第1章环境准备与第一个 Gaussian 计算（Getting Started with Gaussian 16 and GaussView 6）¶

本章从零开始讲 Gaussian 16 量子化学计算：Linux 服务器与 Windows（G16W）上的安装与环境变量（g16root、GAUSS_SCRDIR），GaussView 6 建模和生成 gjf 输入文件，再完成第一个水分子 HF 单点能和 B3LYP 几何优化。读完本章，你能判断一个 Gaussian 作业是否正常结束（Normal termination / Error termination），读懂 log 输出里最重要的几个段落，也知道 .gjf、.log、.chk、.fchk、.cub 各是什么文件。

1. 本章目标与适用场景¶

你将学会	对应小节
区分 Gaussian 16 的各个修订版（A.03/B.01/C.01/C.02）以及 Windows 版与 Linux 版	§2
在 Linux 上配置 `g16root`、`g16.profile`、`GAUSS_SCRDIR`，并检查安装是否可用	§4
用命令行运行 Gaussian（`g16 < job.gjf > job.log`），或在 Windows 上用 G16W/GaussView 提交	§5
用 GaussView 6 画分子、Clean、Symmetrize、设置计算并导出 gjf	§6
运行第一个单点能和第一个几何优化	§7、§10
判断作业是否成功，失败时定位出错的 Link	§8
读懂 log 中的 Input/Standard orientation、SCF Done、Mulliken 电荷、偶极矩、archive 段	§9
认识 Gaussian 的各种文件类型，避开 CRLF 换行符和中文路径这类常见坑	§11、§12

适用读者：第一次接触 Gaussian 的本科生和研究生，或者从 VASP/CP2K 等周期性程序转过来做分子计算的读者。Linux 命令行基础（cd、ls、vi/nano、ssh、scp）请先看第1章计算环境搭建，集群作业调度见第2章 HPC 作业调度。

Note

Gaussian 是商业软件，需要所在单位购买许可证（站点许可或课题组许可）。本教程不提供任何安装包，只讲已获得合法授权后怎么配置和使用。

2. Gaussian 16 与 GaussView 6 概览¶

2.1 版本沿革¶

到 2026 年 11 月，Gaussian 的最新版本仍是 Gaussian 16 Rev. C.02，官方没有发布更新的大版本。各修订版要点如下：

修订版	主要变化（摘自官方 Release Notes）	对日常使用的影响
A.03	G16 首个广泛发布版本；相对 G09，默认积分格点改为 UltraFine，积分精度改为 $10^{-12}$，SCRF 默认改为对称形式 IEFPCM，物理常数改用 2010 版，默认 `%Mem` 改为 800 MB	与 G09 结果比较时会有小差别
B.01	新泛函 M08HX、MN15、MN15L、PW6B95、PW6B95D3；双杂化 DSDPBEP86、PBE0DH、PBEQIDH；PM7；`Pop=DCT`；`Geom=GIC`；TD 态 `Freq=Raman`；`Opt=Recalc`；Link 0 命令有了等价的命令行选项和环境变量；支持 P100 GPU	第3章、第10章会用到这些新功能
C.01（2019）	支持 NBO 7（`Pop=NBO7` 等）；`Pop=(MK,Resp=N)`；`Pop=SaveCM5/SaveHirshfeld`；工具程序支持 `-m` 内存参数（如 `formchk -m=1gb`）；`Opt=NGoUp/NGoDown/MaxEStep`；chk 文件带版本号；Linda 9.2；V100 GPU	目前最常见的版本
C.02	功能与 C.01 相同，增加 NVIDIA A100 GPU 支持，并改用 NVIDIA SDK 21.3 编译器构建	有 A100 才需要特意升级

查看自己用的是哪个修订版：每个 log 文件开头都会打印版本信息，例如：

 ******************************************
 Gaussian 16:  ES64L-G16RevC.01  3-Jul-2019
                10-Nov-2026
 ******************************************

（示意输出，日期与平台字段仅供参考）ES64L 表示 x86-64 Linux 版本，G16RevC.01 就是修订版号。发表文章时，引用格式中的 Revision 要与这里一致。

# Linux: show the revision used by an existing log file
grep -m1 "Gaussian 16:" job.log

2.2 Windows 版（G16W）与 Linux 版的区别¶

项目	Gaussian 16W（Windows）	Gaussian 16（Linux/Unix）
典型使用场景	个人电脑、教学、小分子	服务器、超算集群、生产计算
提交方式	G16W 图形界面（File → Open 打开 gjf 后运行），或在 GaussView 中直接 Submit	命令行 `g16`，配合 Slurm/PBS 等调度系统
输出扩展名	通常为 `.out`	通常为 `.log`
并行	单机共享内存并行	共享内存并行；另购 Linda 可跨节点；Linux 下支持 NVIDIA GPU
常见坑	路径含中文/空格、杀毒软件拦截、`%mem` 超过可用物理内存	没有 source `g16.profile`、scratch 目录不存在或空间不足
输入/输出格式	与 Linux 版完全相同，gjf 可以互相拷贝	同左

Tip

一个常见的高效组合是：Windows 上用 GaussView 建模、检查结构和看结果，计算放到 Linux 服务器上跑。两边的 .gjf 和 .log 通用，二进制 .chk 不通用，跨平台要先转成 .fchk（见 §11）。

2.3 GaussView 6¶

GaussView 是 Gaussian 官方的图形界面，目前版本为 GaussView 6（最新的小版本是 6.1.1）。它的三类用途：

建模：画分子、调键长键角、Clean 预优化、对称化、定义片段（Fragment）、设置 ONIOM 分层和冻结原子。
生成输入并提交：Calculate → Gaussian Calculation Setup 填写各个标签页后，保存 gjf 或直接提交。
结果可视化：打开 .log/.out/.fchk，查看优化轨迹、能量曲线、振动动画、IR/Raman/UV-Vis/NMR 谱、分子轨道、静电势面、扫描与 IRC 曲线。

GaussView 也要单独授权。不想用 GaussView 时，可以用免费工具替代：Avogadro 2（建模、导出 Gaussian 输入）、Multiwfn + VMD（波函数分析和作图，见第16章），以及 IQmol、Chemcraft 等。

