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pretty_name: Diffra XRD
language:
  - zh
tags:
  - materials-science
size_categories:
  - 10M<n<100M

Diffra XRD

Diffra XRD 包含 100,315 个晶体结构和 10,031,500 条模拟粉末 XRD。 每个晶体对应 100 条随机模拟谱，simulation ID 为 0–99。 晶体结构来自 Materials Project，模拟使用 SimXRD / Pysimxrd 与 pymatgen。

• 预训练模型：Licht0812/Diffra
• 代码与方法：Bin-Cao/Diffra
• 模拟实现：codebook/src/xrd_data.py

数据规模

项目	数值
晶体结构数	100,315
每晶体模拟谱数	100
XRD 总数	10,031,500
每条谱的强度点数	3,500
数据类型	float32
衍射角范围	2θ = 10–90°，含两端点
强度范围	0–100，每条谱最大值为 100
XRD 分片总大小	140.441 GB
NumPy 分片数	1,004

每个完整分片包含 100 个晶体、10,000 条谱；最后一个分片包含 15 个晶体、1,500 条谱。 谱按晶体索引排列，同一晶体内按 simulation ID 递增。

文件结构

Diffra/
├── README.md
├── manifest.json
├── structures.jsonl
├── splits.json
├── MP500.db
├── data/
│   ├── shard-000000.npy
│   ├── ...
│   └── shard-001003.npy
└── cif_descriptor/
    ├── descriptor.npz
    └── manifest.json

manifest.json 记录角度范围、样本数量、模拟参数和各分片的全局起始行。 structures.jsonl 的每行对应一个晶体，字段为 structure_index、entry_id、 unique_id、label、mpid 和 sample_id_prefix。entry_id 对应 ASE 数据库 MP500.db 中的行 ID。数据库保存元素、原子坐标、晶胞和周期性边界条件。

晶体索引 $i$ 与 simulation ID $v$ 对应的全局 XRD 行号为

样本名称为 {sample_id_prefix}__sim-{simulation_id:02d}，例如 mp-1001824__sim-00。角度网格为

$$2{\theta }_j=10+\frac{80j}{3499},j=0,\dots ,3499.2\backslash theta\_j=10+\backslash frac\{80j\}\{3499\},\backslash qquad\; j=0,\backslash ldots,3499.$$

模拟设置

使用 Cu Kα 辐射，波长 1.54184 Å。晶体转为常规晶胞后，pymatgen 计算峰位和 基础强度，再加入晶粒尺寸、织构、热振动、仪器几何、背景和噪声变化。 峰形计算采用 0.02° 网格，随后线性插值至 3,500 点。

随机参数	均匀采样范围
晶粒尺寸	10–100 Å
织构参数 prefect_orientation	−0.3–0.3
热振动参数	0–2 Å
探测器到样品距离	300–600 mm
探测器狭缝半高	3–8 mm
样品半高	1–4 mm
背景比例	0.02–0.20
噪声比例	0.01–0.10

背景为六阶随机多项式。全局 seed 为 42，每条谱的随机种子由 entry_id 和 simulation_id 确定：

$$s=(42\times 1000003+101\times \mathrm{e}\mathrm{n}\mathrm{t}\mathrm{r}\mathrm{y}\mathrm{\_}\mathrm{i}\mathrm{d}+\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{m}\mathrm{u}\mathrm{l}\mathrm{a}\mathrm{t}\mathrm{i}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{\_}\mathrm{i}\mathrm{d})2^{32}\mathrm{.}s=(42\backslash times1000003+101\backslash times\backslash mathrm\{entry\backslash \_id\}+\backslash mathrm\{simulation\backslash \_id\})\backslash bmod2^\{32\}.$$

晶体级划分

splits.json 保存与 Foundation 和 CIF probe 相同的晶体级划分，采用 torch.randperm(100315, generator=torch.Generator().manual_seed(42))。 同一晶体的 100 条谱归属同一个 split。JSON 中的索引对应 structure_index。

Split	晶体数	XRD 数
train	90,283	9,028,300
validation	5,015	501,500
test	5,017	501,700

CIF descriptor

cif_descriptor/descriptor.npz 通过 entry_id 与晶体及 XRD 配对。

字段	形状	含义
entry_id	[100315]	ASE 数据库行 ID
mpid	[100315]	Materials Project 材料标识
cell	[100315, 8]	primitive Niggli cell 的 log 长度、cos 夹角、log 原子体积、log1p 原子数
pair_hist	[100315, 64]	0–10 Å 周期性原子对距离分布，每原子归一化
crystal_system	[100315]	7 类晶系，编号 0–6
space_group	[100315]	国际空间群编号 1–230
bravais_lattice	[100315]	14 类 Bravais lattice，类别顺序见 descriptor manifest

下载与读取

完整下载：

hf download Licht0812/Diffra --repo-type dataset --local-dir ./Diffra-XRD

读取第一个晶体的 100 条谱：

import numpy as np
from huggingface_hub import hf_hub_download

path = hf_hub_download(
    repo_id="Licht0812/Diffra",
    repo_type="dataset",
    filename="data/shard-000000.npy",
)
spectra = np.load(path, mmap_mode="r").reshape(-1, 100, 3500)
xrd = spectra[0]  # [100, 3500]
angles = np.linspace(10.0, 90.0, 3500)

读取对应晶体结构：

from ase.db import connect
from huggingface_hub import hf_hub_download

path = hf_hub_download("Licht0812/Diffra", "MP500.db", repo_type="dataset")
with connect(path) as db:
    atoms = db.get_atoms(id=1)

该分片格式可直接由 Diffra 的 foundation.src.data.StoredXRDDataset 和 codebook.src.xrd_data.StoredXRDDataset 读取。