(57)【要約】【課題】物質の構造を壊さずに安定構造を探索すること。【解決手段】（Ａ）において、物質１０１と物質１０２との相互作用がある場合、安定構造を得るためには有限のエネルギー障壁を超える必要があり、一般のモンテカルロ法や分子動力学法では容易に超えることができない。（Ａ）では、物質１０１と物質１０２との相互作用の大きさを０にしておく。相互作用を弱くすると、物質１０１からは障壁が無いように感じられるために、ポテンシャルの谷に対し構造を緩和させることができる。そして、（Ｂ）において物質１０１と物質１０２との相互作用の大きさを徐々に大きくしていく。すると、安定構造の付近のポテンシャル谷が低くなり、物質１０１は自然にその構造にトラップされることになる。さらに、相互作用を現実の大きさに戻していくに従って、結合の微細な構造の安定化が行われることで、安定構造を得ることができる。【選択図】図１
2013077087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物質を構成する第１の原子群の第１のエネルギーと、第２の物質を構成する第２の原子群の第２のエネルギーと、前記第１の物質と前記第２の物質との間の相互作用を変動させるパラメータで前記相互作用を示す第３のエネルギーと、を表現する方程式を記憶し、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報を記憶する記憶手段と、
前記パラメータを所定量増加させるごとに、前記方程式と、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報と、に基づいて、前記第２の物質に対する前記第１の物質の安定位置を探索する探索手段と、
前記探索手段によって探索された探索結果を出力する出力手段と、
を備えることを特徴とする探索装置。
【請求項２】
前記探索手段は、
前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報に基づいて、前記第１の物質と前記第２の物質とが結合されたか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段によって結合されたと判断されるまで、前記パラメータの設定値を所定量増加させることで前記パラメータを更新する更新手段と、
前記更新手段による前記パラメータの最新の設定値および最新の前記各原子の位置情報と、前記方程式と、に基づいて、ポテンシャル極小領域を特定する特定手段と、
前記更新手段による前記パラメータの最新の設定値と、前記方程式と、に基づいて、前記第１の原子群の原子ごとに働く力を算出する算出手段と、
前記第１の物質の重心と前記特定手段によって特定されたポテンシャル極小領域とを通る線に対し、前記算出手段によって前記第１の原子群の原子ごとに算出された力を射影変換する変換手段と、
前記第１の原子群の原子ごとに前記変換手段による射影変換後の力に基づいて、前記第１の原子群の各原子を移動させて、最新の前記各原子の位置情報に更新する移動手段と、を備え、
前記出力手段は、
前記判断手段によって結合されたと判断されたときの前記第１の物質の位置情報と前記第２の物質の位置情報とを出力することを特徴とする請求項１に記載の探索装置。
【請求項３】
前記算出手段は、
前記更新手段による前記パラメータの最新の設定値と、前記方程式と、に基づいて、前記第２の原子群の原子ごとに働く力を算出し、
前記移動手段は、
前記算出手段によって前記第２の原子群の原子ごとに算出された力に基づいて、前記第２の原子群の各原子を移動させることを特徴とする請求項２に記載の探索装置。
【請求項４】
前記探索手段は、
前記第１の物質の重心と前記ポテンシャル極小領域との距離が所定距離以内であるか否かを判定する判定手段と、
前記ポテンシャル極小領域を、前記第２の原子群のうち前記ポテンシャル極小領域の近傍原子群の重心に設定する設定手段と、
前記判定手段によって前記所定距離以内であると判定された場合、前記特定手段から前記設定手段に切り替えることで前記ポテンシャル極小領域を求める制御手段と、を備え、
前記変換手段は、
前記第１の物質の重心と前記設定手段によって設定されたポテンシャル極小領域とを通る線に対し、前記算出手段によって前記第１の原子群の原子ごとに算出された力を射影変換することを特徴とする請求項２または３に記載の探索装置。
【請求項５】
第１の物質を構成する第１の原子群の第１のエネルギーと、第２の物質を構成する第２の原子群の第２のエネルギーと、前記第１の物質と前記第２の物質との間の相互作用を変動させるパラメータで前記相互作用を示す第３のエネルギーと、を表現する方程式を記憶し、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報を記憶する記憶手段にアクセスするコンピュータが、
前記パラメータを所定量増加させるごとに、前記方程式と、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報と、に基づいて、前記第２の物質に対する前記第１の物質の安定位置を探索し、