3. 原理速览：Gaussian 是怎么"跑"一个作业的¶

3.1 一次计算求的是什么¶

对一个固定的分子构型（核坐标 $\{\mathbf{R}_A\}$），Gaussian 求解电子的 Hartree–Fock 方程或 Kohn–Sham 方程，得到总能量 $E(\{\mathbf{R}_A\})$，单位是 Hartree（$E_h$）：

\[ E_{\text{tot}} = E_{\text{elec}} + V_{NN},\qquad V_{NN}=\sum_{A<B}\frac{Z_A Z_B}{R_{AB}} \]

分子轨道 $\psi_i$ 展开为原子中心高斯函数（基组）$\chi_\mu$ 的线性组合：$\psi_i=\sum_\mu C_{\mu i}\chi_\mu$。迭代求解系数 $C$，直到能量和密度自洽，这一步叫 SCF。几何优化在此基础上求能量对坐标的梯度，并移动原子去找能量极小点；频率计算再求二阶导数（Hessian）。方法和基组怎么选见第3章。

常用能量换算（2010 CODATA，即 G16 使用的常数）：

1 Hartree 等于	数值
kcal/mol	627.5095
kJ/mol	2625.500
eV	27.21138

3.2 Link（链接程序）结构¶

Gaussian 由许多独立的可执行程序组成，叫做 Link，文件名是 lNNN.exe。route 行决定按什么顺序调用哪些 Link。出错时日志末尾会写 Error termination via Lnk1e in .../l502.exe，告诉你是哪个 Link 出的错。熟悉几个常见 Link 的分工，看报错会快很多：

Link	主要职责	常见报错举例
L0（`g16` 本身）	读取 `%` 开头的 Link 0 命令，启动后续 Link	找不到 l1.exe（环境变量没设好）
L1	解析 route 行，生成内部"非标准 route"	`QPErr --- A syntax error was detected in the input line.`
L101	读取 title、电荷/多重度、分子坐标	`End of file in ZSymb.`
L103	Berny 几何优化器	`FormBX had a problem`、`Linear angle in Bend`
L202	坐标重定向、对称性识别、距离矩阵	`Small interatomic distances encountered`
L301	构建基组、ECP，检查电荷与多重度，设置色散参数	多重度与电子数不匹配、`Atomic number out of range for ... basis set`
L401	产生初猜轨道	读取 chk 失败
L502	SCF 迭代	`Convergence failure -- run terminated.`
L601	布居分析（Mulliken、偶极矩等）	—
L9999	写 archive 段、结束作业	优化步数超限 `Number of steps exceeded` 在这里报出

完整报错大全见第18章。

4. Linux 安装与环境配置¶

4.1 安装（管理员或个人目录安装）¶

官方发布的二进制包是 *.tbJ 文件（xz 压缩的 tar 包）。g16root 指向包含 g16 目录的那一层，不是 g16 目录本身。例如程序装在 /opt/g16/，则 g16root=/opt。

# 1) choose an install prefix; g16root is the PARENT of the g16 directory
export g16root=$HOME/soft          # e.g. installs into $HOME/soft/g16
mkdir -p $g16root && cd $g16root

# 2) unpack the distribution (file name differs by platform/revision)
tar xvJf /path/to/G16-C02-xxxx.tbJ

# 3) restrict permissions (Gaussian license requires that only licensed
#    users can run it); use your own group name instead of 'g16users'
chgrp -R g16users g16      # skip if you install only for yourself
chmod -R o-rwx g16

# 4) run the install script shipped with the binary
cd g16
./bsd/install

Warning

不要先在 Windows 上解压 .tbJ 再传到 Linux。Windows 解压会丢掉可执行权限和符号链接，安装后会出现各种 "Permission denied" 或找不到文件的错误。直接把 .tbJ 原样传到 Linux 再解压。

4.2 环境变量¶

把下面几行加到 ~/.bashrc（csh/tcsh 用户改用 setenv 并 source $g16root/g16/bsd/g16.login）：

# ---- Gaussian 16 ----
export g16root=$HOME/soft                  # directory that CONTAINS g16/
export GAUSS_SCRDIR=/scratch/$USER/g16scr  # large, fast, local disk
mkdir -p "$GAUSS_SCRDIR"
source $g16root/g16/bsd/g16.profile        # sets GAUSS_EXEDIR, PATH, etc.

变量	由谁设置	作用
`g16root`	用户	Gaussian 安装位置（`g16` 目录的上一级）
`GAUSS_SCRDIR`	用户	临时文件（`Gau-12345.rwf` 等）存放目录；不设时用当前工作目录
`GAUSS_EXEDIR`	`g16.profile`	各个 `lNNN.exe` 所在目录，默认包含 `$g16root/g16`
`G16BASIS`	`g16.profile`	内置基组文件（.gbs）目录，配合 `@` 包含文件使用（第3章）
`GAUSS_MDEF`、`GAUSS_CDEF`	用户（可选）	默认内存、默认 CPU 列表，相当于每个作业都写了 `%Mem`、`%CPU`

GAUSS_SCRDIR 的要求：

目录必须事先存在，否则作业一启动就失败。
空间要足够。MP2、双杂化、大体系频率计算的 .rwf 可能有几十 GB。
尽量用计算节点本地盘（/scratch、/tmp、/local），不要用网络共享的 home 目录，否则 I/O 会拖慢计算。
作业被 kill 或异常退出时，scratch 里的 Gau-* 文件不会自动删除，要定期清理：

ls -lh $GAUSS_SCRDIR
du -sh $GAUSS_SCRDIR
# delete leftover scratch files older than 3 days (make sure no job is running!)
find $GAUSS_SCRDIR -name 'Gau-*' -mtime +3 -delete

集群上的推荐做法是每个作业建一个独立的 scratch 子目录，作业结束时自动清理，模板见第17章。

4.3 验证安装¶

source ~/.bashrc
which g16                 # should print $g16root/g16/g16
echo $GAUSS_EXEDIR        # should contain $g16root/g16
ls $g16root/g16/l1.exe    # the first link must exist
df -h $GAUSS_SCRDIR       # free space of the scratch disk
testrt "#p B3LYP/6-31G(d) Opt Freq"   # route syntax checker; prints the internal route

testrt 是 Gaussian 自带的 route 语法检查工具。route 合法时它打印对应的"非标准 route"（1/18=20,...; 这类数字行），有语法错误时打印 QPErr 和出错位置。在作业提交前用它检查 route 行是个好习惯。

