src/contrib/ehanal.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.3.3
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2008, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Groningen Machine for Chemical Simulation
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include <stdlib.h>
  40 #include <math.h>
  41 #include <string.h>
  42 #include "typedefs.h"
  43 #include "smalloc.h"
  44 #include "macros.h"
  45 #include "statutil.h"
  46 #include "gmx_fatal.h"
  47 #include "random.h"
  48 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  49 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  50 #include "physics.h"
  51 #include "xvgr.h"
  52 #include "vec.h"
  53 #include "names.h"
  54 #include "ehdata.h"
  55 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  56
  57 t_histo *init_histo(int np,real minx,real maxx)
  58 {
  59   t_histo *h;
  60
  61   snew(h,1);
  62   snew(h->y,np+1);
  63   snew(h->nh,np+1);
  64   h->np   = np;
  65   if (maxx <= minx)
  66     gmx_fatal(FARGS,"minx (%f) should be less than maxx (%f) in init_histo",minx,maxx);
  67   h->minx = minx;
  68   h->maxx = maxx;
  69   h->dx_1 = np/(maxx-minx);
  70   h->dx   = (maxx-minx)/np;
  71
  72   return h;
  73 }
  74
  75 void done_histo(t_histo *h)
  76 {
  77   sfree(h->y);
  78   sfree(h->nh);
  79   h->np = 0;
  80 }
  81
  82 void add_histo(t_histo *h,real x,real y)
  83 {
  84   int n;
  85
  86   n = (x-h->minx)*h->dx_1;
  87   if ((n < 0) || (n > h->np))
  88     gmx_fatal(FARGS,"Invalid x (%f) in add_histo. Should be in %f - %f",x,h->minx,h->maxx);
  89   h->y[n] += y;
  90   h->nh[n]++;
  91 }
  92
  93 void dump_histo(t_histo *h,char *fn,char *title,char *xaxis,char *yaxis,
  94                 int enorm,real norm_fac)
  95 {
  96   FILE *fp;
  97   int  i,nn;
  98
  99   for(nn=h->np; (nn > 0); nn--)
 100     if (h->nh[nn] != 0)
 101       break;
 102   for(i=0; (i<nn); i++)
 103     if (h->nh[i] > 0)
 104       break;
 105   fp = xvgropen(fn,title,xaxis,yaxis);
 106   for(  ; (i<nn); i++) {
 107     switch (enorm) {
 108     case enormNO:
 109       fprintf(fp,"%12f  %12f  %d\n",h->minx+h->dx*i,h->y[i],h->nh[i]);
 110       break;
 111     case enormFAC:
 112       fprintf(fp,"%12f  %12f  %d\n",h->minx+h->dx*i,h->y[i]*norm_fac,h->nh[i]);
 113       break;
 114     case enormNP:
 115       if (h->nh[i] > 0)
 116         fprintf(fp,"%12f  %12f  %d\n",
 117                 h->minx+h->dx*i,h->y[i]*norm_fac/h->nh[i],h->nh[i]);
 118       break;
 119     default:
 120       gmx_fatal(FARGS,"Wrong value for enorm (%d)",enorm);
 121     }
 122   }
 123   ffclose(fp);
 124 }
 125
 126 /*******************************************************************
 127  *
 128  * Functions to analyse and monitor scattering
 129  *
 130  *******************************************************************/
 131
 132 void add_scatter_event(t_ana_scat *scatter,rvec pos,gmx_bool bInel,
 133                        real t,real ekin)
 134 {
 135   int np = scatter->np;