探索された探索結果を出力する、
処理を実行することを特徴とする探索方法。
【請求項６】
第１の物質を構成する第１の原子群の第１のエネルギーと、第２の物質を構成する第２の原子群の第２のエネルギーと、前記第１の物質と前記第２の物質との間の相互作用を変動させるパラメータで前記相互作用を示す第３のエネルギーと、を表現する方程式を記憶し、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報を記憶する記憶手段にアクセスするコンピュータに、
前記パラメータを所定量増加させるごとに、前記方程式と、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報と、に基づいて、前記第２の物質に対する前記第１の物質の安定位置を探索し、
探索された探索結果を出力する、
処理を実行させることを特徴とする探索プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報を探索する探索装置、探索方法、および探索プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次元面内だけではなく、立体的かつ空間的に規則正しく、また制限なく様々な分子を配列させることができる、らせん状高分子構造体及びその形成方法が開示されている。
【０００３】
また、シミュレーション対象の分子または分子の一部をＱＭ空間とＭＭ空間とに分割し、ＱＭ空間に対して非経験的分子軌道法を適用し、ＭＭ空間に対しては経験的ポテンシャルに基づく方法を適用して分子シミュレーションを行う分子シミュレーション方法が開示されている。この分子シミュレーション方法は、記憶部から、シミュレーション対象の分子または分子の一部を構造データを取り出してＱＭ空間及びＭＭ空間に分割する段階と、ＱＭ空間に関する非経験的分子軌道法における全エネルギー表式の一部を経験的ポテンシャルで置き換える段階と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８７６２号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０２９３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
凝縮系物質が２種類以上で結合する場合の最安定構造を、一般の溶媒中（真空中なども含む）で決定しないといけないような状況は、非常に多く遭遇する命題のひとつである。しかしながら、マルチカノニカル法では、あらかじめポテンシャル形状を予測できないことから、予備的なシミュレーションを行う必要があった。また、シミュレーテッドアニール法では温度を上げることから、結合構造そのものが破壊されてしまう危険性があった。
【０００６】
本発明の一側面では、物質の構造を壊さずに安定構造を探索することができる探索装置、探索方法、および探索プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、第１の物質を構成する第１の原子群の第１のエネルギーと、第２の物質を構成する第２の原子群の第２のエネルギーと、前記第１の物質と前記第２の物質との間の相互作用を変動させるパラメータで前記相互作用を示す第３のエネルギーと、を表現する方程式を記憶し、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報を記憶しておき、前記パラメータを所定量増加させるごとに、前記方程式と、前記第１の原子群の各原子および前記第２の原子群の各原子の位置情報と、に基づいて、前記第２の物質に対する前記第１の物質の安定位置を探索し、探索された探索結果を出力する探索装置、探索方法、および探索プログラムが提案される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一側面によれば、物質の構造を壊さずに安定構造を探索することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、物質間の相互作用例を示す説明図である。
【図２】図２は、物質１０１，１０２内の原子間の相互作用を示す説明図である。
【図３】図３は、λ増加による物質１０１の移動を示す説明図である。
【図４】図４は、図３の状態からの移動後の物質１０１を示す説明図である。
【図５】図５は、ポテンシャル極小領域Ｐの簡略化を示す説明図である。
【図６】図６は、安定構造例を示す説明図（その１）である。
【図７】図７は、安定構造例を示す説明図（その２）である。
