数学、物理、化学、生物、地理常用软件介绍

数学、物理、化学、生物、地理常用软件介绍

一数学：

1、数学软件：

（1）常见的通用数学软件包包括：Matlab和Mathematica和Maple，其中Matlab以数值计算见长，Mathematica和Maple以符号运算、公式推导见长

（2）专用数学包包括：

绘图软件类：MathCAD,Tecplot,IDL,Surfer,Origin,SmartDraw,DSP2000

数值计算类：Matcom,DataFit,S-Spline,Lindo,Lingo,O-Matrix,Scilab,Octave 数值计算库：linpack/lapack/BLAS/GERMS/IMSL/CXML

有限元计算类：ANSYS, MARC,PARSTRAN, FLUENT, FEMLAB,FlexPDE,Algor,COSMOS, ABAQUS,ADINA

数理统计类：GAUSS ,SPSS,SAS, Splus

学公式排版类：MathType,MikTeX,ScientificWorkplace,Scientific Nootbook

2、数学编程：

包括Fortran、C/C++、VB...MatLab、Maple、Mathematica、Femlab、......等编程,讨论各种算法,包括神经网络，模拟退火等，可以应用到计算数学，统计学等。

二、物理

1、物理软件：

1基本用途软件

(1)符号计算：

mathematica：这是唯一一个商业软件，下面有的程序依赖于它，而且由于Wolfram当年也是高能物理出身，因此个人觉得该软件的使用体验很好，也是我唯一动心购买正版的软件。

form：大规模处理符号表达式的利器，下面有的软件包依赖于它，适

宜用来做高圈多腿图的计算，但是用起来没有mathematica方便。maxima：这个是mathematica的免费替代品，但缺点是很多表达式没法像mathematica那样化简，不过好在提供源代码.

(2)数值计算：

gsl：C程序写的数值计算库，内容还比较全面，用来做数值计算很方便，文档比较详细且集中。

cernlib：CERN的数值计算库以及一系列附加的分析绘图工具（甚至包括了下面的一些程序包）。优点是功能强大，专门针对高能物理中的各种应用比较全面；不过个人觉得文档有些散。

scilab：这个是类似于matlab的通用型数值计算软件，简单易用，界面友好，不过因为通常都直接写c或者fortran程序做计算，因此用得较少，也没做过比较是不是会比自己写调用gsl啥的慢很多。octave：类似于scilab，目前我还没用过

(3)图形可视化：

root：CERN的一个解释型C语言编译器，功能强大，把C语言变成了类似于脚本语言，对做图比较方便。

gnuplot：绘图程序，功能也比较强，用起来也比较方便。metapost：TeXLive自带的绘图程序，功能还不错，就是用起来不是很方便。

asymptote：在metapost的基础上改进了一些，用起来比metapost 方便，不过个人觉得和metapost差不多。（可能我比较弱，无法掌握其精髓^_^）

(4)编辑写作：

texlive：aps推荐使用revtex4格式写paper，因此这个当然必不可少。

openoffice：有时候不得不用一下Office，可以用它来应急，不过和Office的兼容性确实不好。

2特殊用途：

(1).圈图计算

FeynArts：生成Feynman图和Feynman振幅的工具包，在mathematica 下使用，方便易学。

FormCalc：配合form（自带得有）和FeynArts对Feynman振幅（小于等于1圈水平）进行解析化简的工具包，在mathematica下使用。LoopTools：数值计算一圈动量积分的程序包，实际是用了ff包，但是比ff更加易用。但是处理红外发散是用的质量正规化。QCDLoop：也是计算一圈动量积分的程序包，也用了ff包，但是用维数正规化来处理红外发散。

