选择器 (Selector)¶
把"距离这个点 3 A 以内的所有碳原子"写成可组合的表达式，而不是手写循环。
无需循环，直接选原子¶
分析工作中经常要回答这类问题："找出所有碳原子"、"距离某个点 3 A 以内的原子"，或者"盒子左半边的重原子"。用 if 语句手写循环当然可以，但代码一长就很难维护，真正的意图也淹没在细节里。
选择器是可组合的谓词，对 Block 的列生成布尔掩码。 用 &、|、~ 运算符把它们拼起来，不用手动写循环就能构建复杂的查询。
每个选择器都遵守同一套协议：直接调用它，传入一个 block，得到过滤后的 block；调用 .mask() 得到布尔数组。
按属性筛选¶
最简单的选择器按单列的值过滤。ElementSelector 匹配元素符号，AtomTypeSelector 匹配类型编号。
import molpy as mp
from molpy.core.selector import (
ElementSelector, AtomTypeSelector,
CoordinateRangeSelector, DistanceSelector,
)
import numpy as np
atoms = mp.Block({
"element": ["C", "C", "H", "H", "O", "N"],
"type": [1, 1, 2, 2, 3, 4],
"x": [0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0],
"y": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
"z": [0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0],
})
carbons = ElementSelector("C")(atoms)
print(carbons.nrows) # 2
print(carbons["element"]) # ['C', 'C']
type2 = AtomTypeSelector(2)(atoms)
print(type2["element"]) # ['H', 'H']
几何选择器¶
CoordinateRangeSelector 按某一轴的坐标范围过滤。DistanceSelector 按到参考点的距离过滤。两者都要求 block 有 x、y、z 列。
right_half = CoordinateRangeSelector("x", min_value=2.5)(atoms)
print(right_half["element"]) # ['H', 'O', 'N']
near_origin = DistanceSelector(center=[0.0, 0.0, 0.0], max_distance=1.5)(atoms)
print(near_origin["element"]) # ['C', 'C']
壳层选择——取距离在最小和最大之间的原子——是溶剂化分析中的常见操作。
shell = DistanceSelector(
center=[2.0, 0.0, 0.0],
min_distance=1.0,
max_distance=2.5,
)(atoms)
print(shell["element"])
用逻辑运算符组合选择器¶
选择器真正的灵活之处在于组合。& 是 AND（与），| 是 OR（或），~ 是 NOT（非）。组合结果本身也是一个选择器，可以继续使用或再次组合。
# (碳 或 氧) 且 (x > 0.5)
sel = (ElementSelector("C") | ElementSelector("O")) & CoordinateRangeSelector("x", min_value=0.5)
result = sel(atoms)
print(result["element"]) # ['C', 'O']
# 除氢以外的所有原子
no_h = ~ElementSelector("H")
print(no_h(atoms)["element"]) # ['C', 'C', 'O', 'N']
嵌套组合可以简洁地表达精确的科学查询。
# 靠近特定点的重原子
heavy_near = (
~ElementSelector("H")
& DistanceSelector(center=[2.0, 0.0, 0.0], max_distance=2.5)
)
print(heavy_near(atoms)["element"])
直接取掩码¶
有时候需要的是布尔掩码，而不是过滤后的 block——用来索引其他数组、做 NumPy 运算，或者跟外部逻辑对接。
mask = ElementSelector("C").mask(atoms)
print(mask) # [ True True False False False False]
print(np.where(mask)[0]) # [0, 1]
print(atoms["x"][mask]) # [0., 1.]
什么时候用选择器¶
只要需要在 Block 里划分原子——不管是为了分析、赋值，还是给计算准备子集——就优先用选择器。它们比手写循环快得多，代码也更容易读，而且可组合的特性让你可以用简单、经过测试的小部件拼出复杂的查询。
另请参阅：Block 和 Frame、盒子与周期性。