Note

命令行选项与环境变量是 B.01 引入的：g16 -m=8GB -c="0-7" job.gjf 等价于在输入里写 %Mem=8GB 和 %CPU=0-7，环境变量 GAUSS_MDEF、GAUSS_CDEF 的作用也一样。优先级从高到低：输入文件中的 Link 0 行 > 命令行选项 > 环境变量 > Default.Route 文件。%NProcShared 对应的 -p/GAUSS_PDEF 已被官方标为过时（deprecated），推荐改用 -c/GAUSS_CDEF。细节见第2章和第17章。

4.4 Windows（G16W）安装注意事项¶

安装路径和工作目录都不要包含中文或空格，例如用 D:\G16W 和 D:\calc\h2o，不要用 C:\Program Files\ 或 桌面\新建文件夹。路径问题是 Windows 下出现 "Link 1 not found" 或 Severe Error Message #2070 等无法启动错误的头号原因。
杀毒软件（包括系统自带的 Defender）可能隔离 l*.exe，必要时把 G16W 目录加入白名单。
在 G16W 的设置（Preferences）里设置 scratch 目录，同样不要有中文和空格。
%mem 不要超过物理内存的一半到 2/3，Windows 下内存申请过大同样会导致启动失败。

4.5 WSL 的情况¶

在 Windows 10/11 的 WSL2 Ubuntu 中，可以按 §4.1–4.3 安装 Linux 版 Gaussian，前提是你的许可证允许在该机器上使用 Linux 版。WSL 的配置见第1章计算环境搭建。建议把计算目录放在 WSL 自己的文件系统（如 ~/calc）里，不要放在 /mnt/c/... 下，后者 I/O 很慢。

5. 运行 Gaussian 的几种方式¶

5.1 Linux 命令行¶

# style 1: redirect stdin/stdout (works with any file name/extension)
g16 < h2o_hf_sp.gjf > h2o_hf_sp.log

# style 2: give the job name; reads h2o_hf_sp.gjf, writes h2o_hf_sp.log
g16 h2o_hf_sp.gjf

# run in background and keep it alive after you log out
nohup g16 < h2o_b3lyp_opt.gjf > h2o_b3lyp_opt.log 2>&1 &

# override memory/cores from the command line (B.01+)
g16 -m=4GB -c="0-3" < h2o_b3lyp_opt.gjf > h2o_b3lyp_opt.log

# follow the output while it runs
tail -f h2o_b3lyp_opt.log

两种写法的区别：g16 job.gjf 会自动把输出命名为 job.log；重定向写法可以随意指定输出名。两种都要在输入文件所在目录下执行，因为 %chk=xxx.chk 这类相对路径以当前目录为基准。

Important

共享登录节点（login node）上只能跑几秒钟的小测试。正式计算必须通过 Slurm/PBS 提交到计算节点，否则会影响其他用户，也可能被管理员终止。本章示例目录里提供了最小的 Slurm 脚本，完整模板见第17章。

5.2 Windows¶

G16W 界面：File → Open 选择 .gjf，确认输出文件名后点 Run；进度会显示在窗口里。
GaussView：Calculate → Gaussian Calculation Setup 设置好后点 Submit，GaussView 会先让你保存 .gjf，再调用 G16W 运行。运行结束后可以直接打开结果。

5.3 本教程配套脚本¶

示例目录 01-first-job-h2o 里的 run_g16_local.sh：在本机依次运行若干 gjf，并检查每个作业是否 Normal termination。
仓库脚本 g16_log_summary.py：批量汇总 log 的结束状态、最终能量、虚频数等，用 python ../scripts/g16_log_summary.py -h 查看用法。
仓库脚本 sub_g16.sh：集群提交封装（第17章详细介绍）。

6. GaussView 6 建模实战¶

下面以乙醇为例（水分子太简单，体现不出 Clean 和对称化的作用）。

6.1 画分子¶

打开 GaussView，主窗口叫 Builder，空白的分子窗口会自动打开。
点工具栏的 Element Fragment（元素周期表图标），选 C，再在下方选 sp3 碳的片段（带 4 个 H 的甲烷样式）。
在分子窗口空白处单击，放下第一个 CH4。再在其中一个 H 上单击，就会用一个新的 CH3 替换这个 H，得到乙烷。
切换元素为 O（选带 2 个价位的 O 片段），单击乙烷的一个 H，替换成 OH，得到乙醇。
也可以用 Ring Fragment（苯环等）和 R-Group Fragment（官能团）快速搭建复杂分子。
用 Modify Bond / Angle / Dihedral 手动调整几何参数，用 Inquire 查看距离和角度。

Tip

环较多或较复杂的分子，可以先在 ChemDraw 或在线工具里画好，导出 .mol/.sdf 再用 GaussView 打开；也可以从 PubChem 下载 3D SDF。数据库下载与格式转换见第3章结构准备。

6.2 Clean 与对称化¶

Edit → Clean：用简单的力场规则快速整理几何（键长、键角归一化）。手画的结构一定要 Clean 一次，否则初始结构太差，优化会走很多步，甚至失败。Clean 不是量子化学优化，只是让初始结构"像样"。
Edit → Symmetrize（或 Edit → Point Group 打开点群对话框）：识别并强制分子的点群对称性。乙醇在 Clean 后通常接近 Cs 对称。

对称化要注意两点：

Gaussian 的几何优化保持初始结构的点群。如果把一个实际上不对称的分子强行对称化，优化可能停在高对称的鞍点上。所以 Opt 后一定要做频率计算，确认没有虚频（第6章）。
对称性能节省计算量。小分子有明显对称性（H2O 是 C2v，苯是 D6h）时对称化是好事；对称性只是"近似"时，不要用过大的容差硬凑。