【図８】図８は、実施の形態にかかる探索装置１０００のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図９】図９は、探索装置１０００内の記憶装置に記憶されている物質ＤＢ（データベース）の記憶内容例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、探索装置１０００の機能的構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、探索装置による探索処理手順例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、図１１に示した第１の物質移動処理（ステップＳ１１０６）の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる探索装置、探索方法、および探索プログラムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、物質間の相互作用例を示す説明図である。図１では、物質１０１と物質１０２との相互作用を示している。物質１０１，１０２内の丸図形は原子を示している。（Ａ）において、物質１０１（たとえば、ある凝縮系物質）と物質１０２（たとえば、他の凝縮系物質）との相互作用がある場合、安定構造を得るためには有限のエネルギー障壁を超える必要があり、一般のモンテカルロ法や分子動力学法では容易に超えることができない。（Ａ）では、物質１０１と物質１０２との相互作用の大きさを０にしておく。相互作用を弱くすると、物質１０１からは障壁が無いように感じられるために、ポテンシャルの谷に対し構造を緩和させることができる。
【００１２】
そして、（Ｂ）において物質１０１と物質１０２との相互作用の大きさを徐々に大きくしていく。すると、安定構造の付近のポテンシャル谷が低くなり、物質１０１は自然にその構造にトラップされることになる。さらに、相互作用を現実の大きさに戻していくに従って、結合の微細な構造の安定化が行われることで、安定構造を得ることができる。一般に、相互作用を大きくしていく場合、最初に見つけられたポテンシャル谷が、最も安定な構造を与えることが多い。従って、最初に見つかったポテンシャル谷の近傍でモンテカルロ法あるいは分子動力学法で安定構造を探索することが可能である。
【００１３】
温度を上げるシミュレーテッドアニール法の場合、十分にポテンシャルの谷を探索しようとすると、タンパク質などの緩和時間の大きな系では、その構造が壊れてしまうことが多かった。これに対し、図１の例では、物質１０１，１０２の構造には何らストレスを加えずに、かつポテンシャル障壁を感じないで構造安定化を行うことができる。したがって、探索時間が短縮され、安定化構造の高精度化を図ることができる。
【００１４】
図２は、物質１０１，１０２内の原子間の相互作用を示す説明図である。物質１０１，１０２は多数の原子で構成されているが、図２では便宜上、Ａ〜Ｃを物質１０１を構成する原子、ａ〜ｄを物質１０２を構成する原子とする。また、太矢印は、同一物質内の原子間の相互作用であり、細矢印は、異なる物質の原子間の相互作用である。図２の例の場合、後者の相互作用は１２通りあるが、図２では、便宜上、原子Ａと原子ａ〜ｄとの間の４通りの相互作用ＩAa〜ＩAdを示している。本実施の形態では、原子Ａに着目すると相互作用ＩAa〜ＩAdを徐々に大きくしていくこととなる。
【００１５】
ここで、物質１０１，１０２を含む全系のエネルギー方程式を示す。
【００１６】
【数１】
2013077087.tif 000003
【００１７】
式（１）において、左辺のＵ（λ）は、全系のエネルギーである。λは、物質間の相互作用Ｕnbを変動させるパラメータであり、０≦λ≦１となる。λの初期値は、たとえば、λ＝０とする。右辺において、Ｕbは、物質内の原子間の相互作用のエネルギーを示している。たとえば、Ｕb（Ａ，Ｂ，Ｃ）は、原子Ａ〜Ｃ間の相互作用のエネルギー（図２の太矢印）を示している。Ｕnbは、異なる物質の原子間の相互作用のエネルギーを示している。たとえば、Ｕnb（Ａ，ａ）は、原子Ａと原子ａとの相互作用ＩAaのエネルギーを示している。また、α，β，γは、物質１０１，１０２が存在する溶媒の原子とする。実際には多数存在するが便宜上、α，β，γの３個とする。Ｕbは、原子の位置座標を変数とするため、原子の位置座標を与えることで求めることができる。
【００１８】
Ｕnbを展開すると下記式（２）となる。ここでは、Ｕnb（Ａ，ａ）を例に挙げる。
【００１９】
【数２】
2013077087.tif 000004
【００２０】
式（２）において、ＵCは静電相互作用のエネルギーを示しており、ＵLJはファンデルワールス相互作用のエネルギーを示している。また、ｑはクーロン力を示す。たとえば、ｑAは原子Ａのクーロン力である。ｒは原子間距離である。たとえば、ｒAaは原子Ａと原子ａとの距離である。Ｃ１，Ｃ２は平衡原子間距離に依存するパラメータであり、予め設定されている。ｒAaは、原子Ａの位置座標と原子ａの位置座標との差の二乗和の平方根で求められる。
【００２１】
本実施の形態では、式（１）のλを初期値（たとえば、λ＝０）から増加させて物質間の相互作用を徐々に大きくしていくことで、結合の微細な構造の安定化が行われ、安定構造を得ることができる。
【００２２】
