api/nblib/tests/testsystems.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2020, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \internal \file
  36  * \brief
  37  * This implements nblib test systems
  38  *
  39  * \author Victor Holanda <victor.holanda@cscs.ch>
  40  * \author Joe Jordan <ejjordan@kth.se>
  41  * \author Prashanth Kanduri <kanduri@cscs.ch>
  42  * \author Sebastian Keller <keller@cscs.ch>
  43  * \author Artem Zhmurov <zhmurov@gmail.com>
  44  */
  45 #include "nblib/tests/testsystems.h"
  46 #include "nblib/exception.h"
  47
  48 namespace nblib
  49 {
  50
  51 //! User class to hold ParticleTypes
  52 //! Note: this is not part of NBLIB, users should write their own
  53 class ParticleLibrary
  54 {
  55 public:
  56     ParticleLibrary()
  57     {
  58         ParticleType Ow(ParticleTypeName("Ow"), Mass(15.99940));
  59         ParticleType H(ParticleTypeName("H"), Mass(1.008));
  60         ParticleType OMet(ParticleTypeName("OMet"), Mass(15.999));
  61         ParticleType CMet(ParticleTypeName("CMet"), Mass(15.035));
  62         ParticleType Ar(ParticleTypeName("Ar"), Mass(39.94800));
  63
  64         particles_.insert(std::make_pair(Ow.name(), Ow));
  65         particles_.insert(std::make_pair(H.name(), H));
  66         particles_.insert(std::make_pair(OMet.name(), OMet));
  67         particles_.insert(std::make_pair(CMet.name(), CMet));
  68         particles_.insert(std::make_pair(Ar.name(), Ar));
  69
  70         c6_[Ow.name()]   = 0.0026173456;
  71         c6_[H.name()]    = 0;
  72         c6_[OMet.name()] = 0.0022619536;
  73         c6_[CMet.name()] = 0.0088755241;
  74         c6_[Ar.name()]   = 0.0062647225;
  75
  76         c12_[Ow.name()]   = 2.634129e-06;
  77         c12_[H.name()]    = 0;
  78         c12_[OMet.name()] = 1.505529e-06;
  79         c12_[CMet.name()] = 2.0852922e-05;
  80         c12_[Ar.name()]   = 9.847044e-06;
  81     }
  82
  83     //! Get particle type using the string identifier
  84     [[nodiscard]] ParticleType type(const std::string& particleTypeName) const
  85     {
  86         return particles_.at(ParticleTypeName(particleTypeName));
  87     }
  88
  89     //! Get C6 parameter of a given particle
  90     [[nodiscard]] C6 c6(const ParticleName& particleName) const
  91     {
  92         return c6_.at(ParticleTypeName(particleName.value()));
  93     }
  94
  95     //! Get C12 parameter of a given particle
  96     [[nodiscard]] C12 c12(const ParticleName& particleName) const
  97     {
  98         return c12_.at(ParticleTypeName(particleName.value()));
  99     }
 100
 101 private:
 102     std::map<ParticleTypeName, ParticleType> particles_;
 103     std::map<ParticleTypeName, C6>           c6_;
 104     std::map<ParticleTypeName, C12>          c12_;
 105 };
 106
 107 std::unordered_map<std::string, Charge> Charges{ { "Ow", Charge(-0.82) },
 108                                                  { "Hw", Charge(+0.41) },
 109                                                  { "OMet", Charge(-0.574) },
 110                                                  { "CMet", Charge(+0.176) },
 111                                                  { "HMet", Charge(+0.398) } };
 112
 113 WaterMoleculeBuilder::WaterMoleculeBuilder() : water_(MoleculeName("SOL"))
 114 {
 115     ParticleLibrary plib;
 116
 117     //! Add the particles
 118     water_.addParticle(ParticleName("Oxygen"), Charges.at("Ow"), plib.type("Ow"));
 119     water_.addParticle(ParticleName("H1"), Charges.at("Hw"), plib.type("H"));
 120     water_.addParticle(ParticleName("H2"), Charges.at("Hw"), plib.type("H"));
 121 }
 122
 123 Molecule WaterMoleculeBuilder::waterMolecule()
 124 {
 125     addExclusionsFromNames();
 126     return water_;
 127 }
 128
 129 Molecule WaterMoleculeBuilder::waterMoleculeWithoutExclusions()
 130 {