6.3 Calculate → Gaussian Calculation Setup 各标签页¶

标签页	作用	第一次使用时的建议
Job Type	任务类型：Energy（单点）、Optimization、Frequency、Opt+Freq、IRC、Scan、NMR、Stability 等，以及相应子选项（如优化到 Minimum 还是 TS）	选 Optimization 或 Opt+Freq
Method	Ground State / Excited State；方法（HF、DFT 及泛函、MP2 等）；基组下拉组合；电荷与自旋多重度；Restricted/Unrestricted；底部的 Additional Keywords 可以填任意额外关键词	先选 DFT / B3LYP / 6-31G(d)，在 Additional Keywords 里加 `EmpiricalDispersion=GD3BJ`
Title	标题行（不参与计算，只出现在输出里）	写清体系与目的
Link 0	内存（%mem）、共享处理器数（%nprocshared）、检查点文件名（%chk）；GaussView 6 新增 OldChk 字段	务必勾选保存 chk，并按机器实际情况填内存和核数
General	常用通用选项：是否写连接表、Counterpoise、写片段信息、忽略对称性等	一般保持默认
Guess	初猜方法（Default、Huckel、Read 等），Use fragments 对应 `Guess=Fragment`	默认即可
NBO	选择 NBO 分析类型	第12章再用
PBC	周期性边界条件（Gaussian 的 PBC 功能）	分子计算不用
Solvation	隐式溶剂模型（PCM/SMD）与溶剂选择	第9章再用
Add. Inp.	坐标之后的附加输入段（如 Gen 基组、ModRedundant 等）	第3章、第5章会用到
Preview	预览将要写出的完整输入文件	保存前一定要看一眼

GaussView 6 还可以基于已有 chk 设置后续作业，例如从 chk 读结构、读初猜、读力常数。对应关键词 Geom=Check、Guess=Read、Opt=ReadFC，第2章会讲它们的文本写法。

6.4 保存 gjf¶

在 Calculation Setup 中设置好以后，用 File → Save 保存，文件类型选 Gaussian Input Files (.gjf .com)。也可以直接点 Submit，GaussView 会先提示保存。保存时注意：

勾选保存对话框中的 Write Cartesians，坐标会写成笛卡尔坐标，更直观，也便于脚本处理。
GaussView 默认在 route 中加 Geom=Connectivity，并在坐标后写一段连接表（每行是原子编号加成键原子与键级）。这段对普通 DFT 计算没有用，但删的时候必须连同 route 里的 Geom=Connectivity 一起删，否则会读错（详见第2章）。
文件名和路径只用英文、数字、下划线和短横线。

GaussView 导出的乙醇输入大致如下（坐标仅示意）：

%nprocshared=4
%mem=4GB
%chk=ethanol.chk
# opt freq b3lyp/6-31g(d) empiricaldispersion=gd3bj geom=connectivity

Title Card Required

0 1
 C                 -0.97710000    0.44017000    0.00000000
 C                  0.54056000    0.39978000    0.00000000
 ...

 1 2 1.0 4 1.0 5 1.0 6 1.0
 2 3 1.0 7 1.0 8 1.0
 ...

Tip

GaussView 的默认标题是 "Title Card Required"，请改成有意义的描述（例如 ethanol opt freq, gas phase），以后翻几百个 log 时会感谢自己。

6.5 用 GaussView 看结果¶

打开 .log 或 .fchk 后，Results 菜单里有：

菜单项	用途
Summary	方法、基组、能量、偶极矩、点群等汇总
Charge Distribution	原子电荷着色显示
Optimization	优化过程中能量和梯度随步数的曲线，可以播放结构变化
Vibrations	频率列表、振动动画、IR/Raman 谱
Surfaces/Contours	分子轨道、电子密度、静电势面（需要 chk/fchk）
Scan、IRC/Path	扫描和 IRC 的能量曲线
UV-VIS、NMR	激发态和 NMR 结果

7. 第一个计算：水分子 HF/6-31G(d) 单点能¶

7.1 输入文件¶

文件 h2o_hf_sp.gjf：

%chk=h2o_hf_sp.chk
%mem=1GB
%nprocshared=2
#p HF/6-31G(d) SP

water single point, my first Gaussian job

0 1
O     0.000000    0.000000    0.119262
H     0.000000    0.763239   -0.477047
H     0.000000   -0.763239   -0.477047

逐行解释：

行	内容	说明
1	`%chk=h2o_hf_sp.chk`	Link 0 命令：保存二进制检查点文件，用于后续读取结构和波函数、作图
2	`%mem=1GB`	最多使用 1 GB 内存（G16 默认 800 MB）；单位直接跟在数字后面，不加空格
3	`%nprocshared=2`	使用 2 个 CPU 核做共享内存并行
4	`#p HF/6-31G(d) SP`	route 行：`#p` 表示输出更详细，方法/基组为 HF/6-31G(d)，任务类型 SP（单点，也是默认任务，可省略）
5	（空行）	route 段以空行结束
6	`water single point, ...`	title 段，最多 5 行，只做注释
7	（空行）	title 段以空行结束
8	`0 1`	电荷 0，自旋多重度 1（单重态）
9–11	元素 + x y z	笛卡尔坐标，单位 Å（初始结构来自 G2 数据集的几何）
12	（空行）	分子坐标段以空行结束；文件最后必须有空行

Warning

漏掉最后的空行是新手最常见的错误，结果是 L101 报 End of file in ZSymb.。养成习惯：每个 gjf 的末尾至少留一个空行。

7.2 运行¶

cd Gaussian/examples/01-first-job-h2o
g16 < h2o_hf_sp.gjf > h2o_hf_sp.log
# or: bash run_g16_local.sh h2o_hf_sp.gjf

这个作业在普通笔记本上只需一两秒。

7.3 检查结果¶

tail -n 3 h2o_hf_sp.log                 # last lines: Normal termination?
grep "SCF Done" h2o_hf_sp.log           # final SCF energy (Hartree)
grep -A4 "Mulliken charges:" h2o_hf_sp.log
grep -A1 "Dipole moment" h2o_hf_sp.log

（示意输出，数值仅供参考）

 SCF Done:  E(RHF) =  -76.0107465     A.U. after    9 cycles
 Mulliken charges:
               1
     1  O   -0.866
     2  H    0.433
     3  H    0.433
 Dipole moment (field-independent basis, Debye):
    X=              0.0000    Y=              0.0000    Z=             -2.1990  Tot=              2.1990

能量约 −76.01 Hartree 量级、偶极矩约 2 Debye 量级就说明计算正常。实验偶极矩是 1.85 D（NIST CCCBDB），HF 一般会高估。

8. 判断作业是否成功¶

8.1 Normal termination¶

正常结束的作业，最后一行是：

 Normal termination of Gaussian 16 at Mon Nov 10 10:00:00 2026.

