Road to Computational Chemistry

Initial Motivation

1 OCT 2015

2015年，我正式确定未来的事业 - 学习理论计算化学。其中的原因很简单，因为我不喜欢做实验。我想将自己的两项长处：编程能力和化学积累结合起来。

事实上，我在这两方面并不像自己所想的那样，都达到了很高很深的程度。更准确地说，我是白板。2015年我大三，对数据结构和算法完全没有系统的认识，仅仅是对编程有一点感觉；而对于计算化学，我更是连门都没有入：没有学过理论力学和量子力学，只是会一点点群论和经典场论（电动力学），更别提深入的相对论。

但是我决定了。如果不能成功，我宁愿永远退出化学领域。

人做一个决定似乎真的如此简单。但是为了梦想，需要牺牲很多东西。

2015年夏天，开学前半个月，我翻开了曾谨言老师的红本《量子力学教程》。在开始的几章，总是感觉不懂的东西好多：没学过数理方程，没学过分析力学，只是对基本的微积分运算和代数学概念感觉还好。大二磨了很长时间的抽象代数，虽然课挂了，但真的受益极大。因此在这段时间里我并没有花很多时间回顾大一时候学的微积分和线性代数，基本上勉勉强强能够看下去。在这段时间，从开学前半个月到开学后半个月，终于推到了自旋。在这里我遇到了不少困难，将在后面的文章中仔细整理。

Learning Routing

1 OCT 2015

第一阶段 量子力学基础；教材：《量子力学教程》曾谨言，《量子力学》卷I卷II曾谨言，《Quantum Mechanics》Vol.I Cohen-Tannoudji；教辅：《量子力学习题精选与剖析》钱伯初、曾谨言

这一阶段，我的思路是尽快上手量子力学，不仅对基本的概念和方法能熟练运用，还要对量子力学的各个前沿领域有基本而全面的了解。选择曾老师的书，是因为这本《教程》用作学校量子力学的教程，个人看过也觉得大体上对于初学者难度适中，书也不算太厚，比较适合从零开始上手；曾老师的两卷《量子力学》虽然和《教程》重复很多（事实上教程是复制了两卷中的核心内容出来），但是在一些疑难和细节问题上还是有深入的说明和探讨的；Cohen-Tannoudji这本是网上公认的上佳外文教材，我早在大一的时候就影印出来（大概是想用来学英语），一个考虑在于外国的数理教材往往讲解更加细致（人性化），另一方面也是为了以后和国外论文接轨。BTW我还有英语的第二学位，实际上读这样一本书多花的时间并不是特别多。

依照我的进组情况，这一阶段计划在国庆节前完成。一个半月攻克（入门）量子力学，难度会有，但是只要用心，抽出时间，就绝对可以完成。虽然开学后事情多，但是我仍然抽出时间整理了两次1到7章《教程》（第8章正在读）。理解自旋以后，就进入四章解法了，还是很快的。

第二阶段 计算化学基础；教材：《Modern Quantum Chemistry –Introduction to Advanced Electronic Structural Theory》Szabo、Ostund，《高等量子力学》张永德，《量子化学基础》夏少武等

第二阶段，尽快将第一步学的东西加以运用，对形成永久记忆特别有效。Szabo的教材是老板推荐的进组必备课本（对于电子结构理论），听组内师兄讲评价相当不错。张永德老师的《高量》感觉难度一下自上去了（当然是对我现在的这个水平而言），但是考虑到曾老师的基础教材不会讲太多的路径积分、对称性和二次量子化这些对计算化学非常关键的概念，自学一下高量还是非常有必要的。我在图书馆内找书发现不同的老师的高量内容重点也不同，选张老师的书在于他在开头就讲密度矩阵，而我正是对师兄探究的密度矩阵理论比较感兴趣，想尽快了解下。夏少武老师的那本书是我以前的旧存书，难度还好，由于对量子力学的不熟悉我一直不敢看，其实对于全面地了解量子化学会有很大的帮助。

我认为这一段应该在期中考试之后一个月之内解决，也就是12月前。这一阶段主要的教材是英文的，所以可能会比较慢。关键在这个时候可以去找师兄请教了，这样对自己的提升会有一定的作用。

第三阶段 电子结构理论进阶；教材：《Modern Electron Structure Theory》等

这一阶段，我认为离得有点远。师兄推荐在Szabo的书之后就可以开始读这本了，也就离正式的进入研究进了一步。事实上我并没有看到前三个阶段对于编程和计算有任何要求。

我们知道，计算化学发展到今天，计算机计算软件的作用是绝对不可忽视的。尽管有教授抱怨现在的化学家过于依赖计算软件，但是不可否认，像Gaussian这样类似的一大批专业计算软件真正将计算这一概念推向了经典的有机、无机化学等领域。虽然现在理论化学仍处于解释实验结果这一层次，还很难对复杂体系做出预言甚至替代实验（这是我的理想），但是在这一二级学科发展的过程中，我们对化学和物理学（甚至数学）都有了新的认识，也推动了研究的进展。

如果上三个阶段能够较好地完成，按照计划我应该可以开始看一些计算程序了。在计算领域，很多经典程序都是用Fortran写的，虽然近些年也有用C写。我个人是对C和C++更熟悉一点的。

第四阶段 算法深入，语言学习等

在这一阶段，我将开始在Blog上Po一些计算的算法来学习和积累。

以上就是我能想到的学习阶段了，总计大概会有半年多。我希望完成我的计划之后，我就可以像一个研究生一样开始进入研究课题了。当然，我现在的计划看不到到时候的各种困难（就像原来也没有预料过会再自旋这里花这么长的时间），只能照着自己的想法想当然了。在进行的过程中，修改订正是必要的。到达某个阶段之后，甚至可能会重新规划。

但是时间来不及了。我不愿意做二流的研究者，不能再往后拖了，毕竟以后要靠这个吃饭的。

Roadmap

AUG 2016