FeynCalc：具有教学性质的Feynman图计算包，在mathematica中使用，可以对1圈水平的Feynman振幅及模方进行化简，也可进行两圈自能图的计算，给出的表达式和教科书比较接近。

mincer：利用form计算三圈无质量自能图的工具包。

matad：计算三圈真空图的工具包，其中可以有一个质量参数。但是由于和目前form版本不兼容，因此需要进行修改才能配合使用。

(2).数值模拟

madgraph：在树图水平给出Feynman图并进行计算的工具包，利用Helicity方法可计算多腿图，使用比较方便。

madevent：和madgraph配合进行数值积分和事例生成。comphep：一个简单易用的树图计算工具，可以生成Feynman图，给

出解析表达式，进行数值计算，并绘出图形。

calchep：功能和comphep差不多，只是由另外一个人维护。grace：在领头阶计算Feynman振幅的工具，目前正在扩展到次领头阶。也可以画Feynman图和生成事例。

pythia：强大的Monte Carlo模拟程序，可进行一系列计算，包括数值积分，parton shower，强子化和事例生成，似乎集成在cernlib 里了，不过目前正在推出新的c++版本。

herwig：类似于pythia，只是用的算法不尽相同。也在推出新的c++版本。

(3).粒子谱计算

FeynHiggs：计算SUSY中Higgs粒子质量谱和衰变宽度的软件包，考虑了两圈效应，方便易用，甚至可在mathematica中调用。SDecay：同样是计算SUSY中Higgs粒子质量谱和衰变宽度的软件包。SoftSUSY：计算SUSY粒子质量谱和衰变宽度的软件包。

suspect：也是计算SUSY粒子质量谱的软件包。

(4).其他

Cuba：进行多维数值积分的软件包。

LanHep：根据拉氏量推导Feynman规则的软件包，可配合comphep/calchep和FeynArts使用。

LHAPDF: PDF的集合，汇聚了很多的PDF，但是稍微更新慢一些。

3 实验物理研究中的国际上常用的软件：

在国外呆了几年，对国外实验物理研究组中常用的软件有了一定的了解，在此介绍给大家，希望我们中国至少在硬件上和国际上平齐，至于总的水平还相差很多年也不是一年两年能赶起来的。

1. Labview（数据采集和处理）

在实验物理中，很多时候需要做实验，测量各种信号。Labview 是国际上研究中使用最广泛的数据采集软件之一，主要优点是可以自由编程，非常灵活，而且价格不贵，使用的是图形编程语言，简单易学。配合NI的数据采集卡，几乎可以满足所有实验室的测量要求。

2. Latex（文字编辑）

写科研论文的利器，可以写出精美的科学论文和毕业论文，几乎是国外研究生的必备工具，而且是免费的。很多科学杂志都接受Latex 的格式的投稿，还有些杂志只接受这种格式。结合Winedt，在文字编辑方面几乎无往而不利，这个必须购买，好像付15刀就可以多用

户使用了。现在用的最多的是Miktex，可以在网上免费下载，属于Latex2e。而且加上必要的包，可以处理中文。

3. Origin（曲线）

虽然用数据画曲线有许多软件，但是个人认为还是Origin最好用，也比较简单，不用专门学，用几次就熟悉了。现在一些专门的仪器测量的结果都可以存为数据文件，用Origin可以重新做图，主要是可以做矢量图，不用担心放大缩小的问题。而且Labview测量的结果都可以用Origin进一步处理，实在是居家必备的科研软件。

4. Photoshop和Illustrator（图像处理）

这里图像处理的意思不是让你用这些软件把原始实验图片（如SEM 和TEM）修改成自己想要的图片，而是一些必须的处理。对于非矢量图片，可以用Photoshop修改尺寸，剪裁等等处理。Illustrator主要是做矢量图的。国外好的研究组要求所有的示意图必须是矢量图。而且在Illustrator中也可以对图片进行排版，存为eps格式，适合Latex调用。

5. Adobe Acrobat

这个就不用介绍了，几乎所有的科学杂志上的文章都是这种格式，不过光是reader并不好用，最好是个全版的，可以进行文字编辑，还可以在文章上直接做笔记。

6. Windows office

虽然有Latex，但是有的时候也需要office，主要是powerpoint。其实Latex也可以做，但是个人喜好不同，不要强行要求一致。个人还是喜欢用ppt，更直观一些。

7. POV-ray

这个估计知道的人不多，是一个免费的画三维示意图的软件，主要是免费的，而且功能不少，还可以做简单的动画。科研上说一张好的示意图抵得上十页文字，确实是有道理的。而且软件业很容易学，上手能很快。网上下载的地址很多，现在到版本了，好像也可以用了。先介绍这么多，还有一些是个人喜欢用的，就不说了。

