Implementace algoritmu optimalizace hejnem částic do programu FOX

Abstract

Řešení krystalových struktur látek na základě jejich práškového difrakčního záznamu je významným nástrojem v$~$chemii, fyzice a$~$materiálovém inženýrství. Jedním z$~$používaných nástrojů je program FOX, do kterého byl nově implementován algoritmus optimalizace hejnem částic. Parametry algoritmu lze individuálně nastavit nebo využít přednastavených hodnot. Interakce s$~$algoritmem může probíhat jak z$~$grafického rozhraní, tak pomocí skriptu v$~$programovacím jazyce Python. Dále byla optimalizace hejnem částic úspěšně aplikována na tři krystalové struktury (PbSO$_4$, paracetamol, sofosbuvir), přičemž všechny byly správně identifikovány a$~$odpovídaly publikovaným strukturám. Porovnání s$~$existujícím algoritmem paralelního temperování ukázalo, že PSO dosahuje lepších výsledků funkce za kratší čas, zejména pro složitější strukturu sofosbuviru. Studium parametrů PSO na struktuře paracetamolu poskytlo hlubší vhled a$~$identifikovalo tendence, které ovlivňují konvergenci algoritmu. Nastavením těchto parametrů lze dosáhnout ještě lepších výsledků. }Solving crystal structures of materials based on their powder diffraction pattern is an important tool in chemistry, physics and materials engineering. One of the used utilities is program FOX, into which the particle swarm optimization algorithm has been newly implemented. The parameters of the algorithm can be individually set, or pre-set values can be used. Interaction with the algorithm can take place both from the graphical interface and using a$~$script in the Python programming language. Furthermore, the particle swarm optimization was successfully applied to three crystal structures (PbSO$_4$, paracetamol, sofosbuvir), all of which were correctly identified and corresponded to published structures. Comparison with the existing parallel tempering algorithm showed that PSO achieves better results of the function in a$~$shorter time, especially for the more complex structure of sofosbuvir. The study of PSO parameters on the paracetamol structure provided deeper insight and identified tendencies that affect the convergence of the algorithm. Setting these parameters can achieve even better results.