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[alexxy/gromacs.git] / docs / user-guide / cmdline.rst
1 .. _gmx-cmdline:
2
3 Command-line reference
4 ======================
5
6 .. toctree::
7    :hidden:
8    :glob:
9
10    /onlinehelp/gmx
11    /onlinehelp/gmx-*
12
13 |Gromacs| includes many tools for preparing, running and analyzing
14 molecular dynamics simulations. These are all structured as part of a single
15 :command:`gmx` wrapper binary, and invoked with commands like :command:`gmx grompp`.
16 :ref:`mdrun <gmx mdrun>` is the only other binary that
17 :ref:`can be built <building just the mdrun binary>`; in the normal
18 build it can be run with :command:`gmx mdrun`. Documentation for these can
19 be found at the respective sections below, as well as on man pages (e.g.,
20 :manpage:`gmx-grompp(1)`) and with :samp:`gmx help {command}` or
21 :samp:`gmx {command} -h`.
22
23 If you've installed an MPI version of |Gromacs|, by default the
24 :command:`gmx` binary is called :command:`gmx_mpi` and you should adapt
25 accordingly.
26
27 Command-line interface and conventions
28 --------------------------------------
29
30 All |Gromacs| commands require an option before any arguments (i.e., all
31 command-line arguments need to be preceded by an argument starting with a
32 dash, and values not starting with a dash are arguments to the preceding
33 option).  Most options, except for boolean flags, expect an argument (or
34 multiple in some cases) after the option name.
35 The argument must be a separate command-line argument, i.e., separated by
36 space, as in ``-f traj.xtc``.  If more than one argument needs to be given to
37 an option, they should be similarly separated from each other.
38 Some options also have default arguments, i.e., just specifying the option
39 without any argument uses the default argument.
40 If an option is not specified at all, a default value is used; in the case of
41 optional files, the default might be not to use that file (see below).
42
43 All |Gromacs| command options start with a single dash, whether they are
44 single- or multiple-letter options.  However, two dashes are also recognized
45 (starting from 5.1).
46
47 In addition to command-specific options, some options are handled by the
48 :command:`gmx` wrapper, and can be specified for any command.  See
49 :doc:`wrapper binary help </onlinehelp/gmx>` for the list of such options.
50 These options are recognized both before the command name (e.g.,
51 :command:`gmx -quiet grompp`) as well as after the command name (e.g.,
52 :command:`gmx grompp -quiet`).
53 There is also a ``-hidden`` option that can be specified in combination with
54 ``-h`` to show help for advanced/developer-targeted options.
55
56 Most analysis commands can process a trajectory with fewer atoms than the
57 run input or structure file, but only if the trajectory consists of the
58 first *n* atoms of the run input or structure file.
59
60 Handling specific types of command-line options
61 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
62
63 boolean options
64   Boolean flags can be specified like ``-pbc`` and negated like ``-nopbc``.
65   It is also possible to use an explicit value like ``-pbc no`` and
66   ``-pbc yes``.
67 file name options
68   Options that accept files names have features that support using default file
69   names (where the default file name is specific to that option):
70
71   * If a required option is not set, the default is used.
72   * If an option is marked optional, the file is not used unless the option
73     is set (or other conditions make the file required).
74   * If an option is set, and no file name is provided, the default is used.
75
76   All such options will accept file names without a file extension.
77   The extension is automatically appended in such a case.
78   When multiple input formats are accepted, such as a generic structure format,
79   the directory will be searched for files of each type with the supplied or
80   default name. When no file with a recognized extension is found, an error is given.
81   For output files with multiple formats, a default file type will be used.
82
83   Some file formats can also be read from compressed (:file:`.Z` or
84   :file:`.gz`) formats.
85 enum options
86   Enumerated options (enum) should be used with one of the arguments listed in
87   the option description. The argument may be abbreviated, and the first match
88   to the shortest argument in the list will be selected.
89 vector options
90   Some options accept a vector of values.  Either 1 or 3 parameters can be
91   supplied; when only one parameter is supplied the two other values are also
92   set to this value.
93 selection options
94   See :doc:`/onlinehelp/selections`.
95
96 Commands by name
97 ----------------
98
99 .. include:: /fragments/byname.rst
100
101 Commands by topic
102 -----------------
103
104 .. include:: /fragments/bytopic.rst
105
106 Special topics
107 --------------
108
109 The information in these topics is also accessible through
110 :samp:`gmx help {topic}` on the command line.
111
112 Selection syntax and usage
113 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
114
115 .. toctree::
116
117    /onlinehelp/selections
118
119 .. _command-changes:
120
121 Command changes between versions
122 --------------------------------
123
124 Starting from |Gromacs| 5.0, some of the analysis commands (and a few other
125 commands as well) have changed significantly.
126
127 One main driver for this has been that many new tools mentioned below now
128 accept selections through one or more command-line options instead of prompting
129 for a static index group.  To take full advantage of selections, the interface
130 to the commands has changed somewhat, and some previous command-line options
131 are no longer present as the same effect can be achieved with suitable
132 selections.