図３は、λ増加による物質１０１の移動を示す説明図である。図３中、Ｐはポテンシャル極小領域である。原子ごとに、式（１）を対象とする原子の位置座標を変数とし、他の原子の位置座標を式（１）に代入して偏微分することで、ポテンシャル領域群が求められる。このとき、ポテンシャル領域群のうち偏微分で得られたポテンシャルが最も小さいポテンシャル領域がポテンシャル極小領域Ｐとなる。また、物質を構成する原子に生じる力は、式（１）を対象とする原子の位置座標で偏微分することで得られる。
【００２３】
【数３】
2013077087.tif 000005
【００２４】
式（３）において、ｘは原子の位置座標である。式（３）を、物質１０１を構成する原子Ａ〜Ｃに適用することで、原子Ａ〜Ｃに生じる力ＦA〜ＦCが得られる。また、図３において、Ｗは、物質１０１内の代表点である。たとえば、物質１０１を構成する原子Ａ〜Ｃの重心をＷとする。そして、原子Ａ〜Ｃに生じる力ＦA〜ＦCは、ポテンシャル極小領域Ｐと重心Ｗとを結ぶ線分ＬPW（の平行線）に射影され、線分ＬPW方向の成分の力ｆA〜ｆCに変換される。原子Ａ〜Ｃは、力ｆA〜ｆCの量だけ力ｆA〜ｆCの方向へ移動する。
【００２５】
図４は、図３の状態からの移動後の物質１０１を示す説明図である。なお、物質１０２を構成する原子ａ〜ｄや溶媒となる原子α〜γ（不図示）については、分子動力学にしたがって、式（３）で求まる力の量だけその力の方向に移動することとなる。図３および図４に示した動作は時間ステップごとに実行される。すなわち、移動後の状態で、図３に示したように、再度ポテンシャル極小領域Ｐが求められ、原子Ａ〜Ｃや原子ａ〜ｄや溶媒となる原子α〜γ（不図示）の移動が繰り返しおこなわれる。
【００２６】
図５は、ポテンシャル極小領域Ｐの簡略化を示す説明図である。時間ステップごとにポテンシャル極小領域Ｐを求めると、式（１）の偏微分を実行することとなり、計算量が増加する。このため、物質１０１がポテンシャル極小領域Ｐから所定距離Ｒ１以内に位置する場合、ポテンシャル極小領域Ｐの簡略化をおこなう。
【００２７】
具体的には、たとえば、ポテンシャル極小領域Ｐを中心とする半径Ｒ２の球Ｓ２内に存在する物質１０２の原子ｅ，ｇ，ｈの重心をあらたなポテンシャル極小領域ｐとする。以降、時間ステップごとにポテンシャル極小領域ｐを中心とする半径Ｒ２の球Ｓ２内に存在する物質１０２の原子の重心を求めて、次のポテンシャル極小領域ｐとする。これにより、式（１）の偏微分を実行するよりも計算量が少なくなるため、計算負荷の低減化を図ることができる。
【００２８】
図６は、安定構造例を示す説明図（その１）である。図６において、物質１０１は、物質１０２のポケット６００にトラップされている。具体的には、たとえば、ポテンシャル極小領域Ｐ（図５を適用した場合はｐ）から半径Ｒ３の球Ｓ３内に、物質１０１の原子が所定数包含されていれば、ポケット６００にトラップされたとみなす。図６では、原子Ａが包含されている。所定数が１であれば、図６の状態でトラップされたことになる。
【００２９】
また、ポケット６００を閉塞する面ｓよりも内側、すなわち、ポケット６００内の物質１０１の原子が所定数包含されていれば、ポケット６００にトラップされたとみなしてもよい。図６の場合、原子Ｂ，Ｃが包含されている。所定数が２であれば、図６の状態でトラップされたことになる。
【００３０】
図７は、安定構造例を示す説明図（その２）である。図７において、物質１０１の原子Ｂが球Ｓ３内に包含されているが、原子Ａが物質１０２と重複する。このように、物質１０２と重複する場合は、物質１０１はポケット６００にトラップされないため、安定構造にはならないことになる。
【００３１】
（探索装置１０００のハードウェア構成例）
図８は、実施の形態にかかる探索装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図８において、探索装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）８０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）８０３と、磁気ディスクドライブ８０４と、磁気ディスク８０５と、光ディスクドライブ８０６と、光ディスク８０７と、ディスプレイ８０８と、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）８０９と、キーボード８１０と、マウス８１１と、スキャナ８１２と、プリンタ８１３と、を備えている。また、各構成部はバス８００によってそれぞれ接続されている。
【００３２】
ここで、ＣＰＵ８０１は、探索装置１０００の全体の制御を司る。ＲＯＭ８０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ８０３は、ＣＰＵ８０１のワークエリアとして使用される。磁気ディスクドライブ８０４は、ＣＰＵ８０１の制御にしたがって磁気ディスク８０５に対するデータのリード／ライトを制御する。磁気ディスク８０５は、磁気ディスクドライブ８０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。