高能物理中常用的软件包简介：

做了几年高能物理之后，深感工作中各种程序包的重要性。现将本人用过的一干程序包罗列如下，就当是一个小结。虽然谈不上对每个软件（包）都十分精通，然而抛砖引玉，欢迎各位补充。

2、物理编程：

三、化学

1 化学软件：

1 一些常用的能在PC机上使用的化学类软件

（1）化学结构式

有关化学结构式编辑的软件市面上非常之多，它们各有所长。既有商品的，亦有对教育界及家用免费的。其功能主要是描绘化合物的结构式、化学反应方程式、化工流程图、简单的实验装置图等化学常用的平面图形的绘制。常见的这类软件有：ChemDraw, ChemWindow, ISIS Draw, ChemSketch等。前两个为商业软件，有关它们的资料可以查阅各自的网站和，最新版本分别为和。后两个对教育界及家用为免费软件，可以在它们各自的网站和上下载，最新版本分别为和。ChemDraw为当前最常用的结构式编辑软件，除了以上所述的一般功能外，其ultra版本还可以预测分子的常见物理化学性质如：熔点、生成热等；对结构按IUPAC原则命名；预测质子及碳13化学位移等。ChemWindow的一个最突出的特点是与光谱的结合，它的Spectroscopy 版本包括了一个约五万张13C NMR 的数据库(达250兆)，因而其预测更加精确；除了根据化合物的结构预测13C NMR化学位移外，还能预测红外图谱、质谱等，更可以读入标准格式的NMR、IR、Raman、UV及色谱图。

这些程序虽然可以画出非常好的二维化学结构，但除了ChemSketch

外，要表现出三维的化学结构则十分困难，必须依赖于一些专门的3D软件来实现。

（2）三维结构

比较有名的化学三维结构显示与描绘软件有：Chem3D, WebLab Viewer Pro, RasWin, ChemBuilder 3D, ChemSite等，它们都能够以线图(wire frame), 球棍(ball and stick), CPK及丝带(ribbon)等模式显示化合物的三维结构。其中的RasWin和WebLab Viewer的Lite版只能显示而无法编辑三维分子模型，为免费软件，RasWin可以在几乎所有的化学软件站点找到，WebLab Viewer的下载地址为。

Chem3D同ChemDraw一样，是ChemOffice的组成部分，它能很好地同ChemDraw一起协同工作，ChemDraw上画出的二维结构式可以正确地自动转换为三维结构。它的ultra版本还包括了一个很好的半经验量子化学计算程序MOPAC 97，并能与著名的从头计算程序Gaussian98连接，作为它的输入、输出界面。能够以三维的方式显示量子化学计算结果，如：分子轨道、电荷密度分布等。

WebLab Viewer的pro版本表现生物分子和晶体结构的能力比较强。

（3）数据处理

化学中的数据处理多种多样，对不同的数据处理要求宜采用不同的软件完成。通用型的软件如：Origin, SigmaPlot等可以根据需要对实验数据进行数学处理、统计分析、付立叶变换、t-试验、线性及非线性拟合；绘制二维及三维图形如：散点图、条形图、折线图、饼图、面积图、曲面图、等高线图等。Origin的最新版本为，其演示版可以从下载，SigmaPlot的最新版本为2000, 其评估版可以从下载。

由Origin生成的二维及三维图形：

核磁数据处理软件：

有：NUTS、MestRe-C、Gifa等，NUTS可以处理一维及二维核磁数据，其功能包括付立叶变换、相位校正、差谱、模拟谱、匀场练习等几乎所有核磁仪器操作软件的功能，安装程序不大(3M), 价格为一千美元，其演示版可以在下载；MestRe-C为处理一维核磁数据的免费软件，功能完善。其最新版本为，有兴趣者可以在处查看有关信息即下载；Gifa可以处理一至三维核磁数据，为运行在LINUX操作系统中X-Window上的免费软件，有关信息可查看。

由Nuts生成的一维及二维NMR图谱：

色谱及红外、Raman等实验数据的处理可以使用GRAMS/32, 有关信息可查阅该公司的网页 , 亦可索取免费的trial CDROM.