 136
 137   if (np == scatter->maxp) {
 138     scatter->maxp += 32;
 139     srenew(scatter->time,scatter->maxp);
 140     srenew(scatter->ekin,scatter->maxp);
 141     srenew(scatter->bInel,scatter->maxp);
 142     srenew(scatter->pos,scatter->maxp);
 143   }
 144   scatter->time[np]  = t;
 145   scatter->bInel[np] = np;
 146   scatter->ekin[np]  = ekin;
 147   copy_rvec(pos,scatter->pos[np]);
 148   scatter->np++;
 149 }
 150
 151 void reset_ana_scat(t_ana_scat *scatter)
 152 {
 153   scatter->np = 0;
 154 }
 155
 156 void done_scatter(t_ana_scat *scatter)
 157 {
 158   scatter->np = 0;
 159   sfree(scatter->time);
 160   sfree(scatter->ekin);
 161   sfree(scatter->bInel);
 162   sfree(scatter->pos);
 163 }
 164
 165 void analyse_scatter(t_ana_scat *scatter,t_histo *hmfp)
 166 {
 167   int   i,n;
 168   rvec  dx;
 169
 170   if (scatter->np > 1) {
 171     for(i=1; (i<scatter->np); i++) {
 172       rvec_sub(scatter->pos[i],scatter->pos[i-1],dx);
 173       add_histo(hmfp,scatter->ekin[i],norm(dx));
 174     }
 175   }
 176 }
 177
 178 /*******************************************************************
 179  *
 180  * Functions to analyse structural changes
 181  *
 182  *******************************************************************/
 183
 184 t_ana_struct *init_ana_struct(int nstep,int nsave,real timestep,
 185                               int maxparticle)
 186 {
 187   t_ana_struct *anal;
 188
 189   snew(anal,1);
 190   anal->nanal = 1.2*((nstep / nsave)+1);
 191   anal->index = 0;
 192   anal->dt    = nsave*timestep;
 193   snew(anal->t,anal->nanal);
 194   snew(anal->maxdist,anal->nanal);
 195   snew(anal->d2_com,anal->nanal);
 196   snew(anal->d2_origin,anal->nanal);
 197   snew(anal->nion,anal->nanal);
 198   anal->nstruct   = 1;
 199   anal->nparticle = 1;
 200   anal->maxparticle = maxparticle;
 201   snew(anal->q,1);
 202   snew(anal->x,1);
 203   snew(anal->x[0],maxparticle);
 204
 205   return anal;
 206 }
 207
 208 void done_ana_struct(t_ana_struct *anal)
 209 {
 210   int i;
 211
 212   sfree(anal->t);
 213   sfree(anal->maxdist);
 214   sfree(anal->d2_com);
 215   sfree(anal->d2_origin);
 216   sfree(anal->nion);
 217   sfree(anal->q);
 218   for(i=0; (i<anal->nstruct); i++)
 219     sfree(anal->x[i]);
 220   sfree(anal->x);
 221 }
 222
 223 void reset_ana_struct(t_ana_struct *anal)
 224 {
 225   int i;
 226
 227   for(i=0; (i<anal->nanal); i++) {
 228     anal->t[i] = 0;
 229     anal->maxdist[i] = 0;
 230     clear_rvec(anal->d2_com[i]);
 231     clear_rvec(anal->d2_origin[i]);
 232     anal->nion[i] = 0;
 233   }
 234   anal->index = 0;
 235 }
 236
 237 void add_ana_struct(t_ana_struct *total,t_ana_struct *add)
 238 {
 239   int i,m;
 240
 241   if (total->index == 0)
 242     total->index = add->index;
 243   else if (total->index != add->index)
 244     gmx_fatal(FARGS,"Analysis incompatible (total: %d, add: %d) %s, %d",
 245                 total->index,add->index,__FILE__,__LINE__);
 246   for(i=0; (i<total->index); i++) {
