src/gmxlib/random.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
   6  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012,2013, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  39 #include <config.h>
  40 #endif
  41
  42 #include <math.h>
  43 #include "sysstuff.h"
  44 #include "smalloc.h"
  45 #include "physics.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "vec.h"
  48 #include "gmx_random.h"
  49 #include "random.h"
  50 #include "mtop_util.h"
  51
  52 static void low_mspeed(real tempi,
  53                        gmx_mtop_t *mtop,rvec v[], gmx_rng_t rng)
  54 {
  55   int  i,m,nrdf;
  56   real boltz,sd;
  57   real ekin,temp,mass,scal;
  58   gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
  59   t_atom *atom;
  60
  61   boltz=BOLTZ*tempi;
  62   ekin=0.0;
  63   nrdf=0;
  64   aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
  65   while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop,&i,&atom)) {
  66     mass = atom->m;
  67     if (mass > 0) {
  68       sd=sqrt(boltz/mass);
  69       for (m=0; (m<DIM); m++) {
  70         v[i][m]=sd*gmx_rng_gaussian_real(rng);
  71         ekin += 0.5*mass*v[i][m]*v[i][m];
  72       }
  73       nrdf += DIM;
  74     }
  75   }
  76   temp=(2.0*ekin)/(nrdf*BOLTZ);
  77   if (temp > 0) {
  78     scal=sqrt(tempi/temp);
  79     for(i=0; (i<mtop->natoms); i++)
  80       for(m=0; (m<DIM); m++)
  81         v[i][m]*=scal;
  82   }
  83   fprintf(stderr,"Velocities were taken from a Maxwell distribution at %g K\n",
  84           tempi);
  85   if (debug) {
  86     fprintf(debug,
  87             "Velocities were taken from a Maxwell distribution\n"
  88             "Initial generated temperature: %12.5e (scaled to: %12.5e)\n",
  89             temp,tempi);
  90   }
  91 }
  92
  93 void maxwell_speed(real tempi,int seed,gmx_mtop_t *mtop, rvec v[])
  94 {
  95   atom_id *dummy;
  96   int     i;
  97   gmx_rng_t rng;
  98
  99   if (seed == -1) {
 100     seed = make_seed();
 101     fprintf(stderr,"Using random seed %d for generating velocities\n",seed);
 102   }
 103
 104   rng = gmx_rng_init(seed);
 105
 106   low_mspeed(tempi,mtop,v,rng);
 107
 108   gmx_rng_destroy(rng);
 109 }
 110
 111 real calc_cm(FILE *log,int natoms,real mass[],rvec x[],rvec v[],
 112              rvec xcm,rvec vcm,rvec acm,matrix L)
 113 {
 114   rvec dx,a0;
 115   real tm,m0;
 116   int  i,m;
 117
 118   clear_rvec(xcm);
 119   clear_rvec(vcm);
 120   clear_rvec(acm);
 121   tm=0.0;
 122   for(i=0; (i<natoms); i++) {
 123     m0=mass[i];
 124     tm+=m0;
 125     cprod(x[i],v[i],a0);
 126     for(m=0; (m<DIM); m++) {
 127       xcm[m]+=m0*x[i][m]; /* c.o.m. position */
 128       vcm[m]+=m0*v[i][m]; /* c.o.m. velocity */
 129       acm[m]+=m0*a0[m];   /* rotational velocity around c.o.m. */
 130     }
 131   }
 132   cprod(xcm,vcm,a0);
 133   for(m=0; (m<DIM); m++) {
 134     xcm[m]/=tm;
 135     vcm[m]/=tm;
 136     acm[m]-=a0[m]/tm;
 137   }
 138
 139 #define PVEC(str,v) fprintf(log,\
 140                             "%s[X]: %10.5e  %s[Y]: %10.5e  %s[Z]: %10.5e\n", \
 141                            str,v[0],str,v[1],str,v[2])
 142 #ifdef DEBUG
 143   PVEC("xcm",xcm);
 144   PVEC("acm",acm);
 145   PVEC("vcm",vcm);
 146 #endif
 147
 148   clear_mat(L);
 149   for(i=0; (i<natoms); i++) {
 150     m0=mass[i];
 151     for(m=0; (m<DIM); m++)
 152       dx[m]=x[i][m]-xcm[m];
 153     L[XX][XX]+=dx[XX]*dx[XX]*m0;
 154     L[XX][YY]+=dx[XX]*dx[YY]*m0;
 155     L[XX][ZZ]+=dx[XX]*dx[ZZ]*m0;
 156     L[YY][YY]+=dx[YY]*dx[YY]*m0;
 157     L[YY][ZZ]+=dx[YY]*dx[ZZ]*m0;
 158     L[ZZ][ZZ]+=dx[ZZ]*dx[ZZ]*m0;
 159   }
 160 #ifdef DEBUG
 161   PVEC("L-x",L[XX]);
 162   PVEC("L-y",L[YY]);
 163   PVEC("L-z",L[ZZ]);
 164 #endif
 165
 166   return tm;
 167 }
 168
 169 void stop_cm(FILE *log,int natoms,real mass[],rvec x[],rvec v[])
 170 {
 171   rvec   xcm,vcm,acm;
 172   tensor L;
 173   int    i,m;
 174
 175 #ifdef DEBUG
 176   fprintf(log,"stopping center of mass motion...\n");
 177 #endif
 178   (void)calc_cm(log,natoms,mass,x,v,xcm,vcm,acm,L);
 179
 180   /* Subtract center of mass velocity */
 181   for(i=0; (i<natoms); i++)
 182     for(m=0; (m<DIM); m++)
 183       v[i][m]-=vcm[m];
 184
 185 #ifdef DEBUG
 186   (void)calc_cm(log,natoms,mass,x,v,xcm,vcm,acm,L);
 187 #endif
 188 }