注意：

Opt Freq 这类组合任务在内部会拆成两个作业步（优化完成后自动做频率），所以正常结束时会有两行 Normal termination。用 --Link1-- 写的多步作业也一样，每步一行。
判断"整个作业成功"要看最后一行，同时确认没有 Error termination：

grep -c "Normal termination" job.log     # number of finished job steps
grep "Error termination" job.log         # should print nothing
tail -n 1 job.log

没有 Normal termination，也没有 Error termination：作业可能还在运行，也可能被调度系统 kill（超时、超内存）或节点宕机。去看调度系统的输出文件（如 slurm-12345.out）。

8.2 Error termination：定位出错的 Link¶

失败时，日志末尾形如（示意输出）：

 Error termination via Lnk1e in /opt/g16/l502.exe at Mon Nov 10 10:05:12 2026.
 Job cpu time:       0 days  0 hours  3 minutes 12.0 seconds.
 Elapsed time:       0 days  0 hours  0 minutes 48.5 seconds.

排查步骤：

从 lNNN.exe 看是哪个 Link 出错（对照 §3.2 的表）。
往上翻 10–30 行，真正的错误信息在 Error termination 上面，例如 Convergence failure -- run terminated.：

tail -n 40 job.log
grep -n "Error termination" job.log
grep -B 15 "Error termination" job.log | head -40

按报错信息查原因。最常见的几种：

出错 Link	典型报错	首先检查
l1.exe	`QPErr --- A syntax error was detected in the input line.`	route 拼写、括号是否配对；用 `testrt` 检查
l101.exe	`End of file in ZSymb.`	空行是否齐全、电荷多重度行是否存在、是否为 CRLF 换行
l202.exe	`Small interatomic distances encountered`	原子重叠、坐标单位错（Bohr/Å）、重复原子
l301.exe	`The combination of multiplicity 1 and 17 electrons is impossible.`	电荷与多重度
l502.exe	`Convergence failure -- run terminated.`	结构、电荷、多重度；SCF 收敛技巧见第4章
l9999.exe	`Number of steps exceeded`	优化不收敛，见第5章

仓库脚本 g16_error_doctor.py 能自动识别出错的 Link 和常见报错，并给出中文建议（用 python ../scripts/g16_error_doctor.py -h 查看用法）。报错大全见第18章，也可以查社区整理的 Solutions for Gaussian Error Messages。

9. 输出文件导览¶

Gaussian 的 log 是纯文本，按程序执行顺序写出。下面按出现顺序介绍最重要的几段（摘录均为示意输出，数值仅供参考）。

9.1 头部：版本、Link 0 与 route 回显¶

 Gaussian 16:  ES64L-G16RevC.01  3-Jul-2019
 %chk=h2o_hf_sp.chk
 %mem=1GB
 %nprocshared=2
 Will use up to    2 processors via shared memory.
 ----------------------------
 #p HF/6-31G(d) SP
 ----------------------------
 1/38=1,57=2/1;
 2/12=2,17=6,18=5,40=1/2;
 3/6=3,11=9,25=1,30=1/1,2,3;
 ...

route 下面的数字行就是 L1 生成的"非标准 route"（overlay/选项=值/要执行的 links;）。一般不用看懂它，但它说明 route 已经被正确解析。

9.2 Input orientation 与 Standard orientation¶

                          Input orientation:
 ---------------------------------------------------------------------
 Center     Atomic      Atomic             Coordinates (Angstroms)
 Number     Number       Type             X           Y           Z
 ---------------------------------------------------------------------
      1          8           0        0.000000    0.000000    0.119262
      2          1           0        0.000000    0.763239   -0.477047
      3          1           0        0.000000   -0.763239   -0.477047
 ---------------------------------------------------------------------
 ...
 Full point group                 C2V     NOp   4
 ...
                         Standard orientation:
 ---------------------------------------------------------------------
      1          8           0        0.000000    0.000000    0.119262
 ...

Input orientation：你输入的坐标（优化过程中每一步都会打印一次）。
Standard orientation：Gaussian 为利用对称性，把分子平移到电荷中心并旋转到标准取向后的坐标。分子轨道、偶极矩分量、多极矩等都在标准取向下给出。
加 NoSymm 关键词后，Gaussian 不再旋转分子，只打印 Input orientation，所有量都在输入取向下给出。对比结构或使用外部坐标系时有用（第2章）。
Full point group 行给出识别出的点群。

Tip

提取优化后的结构时，取最后一个 Standard orientation（或 Input orientation，用 NoSymm 时）块。可以用仓库脚本 log2xyz.py（python ../scripts/log2xyz.py -h），或直接用 GaussView 打开 log，它默认显示最后一个结构。

9.3 基组信息与 SCF¶

 Standard basis: 6-31G(d) (6D, 7F)
 ...
    19 basis functions,    36 primitive gaussians,    19 cartesian basis functions
     5 alpha electrons        5 beta electrons
       nuclear repulsion energy         9.1681932561 Hartrees.
 ...
 SCF Done:  E(RHF) =  -76.0107465184     A.U. after    9 cycles

basis functions 是基函数数目 $N$，决定计算量：HF/DFT 大致按 $N^3$–$N^4$ 增长，MP2 按 $N^5$。
5 alpha electrons 5 beta electrons：可以用来核对电荷和多重度是否符合预期。
SCF Done：SCF 收敛后的总能量，单位 Hartree（A.U.）。括号里的 RHF、RB3LYP、UB3LYP 表明方法和限制/非限制类型。HF/DFT 单点的最终能量就是这一行；MP2、双杂化等后 SCF 方法的最终能量在其后另行打印（第3章）。
用 #p 时，SCF 的每一轮迭代都会打印出来，便于诊断不收敛（第4章）。

9.4 轨道能级与布居分析¶

 Orbital symmetries:
       Occupied  (A1) (A1) (B2) (A1) (B1)
 ...
 The electronic state is 1-A1.
 Alpha  occ. eigenvalues --  -20.55848  -1.34616  -0.71421  -0.57040  -0.49790
 Alpha virt. eigenvalues --    0.21197   0.30472   1.01672   1.09280   1.13456
 ...
 Mulliken charges:
               1
     1  O   -0.866
     2  H    0.433
     3  H    0.433
 Sum of Mulliken charges =   0.00000

轨道能量单位为 Hartree。最后一个 occ. 值是 HOMO，第一个 virt. 值是 LUMO。
Mulliken 电荷强烈依赖基组，只适合定性比较。更可靠的电荷（NPA、Hirshfeld/CM5、ESP 电荷）见第12章。

