 | MD Pipeline | pdb2gmx → editconf → solvate → genion → grompp → mdrun (EM → NVT → NPT → MD) |
| 力场 | Force Fields | AMBER99SB-ILDN, CHARMM36, GROMOS54A7, OPLS-AA/L |
| 热浴/压浴 | Thermostats & Barostats | Berendsen, V-rescale, Nose-Hoover, Parrinello-Rahman |
| 约束算法 | Constraints | LINCS, SHAKE, SETTLE |
| 长程静电 | Long-range Electrostatics | PME, Ewald, PPPM, Reaction Field, FMM |
| 自由能 | Free Energy | TI, FEP, BAR, MBAR, soft-core potentials |
| 增强采样 | Enhanced Sampling | Replica exchange, expanded ensemble, AWH, umbrella sampling, metadynamics |
| GPU 加速 | GPU Acceleration | CUDA, OpenCL, SYCL, HIP, GPU-resident mode |
| 并行化 | Parallelization | Domain decomposition, MPI, OpenMP |
| 文件格式 | File Formats | .gro, .top, .itp, .mdp, .tpr, .xtc, .trr, .edr, .cpt, .ndx, .xvg |
| 高级方法 | Advanced Methods | QM/MM (CP2K, MiMiC), Neural Network Potentials, MTS, HMR |
| 资源 | 英文 | 链接 |
|---|---|---|
| GROMACS 官网 | Homepage | gromacs.org |
| 在线手册 | Online Manual | manual.gromacs.org |
| 用户指南 | User Guide | manual.gromacs.org/user-guide |
| 官方教程 | Official Tutorials | tutorials.gromacs.org |
| 源码仓库 | Source Code | gitlab.com/gromacs/gromacs · github.com/gromacs/gromacs |
| 官方论坛 | Forum | gromacs.bioexcel.eu |
| Python API (gmxapi) | Python API | manual.gromacs.org/gmxapi |
| 资源 | 英文 | 链接 |
|---|---|---|
| Justin Lemkul 教程 | MD Tutorials | mdtutorials.com/gmx |
| Gromacs 中文教程（旧版） | https://jerkwin.github.io/9999/10/31/GROMACS%E4%B8%AD%E6%96%87%E6%95%99%E7%A8%8B/ |
GROMACS 官方用户指南 -> 第三方教程（Justin Lemkul）模拟 -> 实操: (本skill定位RAG -> 论坛问答 + 官方文档查证) -> Loop
核心原则 / Core Principle: 用中学，一切第一性原理的引用论证，都以官方文档为准，本 skill 只是在传统 RAG 学习模式上加速收敛。
- 原始skill（v0.1.0） 仅蒸馏官方操作手册，重点在于api查询，技术手册查询辅助定位
- 更新后skill（v0.2.0起） 添加一些第三方教程，侧重于实践导向；同时增加了中文手册资料（
⚠️ 中文教程版本 更新未追及官方英文文档，待后续开源版中文教程资料更新） - v0.3.0 增加了GROMACS 2019.6 中文教程（全手册翻译），覆盖全部40章中文术语对照
基于 GROMACS 2026.2 Reference Manual + Justin Lemkul 8 个实操教程 + GROMACS 2019.6 中文教程。 实操优先，精确到命令和 .mdp flag 级别，全量可溯源。
GROMACS 官方网站 · 在线手册 · Lemkul 教程 · 用户论坛