 247     if (total->t[i] == 0)
 248       total->t[i] = add->t[i];
 249     else if (total->t[i] != add->t[i])
 250       gmx_fatal(FARGS,"Inconsistent times in analysis (%f-%f) %s, %d",
 251                   total->t[i],add->t[i],__FILE__,__LINE__);
 252     if (add->maxdist[i] > total->maxdist[i])
 253       total->maxdist[i]  = add->maxdist[i];
 254     for(m=0; (m<DIM); m++) {
 255       total->d2_com[i][m]    += add->d2_com[i][m]/add->nion[i];
 256       total->d2_origin[i][m] += add->d2_origin[i][m]/add->nion[i];
 257     }
 258     total->nion[i]     += add->nion[i];
 259   }
 260 }
 261
 262 static void do_add_struct(t_ana_struct *anal,int nparticle,rvec x[])
 263 {
 264   int i,j;
 265
 266   if (nparticle > anal->nparticle) {
 267     for(i=0; (i<anal->nstruct); i++) {
 268       for(j=anal->nparticle; (j<nparticle); j++)
 269         copy_rvec(x[j],anal->x[i][j]);
 270     }
 271   }
 272   anal->nparticle=nparticle;
 273   srenew(anal->x,anal->nstruct+1);
 274   snew(anal->x[anal->nstruct],anal->maxparticle);
 275   for(j=0; (j<nparticle); j++)
 276     copy_rvec(x[j],anal->x[anal->nstruct][j]);
 277   anal->nstruct++;
 278 }
 279
 280 void analyse_structure(t_ana_struct *anal,real t,rvec center,
 281                        rvec x[],int nparticle,real charge[])
 282 {
 283   int  i,j,m,nel,n=0;
 284   rvec dx,com;
 285   real dx2,dx1;
 286
 287   j = anal->index;
 288   if (j >= anal->nanal)
 289     gmx_fatal(FARGS,"Too many points in analyse_structure");
 290   anal->t[j]       = t;
 291   anal->maxdist[j] = 0;
 292   clear_rvec(com);
 293   nel = 0;
 294   for(i=0; (i<nparticle); i++) {
 295     if (charge[i] < 0) {
 296       rvec_inc(com,x[i]);
 297       nel++;
 298     }
 299   }
 300   if (nel > 0)
 301     for(m=0; (m<3); m++)
 302       com[m] /= nel;
 303   for(i=0; (i<nparticle); i++) {
 304     if (charge[i] < 0) {
 305       rvec_sub(x[i],com,dx);
 306       for(m=0; (m<DIM); m++) {
 307         anal->d2_com[j][m]    += sqr(dx[m]);
 308         anal->d2_origin[j][m] += sqr(x[i][m]);
 309       }
 310       dx2 = iprod(x[i],x[i]);
 311       dx1 = sqrt(dx2);
 312       if (dx1 > anal->maxdist[j])
 313         anal->maxdist[j] = dx1;
 314       n++;
 315     }
 316   }
 317   do_add_struct(anal,nparticle,x);
 318   anal->nion[j] = n;
 319   anal->index++;
 320 }
 321
 322 void dump_ana_struct(char *rmax,char *nion,char *gyr_com,char *gyr_origin,
 323                      t_ana_struct *anal,int nsim)
 324 {
 325   FILE *fp,*gp,*hp,*kp;
 326   int  i,j;
 327   real t,d2;
 328   char *legend[] = { "Rg", "RgX", "RgY", "RgZ" };
 329
 330   fp = xvgropen(rmax,"rmax","Time (fs)","r (nm)");
 331   gp = xvgropen(nion,"N ion","Time (fs)","N ions");
 332   hp = xvgropen(gyr_com,"Radius of gyration wrt. C.O.M.",
 333                 "Time (fs)","Rg (nm)");
 334   xvgr_legend(hp,asize(legend),legend);
 335   kp = xvgropen(gyr_origin,"Radius of gyration wrt. Origin",
 336                 "Time (fs)","Rg (nm)");