9.5 偶极矩与多极矩¶

 Dipole moment (field-independent basis, Debye):
    X=              0.0000    Y=              0.0000    Z=             -2.1990  Tot=              2.1990

偶极矩的分量在标准取向下给出，Tot 是大小（Debye）。

9.6 archive 段（@ 段）¶

作业最后会打印一段以 1\1\ 开头、以 \\@ 结束的压缩摘要，称为 archive entry：

 1\1\GINC-NODE01\SP\RHF\6-31G(d)\H2O1\USER\10-Nov-2026\0\\#p HF/6-31G(d)
  SP\\water single point, my first Gaussian job\\0,1\O,0.,0.,0.119262\H
 ,0.,0.763239,-0.477047\H,0.,-0.763239,-0.477047\\Version=ES64L-G16RevC.0
 1\State=1-A1\HF=-76.0107465\RMSD=...\Dipole=0.,0.,-0.8651...\PG=C02V [C2
 (O1),SGV(H2)]\\@

它浓缩了任务类型、方法/基组、分子式、route、title、几何、能量（HF= 字段在 DFT 计算中同样表示 SCF 能量）、点群等信息。很多脚本和数据库就是解析这一段的。注意它每行固定宽度、会把数字截断换行，用 grep 抓能量时不要抓 archive 段，抓 SCF Done 行更可靠。

9.7 时间与结束¶

 Job cpu time:       0 days  0 hours  0 minutes  1.6 seconds.
 Elapsed time:       0 days  0 hours  0 minutes  0.9 seconds.
 File lengths (MBytes):  RWF=      5 Int=      0 D2E=      0 Chk=      1 Scr=      1
 Normal termination of Gaussian 16 at Mon Nov 10 10:00:00 2026.

Job cpu time 是所有核的 CPU 时间之和，Elapsed time 是实际墙钟时间，两者之比大致反映并行效率。

9.8 常用 grep 速查¶

想看什么	命令
是否正常结束	`tail -n 1 job.log`、`grep -c "Normal termination" job.log`
所有 SCF 能量（优化每步一行）	`grep "SCF Done" job.log`
最终 SCF 能量	`awk '/SCF Done/{e=$5} END{print e}' job.log`
基函数数目	`grep -m1 "basis functions" job.log`
电子数（核对电荷多重度）	`grep -m1 "alpha electrons" job.log`
点群	`grep "Full point group" job.log`
优化收敛表	`grep -A4 "Item Value" job.log`
是否找到驻点	`grep "Stationary point found" job.log`
频率（第6章）	`grep "Frequencies --" job.log`
用时	`grep -e "Job cpu time" -e "Elapsed time" job.log`

批量处理多个 log 时，用 g16_log_summary.py 会更方便（python ../scripts/g16_log_summary.py -h）。

10. 第一个几何优化：水分子 B3LYP/6-31G(d)¶

10.1 输入¶

文件 h2o_b3lyp_opt.gjf：

%chk=h2o_b3lyp_opt.chk
%mem=1GB
%nprocshared=2
#p B3LYP/6-31G(d) Opt

water geometry optimization, B3LYP

0 1
O     0.000000    0.000000    0.110000
H     0.000000    0.800000   -0.470000
H     0.000000   -0.800000   -0.470000

与单点相比，route 只换了方法并加了 Opt。初始结构故意给得粗糙一些（O–H 约 0.99 Å），这样能看到优化过程。

关键词	含义	为什么这样选
`B3LYP`	最常用的杂化泛函（20% HF 交换）	入门首选，文献数据最多；正式研究建议加色散校正（第3章）
`6-31G(d)`	Pople 劈裂价层基组 + 重原子 d 极化函数	小而够用的入门基组；Gaussian 中 6-31G(d) 默认使用 6 个笛卡尔 d 函数（6D）
`Opt`	几何优化到能量极小点	默认用冗余内坐标和 Berny 算法，最多步数按体系大小自动设置

10.2 运行与监控¶

g16 < h2o_b3lyp_opt.gjf > h2o_b3lyp_opt.log
grep "SCF Done" h2o_b3lyp_opt.log          # one line per optimization step
grep -c "SCF Done" h2o_b3lyp_opt.log       # number of steps so far

每个优化步打印一张收敛判据表（示意输出，数值仅供参考）：

         Item               Value     Threshold  Converged?
 Maximum Force            0.000021     0.000450     YES
 RMS     Force            0.000015     0.000300     YES
 Maximum Displacement     0.000040     0.001800     YES
 RMS     Displacement     0.000032     0.001200     YES
 Predicted change in Energy=-1.068893D-09
 Optimization completed.
    -- Stationary point found.

四项都是 YES，或者力已远小于阈值（详见第5章），就会出现 Optimization completed. 和 -- Stationary point found.，随后打印优化后的内坐标（示意输出）：

                           !   Optimized Parameters   !
                           ! (Angstroms and Degrees)  !
 ! Name  Definition              Value          Derivative Info.                !
 ! R1    R(1,2)                  0.9686         -DE/DX =    0.0                 !
 ! R2    R(1,3)                  0.9686         -DE/DX =    0.0                 !
 ! A1    A(2,1,3)              103.67           -DE/DX =    0.0                 !

10.3 结果合理吗¶

量	本计算（B3LYP/6-31G(d)，示意）	实验值
r(O–H) / Å	约 0.97	0.9572
∠H–O–H / °	约 103.7	104.52

实验值取自 NIST CCCBDB（https://cccbdb.nist.gov/）。差异来自方法和基组本身，以及实验平衡结构与计算模型的差别；CCCBDB 也列出了各计算级别的参考值，可以用来核对自己的结果。

Important

Stationary point found 只说明找到了驻点（梯度为零），不能证明它是能量极小点。要确认是极小点，必须在同一方法/基组下做频率计算，确认没有虚频，这就是为什么实际工作中几乎总写 Opt Freq（第6章）。

10.4 取出优化后的结构¶

GaussView 打开 log，默认显示最后一帧，File → Save 可以另存为新的 gjf。
命令行可以取最后一个 Standard orientation 块：

# print the last "Standard orientation" block: atomic number, x, y, z (Angstrom)
awk '/Standard orientation:/{s=NR; n=0; next}
     s && NR>s+4 {if ($0 ~ /^ -+$/) {s=0; next}; n++;
                  line[n]=sprintf("%3d %12.6f %12.6f %12.6f", $2, $4, $5, $6)}
     END{for (i=1; i<=n; i++) print line[i]}' h2o_b3lyp_opt.log