【００３３】
光ディスクドライブ８０６は、ＣＰＵ８０１の制御にしたがって光ディスク８０７に対するデータのリード／ライトを制御する。光ディスク８０７は、光ディスクドライブ８０６の制御で書き込まれたデータを記憶したり、光ディスク８０７に記憶されたデータをコンピュータに読み取らせたりする。
【００３４】
ディスプレイ８０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ８０８は、たとえば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。
【００３５】
インターフェース（以下、「Ｉ／Ｆ」と略する。）８０９は、通信回線を通じてＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどのネットワーク８１４に接続され、このネットワーク８１４を介して他の装置に接続される。そして、Ｉ／Ｆ８０９は、ネットワーク８１４と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。Ｉ／Ｆ８０９には、たとえばモデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。
【００３６】
キーボード８１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力をおこなう。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス８１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などをおこなう。ポインティングデバイスとして同様に機能を備えるものであれば、トラックボールやジョイスティックなどであってもよい。
【００３７】
スキャナ８１２は、画像を光学的に読み取り、探索装置１０００内に画像データを取り込む。なお、スキャナ８１２は、ＯＣＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒ  Ｒｅａｄｅｒ）機能を持たせてもよい。また、プリンタ８１３は、画像データや文書データを印刷する。プリンタ８１３には、たとえば、レーザプリンタやインクジェットプリンタを採用することができる。
【００３８】
図９は、探索装置内の記憶装置に記憶されている物質ＤＢ（データベース）の記憶内容例を示す説明図である。記憶装置としては、具体的には、たとえば、図８に示したＲＡＭ８０３、磁気ディスク８０５、光ディスク８０７などが用いられる。物質ＤＢ９００は、物質ごとに物質ＩＤと原子情報とを記憶している。物質ＩＤは、物質を一意に特定する識別情報である。原子情報は、物質内の原子を特定する情報である。具体的には、原子の名称、原子の位置座標、原子の電荷量を記憶する。
【００３９】
図９では、物質Ｍｉの原子情報Ａｉ内には、原子Ａｉ１，Ａｉ２，…が含まれており、原子Ａｉ１，Ａｉ２，…の位置座標がｐｉ１，ｐｉ２，…であり、原子Ａｉ１，Ａｉ２，…の電荷量がｑｉ１，ｑｉ２，…であることを示している。
【００４０】
（探索装置の機能的構成例）
図１０は、探索装置の機能的構成を示すブロック図である。探索装置１０００は、記憶部１００１と、探索部１００２と、出力部１００３と、を有する。記憶部１００１は、具体的には、たとえば、図８に示したＲＡＭ８０３、磁気ディスク８０５、光ディスク８０７などにより、その機能を実現する。探索部１００２と出力部１００３は、具体的には、たとえば、図８に示したＲＯＭ８０２、ＲＡＭ８０３、磁気ディスク８０５、光ディスク８０７などの記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ８０１に実行させることにより、その機能を実現する。
【００４１】
まず、記憶部１００１は、第１の物質を構成する第１の原子群の第１のエネルギーと、第２の物質を構成する第２の原子群の第２のエネルギーと、第１の物質と第２の物質との間の相互作用を変動させるパラメータで相互作用を示す第３のエネルギーと、を表現する方程式を記憶する。具体的には、たとえば、上述した式（１）を記憶する。また、記憶部１００１は、式（２）や式（３）も記憶する。また、記憶部１００１は、図９に示した物質ＤＢ９００も記憶する。
【００４２】
探索部１００２は、パラメータの設定値を所定量増加させるごとに、方程式と、第１の原子群の各原子および第２の原子群の各原子の位置情報と、に基づいて、第２の物質に対する第１の物質の安定位置を探索する。探索部１００２は、たとえば、式（１）のパラメータλの設定値を、初期値（たとえば、λ＝０）から所定量Δλずつ増加させるごとに、物質１０２に対する物質１０１の安定位置を探索する。
【００４３】
出力部１００３は、探索部１００２によって探索された探索結果を出力する。たとえば、出力部１００３は、探索結果をディスプレイに表示したり、プリンタに印刷出力したり、外部装置に送信したり、記憶装置に格納したりする。
【００４４】