 131     return water_;
 132 }
 133
 134 void WaterMoleculeBuilder::addExclusionsFromNames()
 135 {
 136     water_.addExclusion("H1", "Oxygen");
 137     water_.addExclusion("H2", "Oxygen");
 138     water_.addExclusion("H1", "H2");
 139 }
 140
 141 MethanolMoleculeBuilder::MethanolMoleculeBuilder() : methanol_(MoleculeName("MeOH"))
 142 {
 143     ParticleLibrary library;
 144
 145     //! Add the particles
 146     methanol_.addParticle(ParticleName("Me1"), Charges.at("CMet"), library.type("CMet"));
 147     methanol_.addParticle(ParticleName("O2"), Charges.at("OMet"), library.type("OMet"));
 148     methanol_.addParticle(ParticleName("H3"), Charges.at("HMet"), library.type("H"));
 149
 150     // Add the exclusions
 151     methanol_.addExclusion("Me1", "O2");
 152     methanol_.addExclusion("Me1", "H3");
 153     methanol_.addExclusion("H3", "O2");
 154 }
 155
 156 Molecule MethanolMoleculeBuilder::methanolMolecule()
 157 {
 158     return methanol_;
 159 }
 160
 161
 162 Topology WaterTopologyBuilder::buildTopology(int numMolecules)
 163 {
 164     ParticleLibrary library;
 165
 166     ParticleTypesInteractions interactions;
 167     std::vector<std::string>  typeNames = { "Ow", "H" };
 168     for (const auto& name : typeNames)
 169     {
 170         interactions.add(ParticleTypeName(name), library.c6(ParticleName(name)),
 171                          library.c12(ParticleName(name)));
 172     }
 173
 174     // Add some molecules to the topology
 175     TopologyBuilder topologyBuilder;
 176     topologyBuilder.addMolecule(water(), numMolecules);
 177
 178     // Add non-bonded interaction information
 179     topologyBuilder.addParticleTypesInteractions(interactions);
 180
 181     Topology topology = topologyBuilder.buildTopology();
 182     return topology;
 183 }
 184
 185 Molecule WaterTopologyBuilder::water()
 186 {
 187     return waterMolecule_.waterMolecule();
 188 }
 189
 190 Topology SpcMethanolTopologyBuilder::buildTopology(int numWater, int numMethanol)
 191 {
 192     ParticleLibrary library;
 193
 194     ParticleTypesInteractions interactions;
 195     std::vector<std::string>  typeNames = { "Ow", "H", "OMet", "CMet" };
 196     for (const auto& name : typeNames)
 197     {
 198         interactions.add(ParticleTypeName(name), library.c6(ParticleName(name)),
 199                          library.c12(ParticleName(name)));
 200     }
 201
 202     // Add some molecules to the topology
 203     TopologyBuilder topologyBuilder;
 204     topologyBuilder.addMolecule(methanol(), numMethanol);
 205     topologyBuilder.addMolecule(water(), numWater);
 206
 207     // Add non-bonded interaction information
 208     topologyBuilder.addParticleTypesInteractions(interactions);
 209
 210     Topology topology = topologyBuilder.buildTopology();
 211     return topology;
 212 }
 213
 214 Molecule SpcMethanolTopologyBuilder::methanol()
 215 {
 216     return methanolMolecule_.methanolMolecule();
 217 }
 218
 219 Molecule SpcMethanolTopologyBuilder::water()
 220 {
 221     return waterMolecule_.waterMolecule();
 222 }
 223
 224 ArgonTopologyBuilder::ArgonTopologyBuilder(const int& numParticles)
 225 {
 226     ParticleLibrary library;
 227
 228     ParticleTypesInteractions nbinteractions;
 229     nbinteractions.add(ParticleTypeName("Ar"), library.c6(ParticleName("Ar")),
 230                        library.c12(ParticleName("Ar")));
 231
 232     Molecule argonMolecule(MoleculeName("AR"));
 233     argonMolecule.addParticle(ParticleName("AR"), library.type("Ar"));
 234
 235     topologyBuilder_.addMolecule(argonMolecule, numParticles);
 236     topologyBuilder_.addParticleTypesInteractions((nbinteractions));
 237 }
 238
 239 Topology ArgonTopologyBuilder::argonTopology()
 240 {
 241     return topologyBuilder_.buildTopology();
 242 }
 243
 244
 245 } // namespace nblib