# last SCF energy only (5th field of the "SCF Done" line)
awk '/SCF Done/{e=$5} END{print e}' h2o_b3lyp_opt.log

Standard orientation 块的结构是：标题行、虚线、两行表头、虚线、原子行、虚线，所以上面的 awk 从标题后第 5 行开始读，遇到虚线停止，每遇到新块就清零，最后剩下的就是最后一个结构。它输出的是原子序数而不是元素符号；需要标准 xyz 文件时，推荐用 log2xyz.py（python ../scripts/log2xyz.py -h）。 - 下一步计算可以直接从 chk 读结构（Geom=Check），完全不必手抄坐标，见第2章。

11. Gaussian 文件类型一览¶

扩展名	类型	说明
`.gjf` / `.com`	输入（文本）	两者完全等价；GaussView 默认用 .gjf，Linux 用户也常用 .com
`.log` / `.out`	输出（文本）	Linux 默认 .log，G16W 常用 .out；内容格式相同
`.chk`	二进制检查点	保存几何、基组、轨道、力常数等，用于 `Geom=Check`、`Guess=Read`、`Opt=ReadFC`、作图；依赖平台和版本，不能跨机器/跨操作系统直接用
`.fchk` / `.fch`	格式化检查点（文本）	`formchk job.chk job.fchk` 生成；可跨平台，是 GaussView、Multiwfn、VMD 等的通用输入
`.cub` / `.cube`	格点数据（文本）	`cubegen` 生成的轨道、密度、静电势格点数据，用于作等值面图
`.wfn` / `.wfx`	波函数文件	`Output=WFX` 等输出，供 Multiwfn、AIMAll 做 QTAIM 等分析
`Gau-NNNNN.rwf/.int/.d2e/.skr/.inp`	scratch 临时文件	位于 `GAUSS_SCRDIR`，正常结束自动删除；异常退出会残留
`.gbs`	基组文件	Gen 基组的常用扩展名（第3章）

chk 与 fchk 的相互转换：

formchk job.chk job.fchk          # binary -> formatted (portable)
formchk -m=1gb big.chk big.fchk   # C.01+: give the utility more memory
unfchk job.fchk job.chk           # formatted -> binary (on the new machine)
chkchk job.chk                    # show route/title stored in a chk (and job status, B.01+)

chk 文件带版本号是 C.01 引入的。旧版本生成的 chk 可以用 c8616 升级，或用 unfchk -fixver 处理。更多工具（cubegen、freqchk、newzmat）见第16章。

12. 编辑器与文本格式：避开"看不见"的错误¶

12.1 推荐编辑器¶

VSCode 加 Gaussian 输入文件语法高亮插件，例如 mizu-bai/VSCode-Gaussian-Input-File-Support。关键词有颜色，拼写错误（route 中的 QPErr）更容易发现。配合 Remote-SSH 插件可以直接编辑服务器上的文件。
服务器上用 vim/nano 即可。Windows 上不要用系统记事本保存 gjf（可能加 BOM 和 CRLF）。

12.2 换行符（CRLF vs LF）¶

Windows 文本的行尾是 \r\n（CRLF），Linux 是 \n（LF）。在 Windows 上编辑、再上传到 Linux 的 gjf，行尾多出的 \r 会让"空行"不再是空行，可能引起 End of file in ZSymb、关键词无法识别等奇怪错误。

file job.gjf                     # "... with CRLF line terminators" means trouble
dos2unix job.gjf                 # convert in place (if dos2unix is installed)
sed -i 's/\r$//' job.gjf         # same thing with sed
grep -c $'\r' job.gjf            # count lines that still contain CR

VSCode 右下角可以把 CRLF 切换为 LF。也可以在 VSCode 设置里把 files.eol 设为 \n。

12.3 编码与中文¶

gjf 文件只用 ASCII 字符。title 行、注释（! 开头）也不要写中文，全角括号、全角空格、中文引号都可能导致解析错误。
文件名和目录名避免中文、空格和特殊符号（( ) & # 等）。Windows 下路径含中文或空格是启动失败（Link 1 not found / Error #2070）的最常见原因。
title 段官方建议避免 @ # ! 等特殊字符（@ 在输入中表示包含外部文件，! 表示注释）。

12.4 推荐的项目目录组织¶

project_x/
  00_struct/          # initial structures (xyz, mol, cif)
  01_opt_freq/        # B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP opt+freq: *.gjf *.log *.chk
  02_sp_highlevel/    # high-level single points
  03_analysis/        # fchk, cube, Multiwfn outputs, figures
  notes.md            # what was run, which level, problems met

文件名中写明体系和任务，例如 ts1_b3lypd3_def2svp_optfreq.gjf。一个 gjf 对应一个 log 和一个 chk，三者同名，日后追溯最方便。

参数选择与收敛建议¶

入门阶段的默认参数建议：

参数	入门推荐值	说明
`%mem`	每核 0.5–2 GB，小分子 2–4 GB	G16 默认 800 MB；设得比物理内存大会严重变慢或报 `galloc` 错误；集群上取申请内存的 75–85%
`%nprocshared`	小分子 2–8 核	不超过机器或作业申请的核数；小分子核数越多不一定越快（第17章）
`%chk`	每个作业都写	便于续算、读结构、作图
route 前缀	`#p`	输出更详细，便于诊断
方法/基组（练习用）	HF/6-31G(d) → B3LYP/6-31G(d)	正式研究用带色散校正的组合，见第3章
任务	先 `Opt Freq` 再看结果	优化完必须确认无虚频
`GAUSS_SCRDIR`	本地盘，剩余空间 ≥ 20 GB	大作业需要更多