133 Please see :doc:`/onlinehelp/selections` additional information on how to use
134 selections.
135
136 In the process, some old analysis commands have been removed in favor of more
137 powerful functionality that is available through an alternative tool.
138 For removed or replaced commands, this page documents how to perform the same
139 tasks with new tools.
140 For new commands, a brief note on the available features is given.  See the
141 linked help for the new commands for a full description.
142
143 This section lists only major changes; minor changes like additional/removed
144 options or bug fixes are not typically included.
145
146 For more information about changed features, please check out the
147 :ref:`release notes <release-notes>`.
148
149 Version 2018
150 ^^^^^^^^^^^^
151
152 gmx trajectory
153 ..............
154
155 **new**
156
157 :ref:`gmx trajectory` has been introduced as a selection-enabled version of
158 :ref:`gmx traj`.  It supports output of coordinates, velocities, and/or forces
159 for positions calculated for selections.
160
161 Version 2016
162 ^^^^^^^^^^^^
163
164 Analysis on arbitrary subsets of atoms
165 ......................................
166
167 Tools implemented in the new analysis framework can now operate upon trajectories
168 that match only a subset of the atoms in the input structure file.
169
170 gmx insert-molecules
171 ....................
172
173 **improved**
174
175 :ref:`gmx insert-molecules` has gained an option ``-replace`` that makes it
176 possible to insert molecules into a solvated configuration, replacing any
177 overlapping solvent atoms.  In a fully solvated box, it is also possible to
178 insert into a certain region of the solvent only by selecting a subset of the
179 solvent atoms (``-replace`` takes a selection that can also contain expressions
180 like ``not within 1 of ...``).
181
182 gmx rdf
183 .......
184
185 **improved**
186
187 The normalization for the output RDF can now also be the radial number density.
188
189 gmx genconf
190 ...........
191
192 **simplified**
193
194 Removed ``-block``, ``-sort`` and ``-shuffle``.
195
196 Version 5.1
197 ^^^^^^^^^^^
198
199 General
200 .......
201
202 Symbolic links from 5.0 are no longer supported.  The only way to invoke a
203 command is through :samp:`gmx {<command>}`.
204
205 gmx pairdist
206 ............
207
208 **new**
209
210 :ref:`gmx pairdist` has been introduced as a selection-enabled replacement for
211 :ref:`gmx mindist` (``gmx mindist`` still exists unchanged).  It can calculate
212 min/max pairwise distances between a pair of selections, including, e.g.,
213 per-residue minimum distances or distances from a single point to a set of
214 residue-centers-of-mass.
215
216 gmx rdf
217 .......
218
219 **rewritten**
220
221 :ref:`gmx rdf` has been rewritten for 5.1 to use selections for specifying the
222 points from which the RDFs are calculated.  The interface is mostly the same,
223 except that there are new command-line options to specify the selections.
224 The following additional changes have been made:
225
226 * ``-com`` and ``-rdf`` options have been removed.  Equivalent functionality is
227   available through selections:
228
229   * ``-com`` can be replaced with a :samp:`com of {<selection>}` as the
230     reference selection.
231   * ``-rdf`` can be replaced with a suitable set of selections (e.g.,
232     :samp:`res_com of {<selection>}`) and/or using ``-seltype``.
233
234 * ``-rmax`` option is added to specify a cutoff for the RDFs.  If set to a
235   value that is significantly smaller than half the box size, it can speed up
236   the calculation significantly if a grid-based neighborhood search can be
237   used.
238 * ``-hq`` and ``-fade`` options have been removed, as they are simply
239   postprocessing steps on the raw numbers that can be easily done after the
240   analysis.
241
242 Version 5.0
243 ^^^^^^^^^^^
244
245 General
246 .......
247
248 Version 5.0 introduced the :command:`gmx` wrapper binary.
249 For backwards compatibility, this version still creates symbolic links by default for
250 old tools: e.g., ``g_order <options>`` is equivalent to ``gmx order <options>``, and
251 ``g_order`` is simply a symbolic link on the file system.
252
253 g_bond
254 ......
255
256 **replaced**
257
258 This tool has been removed in 5.0. A replacement is :ref:`gmx distance`.
259
260 You can provide your existing index file to :ref:`gmx distance`, and it will
261 calculate the same distances.  The differences are:
262
263 * ``-blen`` and ``-tol`` options have different default values.
264 * You can control the output histogram with ``-binw``.
265 * ``-aver`` and ``-averdist`` options are not present.  Instead, you can choose
266   between the different things to calculate using ``-oav`` (corresponds to
267   ``-d`` with ``-averdist``), ``-oall`` (corresponds to ``-d`` without
268   ``-averdist``), ``-oh`` (corresponds to ``-o`` with ``-aver``), and
269   ``-oallstat`` (corresponds to ``-l`` without ``-aver``).
270
271 You can produce any combination of output files.  Compared to ``g_bond``,
272 ``gmx distance -oall`` is currently missing labels for the output columns.
273
274 g_dist
275 ......
276
277 **replaced**
278
279 This tool has been removed in 5.0.  A replacement is :ref:`gmx distance` (for
280 most options) or :ref:`gmx select` (for ``-dist`` or ``-lt``).
