优化
使用多种计算后端进行结构弛豫和能量计算，并支持实时进度流式输出。
Source: src/lib/api/compute.ts, src/lib/structure/OptimizationPane.svelte, server/routers/
可用计算器
| 计算器 | 方法 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| EMT | 有效介质理论 | 快速经验势 | 金属（Al、Cu、Ag、Au、Ni、Pd、Pt） |
| xTB GFN2 | 半经验 DFT | 含色散校正的紧束缚方法 | 有机分子、分子晶体 |
| xTB GFN1 | 半经验 DFT | 比 GFN2 更快但精度较低 | 大型有机体系 |
| xTB GFN0 | 半经验方法 | 最快的 xTB 变体 | 筛选、预优化 |
| xTB GFN-FF | 力场 | xTB 参数化力场 | 非常快速的预弛豫 |
| MACE | 机器学习 | 等变神经网络势 | 通用、高精度 |
| CHGNet | 机器学习 | 晶体 Hamilton 图网络 | 无机材料 |
| M3GNet | 机器学习 | 材料三体图网络 | 无机材料 |
| UFF | 力场（WASM） | 通用力场 | 浏览器内快速优化 |
核心函数
客户端（TypeScript）
typescript
// List available calculators and their status
fetchCalculators(): Promise<Calculator[]>
// Check if server is running
check_server_available(): Promise<boolean>
// HTTP-based optimization (returns final result)
optimize_structure(structure, calculator, options): Promise<OptimizationResult>
// WebSocket streaming (real-time step-by-step updates)
optimize_structure_ws(structure, calculator, options, onStep): Promise<OptimizationResult>
// In-browser UFF optimization via WASM (no server needed)
wasm_optimize_structure(structure): Structure服务器端（Python）
FastAPI 服务器暴露以下端点：
GET /api/optimize/calculators— 列出可用计算器POST /api/optimize/structure— 优化结构（HTTP）GET /api/optimize/ws— WebSocket 流式优化GET /api/optimize/energy— 单点能计算
优化器方法
除了选择计算器（能量/力引擎），还可以选择驱动搜索过程的优化算法：
| 优化器 | 类型 | 说明 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| BFGS | 极小化器 | 拟 Newton 局部极小化器（ASE 默认） | 寻找稳定结构（局部极小值） |
| Sella Minimize | 极小化器 | 信赖半径极小化器（Sella order=0） | BFGS 的替代方案，有时更稳健 |
| Sella TS Search | 鞍点 | 过渡态搜索器（Sella order=1） | 寻找反应能垒和过渡态 |
| IRC | 反应路径 | 内禀反应坐标（Sella） | 从过渡态追踪最低能量路径 |
什么是过渡态？
过渡态（TS）是反应物到产物最低能量路径上的最高能点。它给出活化能，即体系发生反应必须跨越的能垒。Sella 的 TS Search 会在势能面上寻找这些鞍点。
Sella 参数
使用 Sella Minimize 或 Sella TS Search 时：
| 参数 | 说明 | 默认值 |
|---|---|---|
delta0（信赖半径） | 用于步长控制的初始信赖半径 | 自动（Sella 默认） |
使用 IRC 时：
| 参数 | 说明 | 默认值 |
|---|---|---|
dx（步长） | IRC 步长，单位 Angstrom | 自动（Sella 默认） |
安装 Sella
Sella 是可选依赖。没有它服务器也能工作，BFGS 始终可用。若要启用 Sella 优化器：
bash
# Python 3.13+ requires setuptools-scm first
pip install setuptools-scm
# Install Sella (use --no-build-isolation on Python 3.13+)
pip install --no-build-isolation sella如果未安装 Sella 却选择了 Sella 优化器，服务器会返回包含安装说明的明确错误信息。
更多细节见 Sella GitHub 仓库。
优化选项
| 选项 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
calculator | string | 计算器名称（如 "mace"、"xtb_gfn2"） |
optimizer | string | 优化算法：bfgs、sella_min、sella_ts、irc |
fmax | number | 力收敛判据（eV/A） |
max_steps | number | 最大优化步数 |
optimize_cell | boolean | 同时弛豫晶胞形状/体积 |
frozen_atoms | number[] | 需要固定的原子 index |
实时进度
WebSocket 优化会流式返回逐步更新：
typescript
interface OptimizationStep {
step: number // Current step number
energy: number // Total energy (eV)
fmax: number // Maximum force (eV/A)
structure: Structure // Current atomic positions
converged: boolean // Whether fmax < threshold
}UI 会显示：
- 能量收敛曲线
- 最大力（fmax）收敛曲线
- 每一步实时更新三维结构
- 步数计数器和状态
Frozen Atoms
原子可以标记为“固定”，从优化中排除：
- 环形标记 — 固定原子周围的圆环
- 交叉阴影 — 图案化叠层
- 变暗 — 降低不透明度
固定原子会以 index 数组传递给优化器。
组件
| 组件 | 说明 |
|---|---|
OptimizationPane.svelte | 计算器选择、选项、运行/停止控制 |
| 能量/力收敛图 | 优化过程中的实时折线图 |
架构
Browser Server
┌──────────────┐ HTTP/WS ┌───────────────────────────┐
│ Optimization │ ──────────────→│ FastAPI Server │
│ Pane │ │ ├── Calculators (energy) │
│ │←────────────── │ │ ├── EMT │
│ (real-time │ step data │ │ ├── xTB │
│ updates) │ │ │ ├── MACE │
└──────────────┘ │ │ ├── CHGNet │
│ │ └── M3GNet │
│ └── Optimizers (search) │
│ ├── BFGS (default) │
│ ├── Sella Minimize │
│ ├── Sella TS Search │
│ └── IRC │
┌──────────────┐ └───────────────────────────┘
│ WASM (UFF) │ ← no server needed
└──────────────┘