Предсказание кристаллической структуры (ПКС) — прогнозирование параметров кристаллической структуры вещества, кристаллы которого не исследованы экспериментально расчётными методами из первых принципов. Разработка надёжных методов прогнозирования кристаллической структуры соединений, основанных на их молекулярном строении, является одной из важнейших задач физической науки с 1950-х годов [1]. Для решения этой задачи используются различные вычислительные методы, такие как имитация отжига, эволюционные алгоритмы, распределенный мультипольный анализ, случайная выборка, случайный спуск, интеллектуальный анализ данных, теория функционала плотности и молекулярная динамика [2].
Кристаллические структуры простых ионных кристаллов научились уточнять в первой половине XX века используя правила, предложенные Лайнусом Полингом в 1929 году[3]. Эти правила были расширены включением концентрации валентных электронов для металлов и полупроводников. Однако, прогнозирование и уточнение — это совсем разные вещи. Чаще всего, под предсказанием кристаллической структуры понимается поиск минимума энергии пространственного расположения атомов (или, в случае молекулярных кристаллов, молекул). Проблема имеет два аспекта — комбинаторный (проблема «поиска», на практике наиболее острая для неорганических кристаллов) и энергетический (проблема «классификации», наиболее актуальная для молекулярных органических кристаллов). Для сложных немолекулярных кристаллов («проблема поиска») наилучшие результаты получаются при использовании метадинамики версии Мартонака[4][5], метода случайного поиска при расчете из первых принципов[6] и при использовании эволюционного алгоритма USPEX Оганова—Гласса[7]. Последние два метода способны решать задачи глобальной оптимизации с точностью до нескольких сотен степеней свободы, в то время как алгоритмы метадинамики позволяют сократить все структурные переменные до небольшой выборки «медленных» обобщенных переменных, что часто приводит к получению устойчивого решения.