DuIvyProcedures (DIP)

DuIvyProcedures 是一个 YAML 配置驱动的 MD 模拟批量分析工具。核心价值：一条命令完成多种分析，自动出图出数据。

快速判断

需求	使用
批量处理多条轨迹	DIP ✓
一次运行多个分析	DIP ✓
快速可视化单个 XVG/XPM	DIT (duivytools-skills)
手动执行 GROMACS 命令	gromacs-skills
了解分析原理	gromacs-protein-analysis

安装

pip install DuIvyProcedures

注意：DIP 需要购买授权码使用，具体请联系微信公众号【杜艾维】。

命令行用法

生成配置文件

# 生成包含所有模块的配置模板
dip conf -o dip.yaml

# 指定模块和路径生成配置
dip conf -o dip.yaml -t gmx_RMSD DCCM -d MD0

运行分析

dip run -f dip.yaml

DIP 会按路径和模块顺序依次执行分析，结果保存在对应目录下。

YAML 配置详解

完整配置结构

Path:
  - MD0
  - MD1

Conf:
  gmx: gmx
  xtc: md.xtc
  tpr: md.tpr
  ndx: index.ndx
  fig: png        # 可选，输出图片格式：png/pdf/svg

Tasks:
  - gmx_RMSD:
      fit_group: Backbone
      calc_group: Protein
      rmsd_matrix: no
      gmx_parm:
        tu: ns

  - gmx_PCA:
      group: C-alpha

  - gmx_FEL:
      inputfile: ../gmx_PCA/pc12.xvg
      find_minimum: true
      minimum_num: 3

配置段说明

段	必需	说明
`Path`	是	分析路径列表，各路径下的文件名需一致
`Conf`	是	配置：gmx 路径、轨迹/拓扑/索引文件名、图片格式
`Tasks`	是	分析任务列表

Conf 段参数

参数	说明
`gmx`	GROMACS 可执行文件路径
`xtc`	轨迹文件名
`tpr`	拓扑文件名
`ndx`	索引文件名（可选）
`fig`	图片格式：`png`/`pdf`/`svg`（v1.0.3+）

模块通用结构

- ModuleName:
    mkdir: OutputDir        # 输出目录（可选，默认为模块名）
    # ... 模块特定参数 ...
    gmx_parm:               # 仅 gmx_ 模块可用
      b: 0
      e: 10000
      tu: ns
    frame_start: 1000       # 帧选择（仅纯 Python 模块）
    frame_end: 5001
    frame_step: 10

模块间数据传递

后续模块可使用前序模块的输出：

Tasks:
  - gmx_PCA:
      group: C-alpha

  - gmx_FEL:
      inputfile: ../gmx_PCA/pc12.xvg   # 相对路径

路径规则：每个模块的输出目录与配置文件同级，使用 ../ModuleName/ 访问。

原子选择语法

GROMACS 模块（gmx_ 前缀）：使用索引组名

Protein、C-alpha、Backbone 等 GROMACS 预定义组
自定义组名（需在 .ndx 中定义）
组名必须以英文开头，不能以数字开头（如 6Lig 会被识别为第 6 个组）

纯 Python 模块：使用 MDAnalysis 语法

protein - 蛋白质
protein and name CA - α-碳
resname LYS - 赖氨酸残基
resname *ZIN - 名称匹配 ZIN 的残基

语法参考：https://userguide.mdanalysis.org/2.7.0/selections.html

模块选择：gmx_ vs 纯Python

场景	选择	原因
已有 GROMACS 环境	`gmx_` 模块	更快，与 GROMACS 生态兼容
无 GROMACS 或跨平台	纯 Python 模块	仅依赖 MDAnalysis，支持 AMBER 等格式
需要灵活原子选择	纯 Python 模块	MDAnalysis 语法更灵活

帧选择参数（仅纯 Python 模块）

frame_start: 1000    # 起始帧
frame_end: 5001      # 结束帧（不包含）
frame_step: 10       # 步长

前置处理

使用 DIP 前需自行完成：

周期性校正：DIP 不会自动校正轨迹，需保证分子完整性
原子数对应：拓扑文件和轨迹文件原子数必须一一对应
索引文件：gmx_ 模块需要正确的 .ndx 文件
GROMACS 版本：建议 2019-2023，2024 可能有兼容问题
DSSP 安装：GROMACS 2022 及以下运行 gmx_DSSP 需安装 DSSP 3.0
RDKit 安装：PiStacking 自动寻找芳香环需要 RDKit

