Octopus是密度泛函理论（density-functional theory，DFT）和含时密度泛函理论（time-dependent density functional theory ，TDDFT）的一个免费但很专业的软件包。

Octopus以命令行方式运行，并且使用单个输入文件读取用户指令，以了解计算内容和计算方法。本文介绍如何编写该文件以及一般的格式是什么。Octopus解析器（parser）位于源代码的liboct_parser目录中，是一个基于bison和C语言编写的库。

输入文件

输入参数应该在Octopus的运行目录下一个名为inp的文件中。这是一个纯ASCII文本文件，要创建或编辑它，可以使用任何文本编辑器，如emacs，vi，jed，pico，gedit等。

在程序开始时，解析器读取输入文件，解析并生成将被Octopus读取的变量列表。有两种类型的变量：标量（字符串或数字）和块（可以将其视为矩阵）。

标量变量

标量变量可以通过以下方式定义：

var = exp

var可以包含任何字母数字加“_”，值可以是引号括起来的字符串、数字（整数、实数或复数）、变量名称或数学表达式。复数定义为{real，imag}。实数可以使用带有e或E的科学记数法（不能使用d或D），例如6.02e23。变量名称不区分大小写，并且不得重新定义先前定义的符号 – 尤其是保留变量x、y、z、r、w、t（在空间或时间相关表达式中使用，其中w是4D中的第4个空间坐标）。

数学表达式

解析器可以解释输入文件中的表达式，将结果分配给变量，或定义函数，例如species块中的势或TDFunctions块中的时间相关函数。参数可以是数字或其他变量。

算术运算符

运算符	说明
a+b	加法
a-b	减法
-a	一元减号
a*b	乘法
a/b	除法
a^b	幂

逻辑运算符

逻辑运算返回0表示假或返回1表示真。可以利用这一点来定义分段表达式，例如“2*(x <= 0)-3 * (x > 0)”（尽管也可以使用step函数）。比较运算符（==除外）仅使用复数的实部。

运算符	说明
a < b	小于
a <= b	小于或等于（≤）
a > b	大于
a >= b	大于或等于（≥）
a == b	等于
a && b	逻辑和
a \|\| b	逻辑或
!a	逻辑非

函数

sqrt(x)：x的平方根
exp(x)：x的指数
log(x)或ln(x)：x的自然对数
log10(x)：x以10为底的对数
logb(x, b)：x以b为底的对数
{x, y} 复数
arg(z)：复数z的幅角，-π<arg(z)<=π
abs(z)：复数z的模，|z|
abs2(z)：复数z的模方，|z|2
logabs(z)：复数z模的自然对数，log|z|
conjg(z)：复数z的复共轭，z*=x-iy
inv(z)：复数z的倒数
sin(x), cos(x),tan(x),cot(x),sec(x),csc(x)：正弦、余弦、正切、余切、正割和余割
asin(x),acos(x),atan(x),acot(x),asec(x),acsc(x)：反正弦、余弦、切线、余切、割线和余割
atan2(x,y)：=atan(y/x)
sinh(x),cosh(x),tanh(x),coth(x),sech(x),csch(x)：双曲正弦、余弦、切线、余切线、割线和余割
asinh(x),acosh(x),atanh(x),acoth(x), asech(x), acsch(x)：反双曲正弦、余弦、切线、余切、割线和余割
min(x, y)：x和y的最小值
max(x, y) ：x和y的最大值
step(x)：单位阶跃函数，可用于分段定义的函数
erf(x)：误差函数
realpart(z)：复数z的实部
imagpart(z)：复数z的虚部
floor(x)：小于实数x的最大整数
ceiling(x)：大于实数x的最小整数

预定义变量

为方便起见，有一些预定义的常量：

名称	说明
pi	3.141592653589793
e	自然对数的底数
false	假
true	真
i	虚数单位
angstrom	1.8897261328856432
pm or picometer	0.018897261328856432
nm or nanometer	18.897261328856432
ry or rydberg	0.5
eV or electronvolt	0.03674932539796232
invcm	4.5563353e-06
kelvin	3.1668105e-06
kjoule_mol	0.00038087988
kcal_mol	0.0015936014
as or attosecond	0.0413413737896
fs or femtosecond	41.3413737896
ps or picosecond	41341.3737896
c	137.035999139

块（block）

块被定义为值的集合，以行和列格式组织。语法如下：

%var
exp | exp | exp | ...
exp | exp | exp | ...
...
%

块中的行用换行符分隔，而列用字符“|”或tab分隔。块中可以有任意数量的行和任意数量的列。另请注意，每行可以具有不同数量的列。块中的值不必属于同一类型。

包括（include）

可以将外部文件包含在输入文件中。

比如，在输入文件inp中：

CalculationMode = gs
UnitsOutput = eV_Angstrom
Radius = 3.5*angstrom
Spacing = 0.22*angstrom

include geometry.oct

几何在 geometry.oct中定义，

CH = 1.2*angstrom
%Coordinates
"C" | 0 | 0 | 0
"H" | CH/sqrt(3) | CH/sqrt(3) | CH/sqrt(3)
"H" | -CH/sqrt(3) |-CH/sqrt(3) | CH/sqrt(3)
"H" | CH/sqrt(3) |-CH/sqrt(3) | -CH/sqrt(3)
"H" | -CH/sqrt(3) | CH/sqrt(3) | -CH/sqrt(3)
%

默认值

如果Octopus尝试读取输入文件中未定义的变量，它会自动为其分配一个默认值（在某些情况下，如果Octopus找不到合理的默认值，它会报错停止）。所有读取的变量（输入文件中存在或不存在）都输出到文件exec/parser.log。未在输入文件中定义的变量将具有 -default注释。如果不确定该程序正在读取什么，请查看它。

建议将输入文件中的变量保持在最低限度：“不要编写将被分配默认值的变量”。在较新版本的Octopus中，默认值可能会更改，旧值可能会导致问题。除此之外，输入文件将变得难以阅读和理解。

文档

每个输入变量都有（或应该有）自己的文档，解释它的作用以及它可能采用的有效值。文档可以联机获取，也可以通过oct-help命令访问。

实验性功能

即使在Octopus的稳定版本中，也有许多功能正在开发中，不适合正式使用。为了防止用户无意中使用这些部件，它们被声明为“Experimental’”。

当你尝试使用其中一项实验功能时，Octopus将报错停止。如果要使用它，则需要将变量ExperimentalFeatures设置为yes。现在Octopus只会发出警告。被允许使用不完整或未经良好测试的代码部分，很可能会产生错误的结果。

良好做法

为确保与较新版本的Octopus兼容及避免出现问题，在编写输入文件时，谨记以下良好操作规则：

（1）尽管输入变量可以采用数字，但数字表示形式会使输入文件的可读性降低，并且将来可能会更改。所以“避免使用数字而不是值”。例如，应该用

UnitsOutput = ev_angstrom

代替

UnitsOutput = 3

（2）“不要包含输入文件中不需要的变量”，尤其是只取默认值的声明。这会使输入文件更长，可读性降低，并且由于默认值可能会更改，因此输入文件更有可能在较新版本的Octopus上出现问题。

（3）“避免在输入文件中重复信息”。为此使用自定义变量和数学表达式功能。例如，应该使用：

m = 0.1
c = 137.036
E = m*c^2

而不是

m = 0.1
c = 137.036
E = 1877.8865

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