（4）文献管理

在收集参考文献过程中，文献管理程序可以帮助你整理、排列所收集的内容；撰写研究论文的过程中，这类程序允许你直接在文字处理过程中插入参考文献，并按要求自动生成规定格式的参考文献列表。这类程序中有代表性的有：EndNote 4, Reference Manager和ProCite 等，它们都能对文献进行整理，能在文字处理程序中直接插入参考文献并生成一定杂志规定格式的参考文献列表。所不同的是EndNote 4对中文版的文字处理程序如Word的兼容性有问题，导致Word不能正常启动。其它两个程序则无此类烦恼。有关程序的演示版或测试版可以在 (EndNote)和 (Reference Manager , ProCite 找到。

（5）图谱解析

解析有机化合物的红外、核磁及质谱有时是一件非常困难的工作，特别是复杂化合物的图谱解析更是这样。

核磁图谱的解析可以先利用ChemNMR, C13 Module for ChemWindow,

gNMR等软件对目标化合物的化学位移进行估算或作出模拟谱，用以协助对该化合物图谱的指认。ChemNMR为ChemDraw Ultra版本的一个插件，可以用来估算大多数有机物的1H、13C化学位移及用线图表示的相应图谱，C13 Module for ChemWindow为ChemWindow的一个插件，可以用来估算大多数有机物的13C化学位移，gNMR则可用来估算任何NMR活性核的化学位移，并能画出非常逼真的图谱，该软件包所带的几个工具(gSPG, gCVT)亦可用来处理一维核磁图谱数据，并能与模拟谱进行比较，有关该程序的信息及演示版可以查阅，二维核磁的解析可以使用Sparky程序，特别是对复杂2D NMR的解析非常有用。IR Mentor Pro，及IR SearchMaster为专门用来辅助红外图谱解析的工具，它们能对给定的红外图谱数据自动分析与处理，或对给定的振动谱带给出可能存在的功能团，有关的演示版可以在Simulator为质谱模拟程序，其有关信息可以查阅以下网址 .此外，在ChemWindow Spectroscopy版本中也有丰富的质谱分析辅助工具。

（6）计算机辅助教学

利用计算机动画、多媒体等功能协助学习一些比较抽象是一种非常有用的工具。这类的软件市面上非常多，不胜枚举。这里只介绍两个有关有机合成路线设计和有机化合物命名的工具。

CHAOS程序的出现比较早，是随一本《Organic Chemistry in Action》书一起上市的，这个短小精悍的程序可以使用“逆序法”自动寻找目标物的合成原料，非常好用。

前面已经介绍了ChemDraw的ultra版本包括了有机物的IUPAC命名功能，那是因为其中包括了一个Beilstein公司的AutoNom 命名软件；实际上，今年该公司推出了AutoNom 版，其功能更强大，除了给出IUPAC名称外，还给出CAS名称，更增加了对立体化学的支持。该软件的演示版可以在站点下载。

（7）量子化学计算

量子化学对分子结构与性质的解释与预测是任何其它工具所不能替代的。但对大部分的化学工作者来说，不可能、也没有必要去弄清楚量子化学计算的每一个细节，我们关心的只是其结果。与分子结构和性质的计算有关的程序逐渐成为化学研究中一个必不可少的工具：WinMOPAC为著名的半经验分子轨道(AM1, PM3, MINDO, MNDO/3等)计算程序MOPAC的商业版本，同共享版相比，界面更友好，方法更多。计算出的分子轨道及电荷密度等可以用三维图形表示出来。最新版本的2000。有关信息可查阅站点。

PC Spartan为WaveFunction公司的产品，分为标准版、Plus版及Pro版，功能依次增加，其计算方法包括：MM2, AM1, AM1 with Solvent,

PM3, 从头计算等，亦可将分子轨道及电荷密度等用三维图形表示。有关信息请查阅站点; 此外，该公司还有一个Titan程序，在本文的后面有所介绍。

HyperChem等功能比PC Spartan更强，包括常用的几乎所有分子力学及半经验分子轨道方法及多种基集的从头计算等，并能计算振动光谱、电子光谱、分子动态学等，所得结果可以非常漂亮的三维图形表示出来。其网站在可以下载测试版。