 337   xvgr_legend(kp,asize(legend),legend);
 338   for(i=0; (i<anal->index); i++) {
 339     t = 1000*anal->t[i];
 340     fprintf(fp,"%12g  %10.3f\n",t,anal->maxdist[i]);
 341     fprintf(gp,"%12g  %10.3f\n",t,(1.0*anal->nion[i])/nsim-1);
 342     d2 = anal->d2_com[i][XX] + anal->d2_com[i][YY] + anal->d2_com[i][ZZ];
 343     fprintf(hp,"%12g  %10.3f  %10.3f  %10.3f  %10.3f\n",
 344             t,sqrt(d2/nsim),
 345             sqrt(anal->d2_com[i][XX]/nsim),
 346             sqrt(anal->d2_com[i][YY]/nsim),
 347             sqrt(anal->d2_com[i][ZZ]/nsim));
 348     d2 = anal->d2_origin[i][XX] + anal->d2_origin[i][YY] + anal->d2_origin[i][ZZ];
 349     fprintf(kp,"%12g  %10.3f  %10.3f  %10.3f  %10.3f\n",
 350             t,sqrt(d2/nsim),
 351             sqrt(anal->d2_origin[i][XX]/nsim),
 352             sqrt(anal->d2_origin[i][YY]/nsim),
 353             sqrt(anal->d2_origin[i][ZZ]/nsim));
 354   }
 355   ffclose(hp);
 356   ffclose(gp);
 357   ffclose(fp);
 358   ffclose(kp);
 359 }
 360
 361 void dump_as_pdb(char *pdb,t_ana_struct *anal)
 362 {
 363   FILE *kp;
 364   int  i,j;
 365   real t;
 366
 367   kp = ffopen(pdb,"w");
 368   for(i=0; (i<anal->nstruct); i++) {
 369     t = 1000*anal->t[i];
 370     fprintf(kp,"MODEL  %d  time %g fs\n",i+1,t);
 371     for(j=0; (j<anal->nparticle); j++) {
 372       fprintf(kp,get_pdbformat(),"ATOM",i+1,(j < anal->nion[i]) ? "O" : "N",
 373               "PLS",' ',1,
 374               anal->x[i][j][XX]/100,
 375               anal->x[i][j][YY]/100,
 376               anal->x[i][j][ZZ]/100);
 377       fprintf(kp,"\n");
 378     }
 379     fprintf(kp,"ENDMDL\n");
 380   }
 381   ffclose(kp);
 382 }
 383
 384 char *enms[eNR] = {
 385   "Coulomb", "Repulsion", "Potential",
 386   "EkHole",  "EkElectron", "EkLattice", "Kinetic",
 387   "Total"
 388 };
 389
 390 void add_ana_ener(t_ana_ener *ae,int nn,real e[])
 391 {
 392   int i;
 393
 394   /* First time around we are constantly increasing the array size */
 395   if (nn >= ae->nx) {
 396     if (ae->nx == ae->maxx) {
 397       ae->maxx += 1024;
 398       srenew(ae->e,ae->maxx);
 399     }
 400     for(i=0; (i<eNR); i++)
 401       ae->e[ae->nx][i] = e[i];
 402     ae->nx++;
 403   }
 404   else {
 405     for(i=0; (i<eNR); i++)
 406       ae->e[nn][i] += e[i];
 407   }
 408 }
 409
 410 void dump_ana_ener(t_ana_ener *ae,int nsim,real dt,char *edump,
 411                    t_ana_struct *total)
 412 {
 413   FILE *fp;
 414   int  i,j;
 415   real fac;
 416
 417   fac = 1.0/(nsim*ELECTRONVOLT);
 418   fp=xvgropen(edump,"Energies","Time (fs)","E (eV)");
 419   xvgr_legend(fp,eNR,enms);
 420   fprintf(fp,"@ s%d legend \"Ek/Nelec\"\n",eNR);
 421   fprintf(fp,"@ type nxy\n");
 422   for(i=0; (i<ae->nx); i++) {
 423     fprintf(fp,"%10f",1000.0*dt*i);
 424     for(j=0; (j<eNR); j++)
 425       fprintf(fp,"  %8.3f",ae->e[i][j]*fac);
 426     fprintf(fp,"  %8.3f\n",ae->e[i][eELECTRON]/(ELECTRONVOLT*total->nion[i]));
 427   }
 428   fprintf(fp,"&\n");
 429   ffclose(fp);
 430 }
 431