本文以Cu-Zr非晶合金为研究对象,运用层次聚类法挖掘出非晶合金的短程序团簇结构,建立非晶合金短程序结构的新范式。通过对团簇结构的数据分析,判断不同非晶合金的玻璃形成能力,同时结合层次聚类的特征,得到了非晶合金短程序结构形成的新方式。第1章,我们介绍了非晶合金的发展历史和现状,非晶态的特征和形成原理,非晶态微观结构模型的发展历史、研究成果和面临的问题;同时介绍了近些年机器学习方法的发展和应用,以及在材料科学研究方面取得的成果。第2章,我们介绍了研究非晶合金结构常用的方法,分子动力学模拟的基本原理和常用软件,重点介绍了机器学习中层次聚类的基本原理和实现的具体算法步骤,并说明它在研究非晶合金微观结构中的可行性。第3章,我们使用分子动力学模拟获得Cu-Zr非晶合金数据,通过控制降温速度,改变Zr原子在合金中的含量,模拟产生多种Cu-Zr非晶合金结构数据。使用层次聚类法获得不同降温速度产生的Cu-Zr非晶合金的团簇数据,分析不同降温速度下团簇结构的变化,我们可以得出降温速度超过20K/ps,会降低非晶合金玻璃形成能力的结论;使用层次聚类法获得不同组元Cu-Zr非晶合金团簇数据,分析不同Cu和Zr的含量中团簇结构的变化,我们得到Zr原子含量在30%-40%之间,非晶合金的玻璃形成能力最强的结论。第4章,我们增加层次聚类的步数,得到能够表征Cu₅₀Zr₅₀非晶合金短程序的第一和第二配位层团簇,通过反演团簇的聚类过程,分析它们从“小团簇”聚类成“大团簇”的过程。结合小团簇的结构数据特征,我们发现与径向分布函数图中短程序第一峰和第二峰相对应的结构可以同时构造产生,而不是现有模型所表述的,先构造出第一配位层,再构造出第二配位层。