ここで、探索部１００２の詳細構成について説明する。探索部１００２は、判断部１０２１と、更新部１０２２と、特定部１０２３と、算出部１０２４と、変換部１０２５と、移動部１０２６と、判定部１０２７と、設定部１０２８と、制御部１０２９と、を有する。探索部１００２〜制御部１０２９も、具体的には、たとえば、図８に示したＲＯＭ８０２、ＲＡＭ８０３、磁気ディスク８０５、光ディスク８０７などの記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ８０１に実行させることにより、その機能を実現する。
【００４５】
判断部１０２１は、第１の原子群の各原子および第２の原子群の各原子の位置情報に基づいて、第１の物質と第２の物質とが結合されたか否かを判断する。判断部１０２１は、具体的には、たとえば、物質１０１の原子Ａ〜Ｃの位置座標と物質１０２の原子ａ〜ｄの位置座標とに基づいて、第１の物質と第２の物質とが結合されたか否かを判断する。たとえば、図６や図７で示したように、物質１０１が物質１０２のポケット６００にトラップされたか否かを判断する。
【００４６】
更新部１０２２は、判断部１０２１によって結合されたと判断されるまで、パラメータの設定値を所定量増加させることでパラメータを更新する。具体的には、たとえば、更新部１０２２は、時間ステップごとにパラメータλの設定値を所定量Δλ増加して、λを最新の設定値に更新する。
【００４７】
特定部１０２３は、更新部１０２２によるパラメータの最新の設定値および最新の各原子の位置情報と、方程式と、に基づいて、ポテンシャル極小領域を特定する。具体的には、たとえば、特定部１０２３は、式（１）に、更新部１０２２によるパラメータλの最新の設定値と、最新の各原子の位置座標と、を与える。そして、特定部１０２３は、原子ごとに、対象原子の位置座標を変数として、式（１）を偏微分する。特定部１０２３は、偏微分された方程式に対象原子の位置座標を代入することで、ポテンシャルを得る。このあと、特定部１０２３は、原子ごとに得られたポテンシャルの中で最小ポテンシャルとなる対象原子の位置座標を、ポテンシャル極小領域Ｐに決定する。
【００４８】
算出部１０２４は、更新部１０２２によるパラメータの最新の設定値と、方程式と、に基づいて、第１の原子群の原子ごとに働く力を算出する。具体的には、たとえば、算出部１０２４は、図３で説明したように、物質１０１の原子Ａ〜Ｃについて、原子ごとに働く力ＦA〜ＦCを算出する。また、算出部１０２４は、物質１０２を構成する原子ａ〜ｅ，ｇ，ｈや溶媒となる原子α〜γについても、同様に、各原子に働く力を算出する。
【００４９】
変換部１０２５は、第１の物質の重心と特定部１０２３によって特定されたポテンシャル極小領域とを通る線に対し、算出部１０２４によって第１の原子群の原子ごとに算出された力を射影変換する。具体的には、たとえば、変換部１０２５は、物質１０１の重心Ｗを原子Ａ〜Ｃの位置座標から算出する。そして、変換部１０２５は、図３に示したように、重心Ｗとポテンシャル極小領域Ｐとを通る線分ＬPWの平行線（各原子Ａ〜Ｃを通る）に射影変換する。これにより、射影変換後の力ｆA〜ｆCが求まる。
【００５０】
移動部１０２６は、第１の原子群の原子ごとに変換部１０２５による射影変換後の力に基づいて、第１の原子群の各原子を移動させる。具体的には、たとえば、物質１０１の原子Ａ〜Ｃを、射影変換後の力ｆA〜ｆCの方向に力ｆA〜ｆCの分だけ移動させる。
【００５１】
具体的には、たとえば、物質１０１が図３および図４に示したように移動させられた場合、物質１０１の原子Ａ〜Ｃの位置座標を移動後の位置座標に更新する。更新された位置座標は記憶装置に記憶される。また、移動部１０２６は、物質１０２や溶媒内の原子α〜γが分子動力学により移動させられた場合も、算出部１０２４で算出された力により、物質１０２の原子ａ〜ｅ，ｇ，ｈの位置座標や溶媒内の原子α〜γの位置座標を移動後の位置座標に更新する。更新された位置座標は記憶装置に記憶される。
【００５２】
判定部１０２７は、第１の物質の重心とポテンシャル極小領域との距離が所定距離以内であるか否かを判定する。具体的には、たとえば、判定部１０２７は、図５に示したように、物質１０１の重心Ｗとポテンシャル極小領域Ｐとの距離が所定距離Ｒ１以内であるか否かを判断する。所定距離Ｒ１は、任意に設定可能である。
【００５３】
設定部１０２８は、ポテンシャル極小領域を、第２の原子群のうちポテンシャル極小領域の近傍原子群の重心に設定する。具体的には、たとえば、設定部１０２８は、図５に示したように、物質１０２の原子ａ〜ｅ，ｇ，ｈのうち、ポテンシャル極小領域の近傍原子ｅ，ｇ，ｈを特定する。たとえば、ポテンシャル極小領域Ｐを中心とする半径Ｒ２の球Ｓ２に包含される原子ｅ，ｇ，ｈを近傍原子とする。そして、設定部１０２８は、近傍原子ｅ，ｇ，ｈの重心を、次の時間ステップでのポテンシャル極小領域ｐに設定する。これにより、式（１）の偏微分を実行するよりも計算量が少なくなるため、計算負荷の低減化を図ることができる。
【００５４】