常见问题与报错¶

现象 / 报错	原因	解决
`g16: command not found`	没有 source `g16.profile`，或 `g16root` 设错	检查 `~/.bashrc`；`g16root` 应为 `g16` 目录的上一级
`Permission denied`	当前用户不在 Gaussian 所属组，或在 Windows 上解压后再上传导致权限丢失	联系管理员加组；重新在 Linux 上解压安装
作业一开始就失败，日志几乎为空，或提示无法打开 scratch 文件	`GAUSS_SCRDIR` 指向的目录不存在或没有写权限	`mkdir -p $GAUSS_SCRDIR`，检查权限
`Erroneous write. Write -1 instead of ...`	scratch 磁盘或配额已满	清理 `Gau-*` 文件，换更大的 scratch，或用 `%rwf` 拆分（第17章）
`galloc: could not allocate memory.`	`%mem` 大于实际可用内存	减小 `%mem`，或向调度系统申请更多内存
`End of file in ZSymb.`（l101.exe）	缺空行（title 后或文件末尾）、缺电荷多重度行、CRLF 换行	补空行，`dos2unix`
`QPErr --- A syntax error was detected in the input line.`（l1.exe）	route 拼写错误、括号不配对、关键词不存在	看报错行下方的标记位置；用 `testrt "#p ..."` 检查
`The combination of multiplicity 1 and 17 electrons is impossible.`（l301.exe）	电子数奇偶与多重度不符	按第2章重新计算电荷和多重度
Windows：`Link 1 not found`、`Severe Error Message #2070`	路径含中文或空格、杀毒软件拦截、环境未配好、`%mem` 过大	改用纯英文路径，加白名单，减小 `%mem`
跑完没有 Normal termination，也没有 Error termination	被调度系统 kill（超时、超内存）或节点故障	查看调度系统的输出/错误文件；用 chk 续算（第5章、第17章）
GaussView 打开 log 只看到一个结构	作业是单点，或者只打开了 .chk	优化作业用 log 打开，才能在 Results → Optimization 看轨迹

练习¶

运行 h2o_hf_sp.gjf，记录 SCF 能量、HOMO/LUMO 能量和偶极矩；把基组改为 6-311+G(d,p) 再算一次，比较能量和基函数数目的变化。
运行 h2o_b3lyp_opt.gjf，数一数优化走了多少步（grep -c "SCF Done"），把优化后的键长、键角与 CCCBDB 上的实验值和 B3LYP/6-31G* 计算值比较。
故意删掉 h2o_hf_sp.gjf 最后的空行，或者把多重度改成 2，运行并观察报错出现在哪个 Link，以及 Error termination 上方的错误信息。
在 GaussView 中搭建乙醇，Clean 后保存为 gjf，用文本编辑器打开，找出 Geom=Connectivity 和文件末尾的连接表。
用 formchk 把 h2o_b3lyp_opt.chk 转成 fchk，在 GaussView 中打开并显示 HOMO（Results → Surfaces/Contours）。

参考资料¶

官方文档

Gaussian 16 Rev. C.01/C.02 Release Notes：修订版新功能、G09 到 G16 默认值变化、命令行与环境变量等价关系
Running Gaussian：环境变量、scratch 文件、内存与并行
g16 Command Line Options
Link 0 Commands
About Gaussian 16 Input
Utility Programs、testrt、formchk
GaussView 6、GaussView 6.1.1 Release Notes、GaussView 6 Job Setup additions
UNIX 二进制安装说明：https://gaussian.com/g16/g16bin_install.pdf
NIST CCCBDB：小分子实验与计算参考数据

相关 GitHub 仓库与资源（仅外链，更多见相关仓库汇总）

mizu-bai/VSCode-Gaussian-Input-File-Support：VSCode 的 gjf 语法高亮插件
thisisntnathan/dftCourse（网站）：Cornell 的 Gaussian + Slurm 入门课程
ishikawa-group/gaussian-tutorial：结构清晰的 Gaussian 讲义
cclib/cclib：Python 解析 Gaussian log 的标准库
polyluxus/tools-for-g16.bash：g16 bash 工具集（getenergy、testroute 等）
liyuanhe211/Solution_for_Every_Gaussian_Error_Message：Gaussian 报错大全（CC BY-NC-SA，仅外链参考）
计算化学公社 Gaussian 报错原帖（中文）

书籍与论文

M. J. Frisch et al., Gaussian 16, Revision C.01, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2016（引用时把 Revision 换成你实际使用的版本）。
J. B. Foresman, Æ. Frisch, Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 3rd ed., Gaussian, Inc., 2015：官方入门教材。

第1章 环境准备与第一个 Gaussian 计算（Getting Started with Gaussian 16 and GaussView 6）¶

1. 本章目标与适用场景¶

2. Gaussian 16 与 GaussView 6 概览¶

2.1 版本沿革¶

2.2 Windows 版（G16W）与 Linux 版的区别¶

2.3 GaussView 6¶

3. 原理速览：Gaussian 是怎么"跑"一个作业的¶

3.1 一次计算求的是什么¶

3.2 Link（链接程序）结构¶

4. Linux 安装与环境配置¶

4.1 安装（管理员或个人目录安装）¶

4.2 环境变量¶

4.3 验证安装¶

4.4 Windows（G16W）安装注意事项¶

4.5 WSL 的情况¶

5. 运行 Gaussian 的几种方式¶

5.1 Linux 命令行¶

5.2 Windows¶

5.3 本教程配套脚本¶

6. GaussView 6 建模实战¶

6.1 画分子¶

6.2 Clean 与对称化¶

6.3 Calculate → Gaussian Calculation Setup 各标签页¶

6.4 保存 gjf¶

6.5 用 GaussView 看结果¶

7. 第一个计算：水分子 HF/6-31G(d) 单点能¶

7.1 输入文件¶

7.2 运行¶

7.3 检查结果¶

8. 判断作业是否成功¶

8.1 Normal termination¶

8.2 Error termination：定位出错的 Link¶

9. 输出文件导览¶

9.1 头部：版本、Link 0 与 route 回显¶

9.2 Input orientation 与 Standard orientation¶

9.3 基组信息与 SCF¶

9.4 轨道能级与布居分析¶

9.5 偶极矩与多极矩¶

9.6 archive 段（@ 段）¶

9.7 时间与结束¶

9.8 常用 grep 速查¶

10. 第一个几何优化：水分子 B3LYP/6-31G(d)¶

10.1 输入¶

10.2 运行与监控¶

10.3 结果合理吗¶

10.4 取出优化后的结构¶

11. Gaussian 文件类型一览¶

12. 编辑器与文本格式：避开"看不见"的错误¶

12.1 推荐编辑器¶

12.2 换行符（CRLF vs LF）¶

12.3 编码与中文¶

12.4 推荐的项目目录组织¶

参数选择与收敛建议¶

常见问题与报错¶

练习¶

参考资料¶

第1章环境准备与第一个 Gaussian 计算（Getting Started with Gaussian 16 and GaussView 6）¶