重要注意事项

模块	注意事项
`RDCM`	`type_select: min` 计算非常慢，大体系需设置帧选择参数避免内存不足
`MSM`	Demo 性质，需谨慎用于研究；参数不合适会报错，需反复调整
`gmx_dPCA`	使用了一些技巧，不能保证所有情况成功执行，建议检查结果
`gmx_Hbond`	组名不能以数字开头（如 `1ZIN` 应改为 `ZIN1`）
`SaltBridge`	不同力场需修改原子命名（`NH3_atomnames`, `COO_atomnames`）
`gmx_cluster`	`dt` 设置过小会导致帧数多、计算量大
`gmx_FEL` / `FEL`	需要三列数据文件（时间, 数据1, 数据2），通常来自 PCA 或 dPCA

模块速查

结构稳定性

模块	功能	关键参数
`gmx_RMSD` / `RMSD`	均方根偏差	`fit_group`, `calc_group`
`gmx_RMSF` / `RMSF`	均方根涨落	`group` / `calc_group`
`gmx_Gyrate` / `Gyrate`	回转半径	`calc_group`
`gmx_SASA`	溶剂可及表面积	`calc_group`

构象分析

模块	功能	关键参数
`gmx_DCCM` / `DCCM`	动态互相关矩阵	`group` / `atom_selection`
`gmx_PCA` / `PCA`	主成分分析	`group` / `atom_selection`
`gmx_FEL` / `FEL`	自由能景观	`inputfile`（三列数据）
`gmx_dPCA`	二面角 PCA	`group`（可能不稳定）
`RDCM`	残基距离接触矩阵	`atom_selection`, `type_select`（`min` 很慢）

相互作用

模块	功能	关键参数
`gmx_Hbond` / `Hbond`	氢键	`group1`/`group2` 或 `donor_group`/`acceptor_group`
`SaltBridge`	盐桥	`byIndex`, `group`
`PiStacking`	Pi-堆叠	`group1`, `group2`
`PiCation`	Pi-阳离子	`group1`, `group2`
`Hydrophobic Contact`	疏水接触	`group1`, `group2`
`RDF`	径向分布函数	`center_group`, `calc_group`

结构特征

模块	功能	关键参数
`gmx_DSSP`	二级结构	`group`
`gmx_cluster`	聚类分析	`fit_group`, `calc_group`, `method`, `cutoff`
`gmx_Mdmat`	距离矩阵	`group`

密度与分布

模块	功能	关键参数
`gmx_Density` / `Density`	一维密度分布	`calc_group` / `atom_selection`
`DensityMap`	三维密度映射	`groups`, `byType`, `grid_bin`
`SPM`	空间映射	`atom_selection`

降维与动力学

模块	功能	关键参数
`MSM`	马尔可夫状态模型（Demo）	`atom_selection`, `lag4tica`, `lag4MSM`
`tICA`	时间滞后独立成分分析	`atom_selection`, `target`, `lag`
`tSNE`	t-SNE 降维	`atom_selection`, `target`
`UMAP`	UMAP 降维	`atom_selection`, `n_neighbors`, `min_dist`

用户自定义

模块	功能
`User_Mod`	自定义分析模块

详细参考文档

文档	内容
gmx_RMSD.md	RMSD 分析
gmx_RMSF.md	RMSF 分析
gmx_Gyrate.md	回转半径
gmx_SASA.md	溶剂可及表面积
gmx_DCCM.md	动态互相关矩阵
gmx_PCA.md	主成分分析
gmx_FEL.md	自由能景观
gmx_Hbond.md	氢键分析
gmx_DSSP.md	二级结构
gmx_cluster.md	聚类分析
gmx_Mdmat.md	距离矩阵
gmx_Density.md	密度分析
gmx_dPCA.md	二面角 PCA
RMSD.md	RMSD（纯Python）
RMSF.md	RMSF（纯Python）
Gyrate.md	回转半径（纯Python）
DCCM.md	DCCM（纯Python）
PCA.md	PCA（纯Python）
FEL.md	FEL（纯Python）
Hbond.md	氢键（纯Python）
RDCM.md	残基距离接触矩阵
RDF.md	径向分布函数
Density.md	密度（纯Python）
DensityMap.md	密度映射
MSM.md	马尔可夫状态模型
tICA.md	tICA 降维
tSNE.md	t-SNE 降维
UMAP.md	UMAP 降维
SaltBridge.md	盐桥分析
PiStacking.md	Pi-堆叠
PiCation.md	Pi-阳离子
Hydrophobic_Contact.md	疏水接触
SPM.md	空间映射
User_Mod.md	用户自定义模块

官方文档

https://duivyprocedures-docs.readthedocs.io/

DuIvyProcedures-skills