Gamess为一免费的从头计算程序，其速度快，并提供源程序。但其界面为DOS界面，必须用手工输入分子结构及计算相关的命令，比较繁琐。有关信息可查阅。另外，有一个专门为Gamess设计的用户界面Visualize，使得结构与命令的输入更简单，计算的结果可以三维图形方式表现出来。该软件亦为免费程序，可以在上下载。Gaussian在量子化学界非常有名，支持常用半经验方法、从头计算法及密度泛函理论，其用户界面不够友好。但可以在Chem3D加入CS Gaussian Client插件后简化用户的操作。其站点在。

Jaguar为Schrodinger公司给使用工作站(如SGI, HP, DEC)及LINUX 操作系统的PC所设计的从头计算及密度泛函计算程序，其速度特快，用户界面一般。其站点为。

Titan为设计PC Spartan的WaveFunction公司与设计Jaguar的Schrodinger公司合作的结晶，该产品支持半经验方法、从头计算法

及密度泛函计算，用户界面友好。但功能相对较薄弱。

另外，由原Oxford Molecular Ltd开发，现被日本的Fujitsu公司收购的CAChe程序时专为实验化学家所设计，使用简单的量子化学程序，功能强大。但价格相对较贵。

（8）其他

1、化学实验仿真软件Model ChemLab

常用功能：绘制化学实验仪器，还可以给仪器添加水、标签等。2、化学结构式绘制软件ChemDraw

说明：ChemDraw是ChemOffice的组件之一。

主要功能：绘制化学结构式。

3、化学结构式和反应式绘制软件ISIS/Draw

主要功能：化学分子结构式和反应式绘制。

4、专业绘制化学结构式软件ACD/ChemSketch

基本功能：绘制最基本的化学结构式，推算其宏观特性、化学反应图表、DNA双螺旋、电子轨道，绘制化学反应实验装置、实验室警告标志、与化学相关内容的海报、投影。

5、数据分析、工程绘图的软件Microcal Origin

主要功能：数据分析、工程绘图。

6、化学软件：

计算化学类：Gaussian98,Spartan,ADF2000,ChemOffice

CoCoA、Singular、Macaulay等是处理交换代数和代数几何问题的NCSS, ,

1.红外光谱分析软件OPUS

分析软件Mestrec

3.分子式软件chemwin 可以写方程式chemoffice(可以写方程式，预测1H or 13C NMR 铺图)chemsketch((可以写方程式，预测1H or 13C NMR 铺图,3D等功能)

4.实验过程，装置软件GlassyChemistry

普图数据库(sorry,应该归纳到数据库中，单方这里也无

妨)PDFWIN6。

一些辅助软件chemcialelementschemical handbook7.其他的如origin, word等就不说了。

2、化学编程：

四、生物

1生物软件

(1)三维分子类

RASMOL：观看生物分子3D微观立体结构

RasTop：为RasMol 2.7.1的图形用户界面软件

CHIME：直接在浏览器中观看3D分子

MolMol：将pdb等格式的蛋白文件通过微调，存成普通的图形文件：rasmol(win)2.7.0.1 rasmol新版本及汉化版本

CrystInfo：用来快速、容易地构建、观察与检查晶体3D结构

PDViewer：PDB格式文件的查看程序

Weblab Viewlite：三维分子浏览工具及大量分子文件例子Weblab ViewerPro：三维分子浏览工具

ICMLite：三维分子浏览工具，有一些其他软件没有的功能VMD：三维分子浏览工具，可以进行动态显示

CN3D：3D分子结构观察软件

WPDB：PDB文件检索显示分析软件

DTMM：三维分子模型显示、编辑与构建程序

Mole：高性能的大分子三维图形显示计算工具gopenmol：显示并分析分子结构及其特性

POV-Rayv：生成三维图像工具软件

MolPOV：将PDB文件转化为POV格式文件的软件

Mol2Mol：分子文件格式转换软件

PovChem：将PDB文件转化为POV格式的文件

Ortep-3 for Windows：生成分子的热椭圆形点图