281
282 If you had index groups A and B in :file:`index.ndx` for ``g_dist``, you can use the
283 following command to compute the same distance with ``gmx distance``::
284
285   gmx distance -n index.ndx -select 'com of group "A" plus com of group "B"' -oxyz -oall
286
287 The ``-intra`` switch is replaced with ``-nopbc``.
288
289 If you used ``-dist D``, you can do the same calculation with ``gmx select``::
290
291   gmx select -n index.ndx -select 'group "B" and within D of com of group "A"' -on/-oi/-os/-olt
292
293 You can select the output option that best suits your post-processing needs
294 (``-olt`` is a replacement for ``g_dist -dist -lt``)
295
296 gmx distance
297 ............
298
299 **new**
300
301 :ref:`gmx distance` has been introduced as a selection-enabled replacement for
302 various tools that computed distances between fixed pairs of atoms (or
303 centers-of-mass of groups).  It has a combination of the features of ``g_bond``
304 and ``g_dist``, allowing computation of one or multiple distances, either
305 between atom-atom pairs or centers-of-mass of groups, and providing a
306 combination of output options that were available in one of the tools.
307
308 gmx gangle
309 ..........
310
311 **new**
312
313 :ref:`gmx gangle` has been introduced as a selection-enabled replacement for
314 ``g_sgangle``.  In addition to supporting atom-atom vectors, centers-of-mass
315 can be used as endpoints of the vectors, and there are a few additional angle
316 types that can be calculated.  The command also has basic support for
317 calculating normal angles between three atoms and/or centers-of-mass, making it
318 a partial replacement for :ref:`gmx angle` as well.
319
320 gmx protonate
321 .............
322
323 **replaced**
324
325 This was a very old tool originally written for united atom force fields,
326 where it was necessary to generate all hydrogens after running a trajectory
327 in order to calculate e.g. distance restraint violations. The functionality
328 to simply protonate a structure is available in :ref:`gmx pdb2gmx`. 
329 If there is significant interest, we might reintroduce it after moving to new
330 topology formats in the future.
331
332 gmx freevolume
333 ..............
334
335 **new**
336
337 This tool has been introduced in 5.0.  It uses a Monte Carlo sampling method to
338 calculate the fraction of free volume within the box (using a probe of a given
339 size).
340
341 g_sas
342 .....
343
344 **rewritten**
345
346 This tool has been rewritten in 5.0, and renamed to :ref:`gmx sasa` (the
347 underlying surface area calculation algorithm is still the same).
348
349 The main difference in the new tool is support for selections.  Instead of
350 prompting for an index group, a (potentially dynamic) selection for the
351 calculation can be given with ``-surface``.  Any number of output groups can be
352 given with ``-output``, allowing multiple parts of the surface area to be
353 computed in a single run.  The total area of the ``-surface`` group is now
354 always calculated.
355
356 The tool no longer automatically divides the surface into hydrophobic and
357 hydrophilic areas, and there is no ``-f_index`` option.  The same effects can
358 be obtained by defining suitable selections for ``-output``.  If you want
359 output that contains the same numbers as with the old tool for a calculation
360 group ``A`` and output group ``B``, you can use ::
361
362   gmx sasa -surface 'group "A"' -output '"Hydrophobic" group "A" and charge {-0.2 to 0.2}; "Hydrophilic" group "B" and not charge {-0.2 to 0.2}; "Total" group "B"'
363
364 Solvation free energy estimates are now calculated only if separately requested
365 with ``-odg``, and are written into a separate file.
366
367 Output option ``-i`` for a position restraint file is not currently implemented
368 in the new tool, but would not be very difficult to add if requested.
369
370 g_sgangle
371 .........
372
373 **replaced**
374
375 This tool has been removed in 5.0.  A replacement is :ref:`gmx gangle` (for
376 angle calculation) and :ref:`gmx distance` (for ``-od``, ``-od1``, ``-od2``).
377
378 If you had index groups A and B in index.ndx for ``g_sgangle``, you can use the
379 following command to compute the same angle with ``gmx gangle``::
380
381   gmx gangle -n index.ndx -g1 vector/plane -group1 'group "A"' -g2 vector/plane -group2 'group "B"' -oav
382
383 You need to select either ``vector`` or ``plane`` for the ``-g1`` and ``-g2``
384 options depending on which one your index groups specify.
385
386 If you only had a single index group A in index.ndx and you used ``g_sgangle``
387 ``-z`` or ``-one``, you can use::
388
389   gmx gangle -n index.ndx -g1 vector/plane -group1 'group "A"' -g2 z/t0 -oav
390
391 For the distances, you can use :ref:`gmx distance` to compute one or more
392 distances as you want.  Both distances between centers of groups or individual
393 atoms are supported using the new selection syntax.
394
395 genbox
396 ......
397
398 This tool has been split to :ref:`gmx solvate` and :ref:`gmx insert-molecules`.
399
400 tpbconv
401 .......
402
403 This tool has been renamed :ref:`gmx convert-tpr`.