制御部１０２９は、判定部１０２７によって所定距離以内であると判定された場合、特定部１０２３から設定部１０２８に切り替えることでポテンシャル極小領域を求める。具体的には、たとえば、制御部１０２９は、判定部１０２７の判定処理において所定距離Ｒ１以内と判定されるまで、特定部１０２３によりポテンシャル極小領域Ｐを特定する。すなわち、式（１）の偏微分を実行することで、時間ステップごとに（λが更新されるごとに）ポテンシャル極小領域を求める。
【００５５】
一方、所定距離Ｒ１以内であると判定された場合、制御部１０２９は、特定部１０２３による特定処理から設定部１０２８による設定処理に切り替えて、設定部１０２８によるポテンシャル極小領域ｐの設定を実行させる。これにより、変換部１０２５では、設定部１０２８に切り替わったあとは、物質１０１の重心Ｗとポテンシャル極小領域ｐとを通る線分ＬPWに対し、原子Ａ〜Ｃに働く力ＦA〜ＦCを射影変換することになる。
【００５６】
最終的に、出力部１００３では、判断部１０２１によって結合されたと判断されたときの第１の物質の位置情報と第２の物質の位置情報とを出力することとなる。具体的には、たとえば、図６に示したような物質１０１，１０２の各原子の位置座標を出力することになる。
【００５７】
（探索処理手順例）
図１１は、探索装置１０００による探索処理手順例を示すフローチャートである。まず、探索装置１０００は、パラメータλの設定値をλ＝０とし（ステップＳ１１０１）、物質ＤＢ９００から第１の物質と第２の物質とを指定する（ステップＳ１１０２）。つぎに、探索装置１０００は、指定された第１の物質を構成する原子群と第２の物質を構成する原子群に応じたエネルギーの方程式を生成する（ステップＳ１１０３）。第１の物質が物質１０１、第２の物質が物質１０２とすると、上述した式（１）が生成されることになる。
【００５８】
つぎに、探索装置１０００は、特定部１０２３により、ポテンシャル極小領域特定処理を実行する（ステップＳ１１０４）。これにより、図３に示したようにポテンシャル極小領域Ｐが特定されることになる。そして、探索装置１０００は、第１の物質の重心を計算する（ステップＳ１１０５）。たとえば、図３に示したように、探索装置１０００は、物質１０１の重心Ｗを算出する。
【００５９】
このあと、探索装置１０００は、移動部１０２６により、ポテンシャル極小領域Ｐと重心Ｗとエネルギーの方程式Ｕ（λ）を用いて、第１の物質移動処理を実行する（ステップＳ１１０６）。これにより、図３および図４に示したように物質１０１が移動させられることになる。第１の物質移動処理（ステップＳ１１０６）の詳細については後述する。
【００６０】
また、探索装置１０００は、エネルギーの方程式Ｕ（λ）を用いて、第２の物質移動処理を実行する（ステップＳ１１０７）。これにより、物質１０２や溶媒内の原子α〜γが分子動力学にしたがって移動させられることになる。
【００６１】
このあと、探索装置１０００は、判定部１０２７により、第１の物質がポテンシャル極小領域から所定距離以内であるか否かを判定する（ステップＳ１１０８）。たとえば、図５に示したように、物質１０１の重心Ｗとポテンシャル極小領域Ｐとの距離が所定距離Ｒ１以内であるか否かを判定する。所定距離以内でない場合（ステップＳ１１０８：Ｎｏ）、第１の物質はまだ十分に近づいていないこととなり、探索装置１０００は、λの設定値を所定量Δλ増加させる（ステップＳ１１０９）。これにより、第１の物質と第２の物質との間の相互作用のエネルギーが増加する。
【００６２】
このあと、探索装置１０００はλ＞１であるか否かを判断し（ステップＳ１１１０）、λ＞１でない場合（ステップＳ１１１０：Ｎｏ）、探索装置１０００は、ステップＳ１１０９で更新されたλの設定値でエネルギーの方程式Ｕ（λ）を更新する（ステップＳ１１１１）。そして、ステップＳ１１０４に戻る。ステップＳ１１０４〜ステップＳ１１１１のループを繰り返し実行することで、物質１０１が徐々に物質１０２に接近することになる。
【００６３】
また、ステップＳ１１０８において、所定距離以内であると判定された場合（ステップＳ１１０８：Ｙｅｓ）、探索装置１０００は、判断部１０２１により、第１の物質と第２の物質とが結合したか否かを判断する（ステップＳ１１１２）。たとえば、図６に示したような場合は結合したと判断される。
【００６４】
結合されていないと判断された場合（ステップＳ１１１２：Ｎｏ）、探索装置１０００は、設定部１０２８により、ポテンシャル極小領域ｐを設定して（ステップＳ１１１３）、ステップＳ１１０５に戻る。これ以降は、ステップＳ１１０５〜ステップＳ１１０８：Ｙｅｓ、ステップＳ１１１２：Ｎｏ、ステップＳ１１１３のループを繰り返すことになる。したがって、ポテンシャル極小領域特定処理（ステップＳ１１０４）のような偏微分を実行する必要がなくなり、計算負荷の低減を図ることができ、探索処理の高速化を実現することができる。
【００６５】
また、ステップＳ１１１２において、図７に示したような重複が発生したことにより結合されていないと判断された場合（ステップＳ１１１２：Ｎｏ）、エラーであるとしてステップＳ１１１３に移行せずに探索を打ち切ることとしてもよい。
【００６６】
また、ステップＳ１１１２において、結合されたと判断された場合（ステップＳ１１１２：Ｙｅｓ）、第１の物質の位置座標と第２の物質の位置座標とを安定構造として記憶装置に保持する（ステップＳ１１１４）。なお、安定構造は、出力部１００３により、ディスプレイに出力したり、プリンタに印刷出力したり、外部装置に送信したりしてもよい。
【００６７】
（第１の物質移動処理）
図１２は、図１１に示した第１の物質移動処理（ステップＳ１１０６）の詳細な処理手順例を示すフローチャートである。まず、探索装置１０００は、第１の物質の重心からポテンシャル極小領域までの線分を特定する。（ステップＳ１２０１）たとえば、探索装置１０００は、図３に示した物質１０１の重心Ｗとポテンシャル極小領域Ｐとを結ぶ線分ＬPWを特定する。
【００６８】
つぎに、探索装置１０００は、第１の物質の原子ごとに当該原子に働く力Ｆを算出する（ステップＳ１２０２）。たとえば、探索装置１０００は、図３に示した原子Ａ〜Ｃに働く力ＦA〜ＦCを算出する。
【００６９】
そして、探索装置１０００は、力ＦごとにステップＳ１２０１で特定された線分に射影変換をおこなう（ステップＳ１２０３）。たとえば、探索装置１０００は、図３に示したように、線分ＬPWを各原子Ａ〜Ｃ上に平行移動し、原子Ａ〜Ｃごとに力ＦA〜ＦCを、平行移動した線分ＬPWに射影する。これにより、線分ＬPW方向の力ＦA〜ＦCの成分となるｆA〜ｆCが求められる。
【００７０】
このあと、探索装置１０００は、射影変換後の力の方向へ射影変換後の力分、第１の物質の各原子を移動させる（ステップＳ１２０４）。たとえば、図３において、原子Ａ〜Ｃは、射影変換後の力ｆA〜ｆCの終端位置（図３中、太矢印の先）に移動させられる。そして、探索装置１０００は、移動後の原子の位置座標を記憶装置に保存して（ステップＳ１２０５）、ステップＳ１１０７に移行する。このように、第１の物質の原子は、当該原子に働く力の方向に移動させられるのではなく、ポテンシャル極小領域に向かって移動させられる。したがって、探索装置１０００は、ポテンシャルの谷（ポテンシャル極小領域）に入り込むように接近することができる。
【００７１】
従来の安定構造探索においては、第１の物質と第２の物質とのエネルギー障壁を低くして計算する必要があるが、この場合、温度を上げるなどして全原子間の相互作用を弱くしていた。このように、全原子間の相互作用を弱くすると、第１の物質と第２の物質の構造が壊れてしまうため、本実施の形態では、全原子間の相互作用ではなく、第１の物質の原子と第２の物質の原子との間の相互作用のみ弱くして徐々に強くするようにした。これにより、物質の構造を壊さずに安定構造を探索することができる。
【００７２】
また、相互作用のエネルギーを増加させながら第２の物質が作り出すポテンシャル極小領域に向かうように第１の物質を移動させることにより、第１の物質はポテンシャルの谷を感じるようになる。これにより、エネルギー障壁を低くしたまま、物質の構造を壊さずに第１の物質をトラップすることができる。
【００７３】
また、λが更新される都度ポテンシャル極小領域の計算をおこなうと、偏微分による計算量が多くなる。したがって、計算量を削減したい場合は、所定距離以内に第１の物質が接近した場合には、ポテンシャル極小領域近傍の第２の物質の原子で代替的なポテンシャル極小領域を設定することで、計算負荷の低減化を図ることができる。
【００７４】
なお、計算量の削減が不要な場合は、通常どおりλが更新される都度、エネルギーの方程式Ｕ（λ）を偏微分することでポテンシャル極小領域Ｐを求めることとしてもよい。また、本実施の形態では、ポテンシャル極小領域を１つにして説明したが、ポテンシャル極小領域は複数個特定してもよい。たとえは、しきい値を設定しておき、ポテンシャルがしきい値以下となるものをすべてポテンシャル極小領域としてもよい。ポテンシャル極小領域が複数存在する場合は、ポテンシャル極小領域ごとに安定位置の探索をおこなえばよい。
【００７５】
なお、本実施の形態で説明した探索方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。探索プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また探索プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０１，１０２  物質
６００  ポケット
１０００  探索装置
１００１  記憶部
１００２  探索部
１００３  出力部
１０２１  判断部
１０２２  更新部
１０２３  特定部
１０２４  算出部
１０２５  変換部
１０２６  移動部
１０２７  判定部
１０２８  設定部
１０２９  制御部
９００  物質ＤＢ
Ｐ  ポテンシャル極小領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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