src/gromacs/awh/tests/biasstate.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2017,2018, 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 #include "gmxpre.h"
  36
  37 #include "gromacs/awh/biasstate.h"
  38
  39 #include <cmath>
  40
  41 #include <memory>
  42 #include <vector>
  43
  44 #include <gmock/gmock.h>
  45 #include <gtest/gtest.h>
  46
  47 #include "gromacs/awh/grid.h"
  48 #include "gromacs/awh/pointstate.h"
  49 #include "gromacs/math/functions.h"
  50 #include "gromacs/mdtypes/awh-params.h"
  51 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  52
  53 #include "testutils/testasserts.h"
  54 #include "testutils/testfilemanager.h"
  55
  56 namespace gmx
  57 {
  58
  59 namespace test
  60 {
  61
  62 /*! \internal \brief
  63  * Struct that gathers all input for setting up and using a Bias
  64  */
  65 struct AwhTestParameters
  66 {
  67     double        beta;            //!< 1/(kB*T)
  68
  69     AwhDimParams  awhDimParams[2]; //!< Dimension parameters pointed to by \p awhBiasParams
  70     AwhBiasParams awhBiasParams;   //!< Bias parameters pointed to by \[ awhParams
  71     AwhParams     awhParams;       //!< AWH parameters, this is the struct to actually use
  72 };
  73
  74 //! Helper function to set up the C-style AWH parameters for the test
  75 static AwhTestParameters getAwhTestParameters()
  76 {
  77     AwhTestParameters params;
  78
  79     params.beta = 1.0;
  80
  81     AwhParams     &awhParams      = params.awhParams;
  82     snew(params.awhParams.awhBiasParams, 1);
  83     AwhBiasParams &awhBiasParams  = params.awhParams.awhBiasParams[0];
  84     snew(awhBiasParams.dimParams, 2);
  85
  86     AwhDimParams  &awhDimParams0  = awhBiasParams.dimParams[0];
  87
  88     awhDimParams0.period          = 0;
  89     awhDimParams0.diffusion       = 0.1;
  90     awhDimParams0.origin          = 0.5;
  91     awhDimParams0.end             = 1.5;
  92     awhDimParams0.coordValueInit  = awhDimParams0.origin;
  93     awhDimParams0.coverDiameter   = 0;
  94
  95     AwhDimParams &awhDimParams1   = awhBiasParams.dimParams[1];
  96
  97     awhDimParams1.period          = 0;
  98     awhDimParams1.diffusion       = 0.1;
  99     awhDimParams1.origin          = 0.8;
 100     awhDimParams1.end             = 1.3;
 101     awhDimParams1.coordValueInit  = awhDimParams1.origin;
 102     awhDimParams1.coverDiameter   = 0;
 103
 104     awhBiasParams.ndim                 = 2;
 105     awhBiasParams.eTarget              = eawhtargetCONSTANT;
 106     awhBiasParams.targetBetaScaling    = 0;
 107     awhBiasParams.targetCutoff         = 0;
 108     awhBiasParams.eGrowth              = eawhgrowthLINEAR;
 109     awhBiasParams.bUserData            = TRUE;
 110     awhBiasParams.errorInitial         = 0.5;
 111     awhBiasParams.shareGroup           = 0;
 112     awhBiasParams.equilibrateHistogram = FALSE;
 113
 114     awhParams.numBias                    = 1;
 115     awhParams.seed                       = 93471803;
 116     awhParams.nstOut                     = 0;
 117     awhParams.nstSampleCoord             = 1;
 118     awhParams.numSamplesUpdateFreeEnergy = 10;
 119     awhParams.ePotential                 = eawhpotentialCONVOLVED;
 120     awhParams.shareBiasMultisim          = FALSE;
 121
 122     return params;
 123 }
 124
 125 /*! \brief Test fixture for testing Bias updates
 126  */
 127 class BiasStateTest : public ::testing::TestWithParam<const char *>
 128 {
 129     public:
 130         std::unique_ptr<BiasState> biasState_;  //!< The bias state
 131
 132         //! Constructor
 133         BiasStateTest()
 134         {
 135             AwhTestParameters       params        = getAwhTestParameters();
 136             const AwhParams        &awhParams     = params.awhParams;
 137             const AwhBiasParams    &awhBiasParams = awhParams.awhBiasParams[0];
 138             std::vector<DimParams>  dimParams;
 139             dimParams.push_back(DimParams(1.0, 15.0, params.beta));
 140             dimParams.push_back(DimParams(1.0, 15.0, params.beta));
 141             Grid                    grid(dimParams, awhBiasParams.dimParams);
 142             BiasParams              biasParams(awhParams, awhBiasParams, dimParams, 1.0, 1.0, BiasParams::DisableUpdateSkips::no, 1, grid.axis(), 0);
 143             biasState_ = std::unique_ptr<BiasState>(new BiasState(awhBiasParams, 1.0, dimParams, grid));
 144
 145             // Here we initialize the grid point state using the input file
 146             std::string             filename = gmx::test::TestFileManager::getInputFilePath(GetParam());
 147             biasState_->initGridPointState(awhBiasParams, dimParams, grid, biasParams, filename, params.awhParams.numBias);
 148
 149             sfree(params.awhParams.awhBiasParams[0].dimParams);
 150             sfree(params.awhParams.awhBiasParams);
 151         }
 152 };
 153
 154 TEST_P(BiasStateTest, InitializesFromFile)
 155 {
 156     gmx::ArrayRef<const PointState> points = biasState_->points();
 157
 158     /* Compute the mean square deviation from the expected values in the file.
 159      * The PMF values are spaced by 0.5 per points and logPmfsum has opposite sign.
 160      * The target is (index + 1)/120.
 161      */
 162     double msdPmf    = 0;
 163     for (index i = 0; i < points.size(); i++)
 164     {
 165         msdPmf += gmx::square(points[i].logPmfSum() - points[0].logPmfSum() + 0.5*i) / points.size();
 166         EXPECT_DOUBLE_EQ(points[i].target(), (i + 1)/120.0);
 167     }
 168
 169     EXPECT_NEAR(0.0, msdPmf, 1e-31);
 170 }
 171
 172 // Test that Bias initialization open and reads the correct initialization
 173 // files and the the correct PMF and target distribution is set.
 174 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(WithParameters, BiasStateTest,
 175                             ::testing::Values("pmf_target_format0.xvg",
 176                                               "pmf_target_format1.xvg"));
 177
 178 } // namespace
 179 } // namespace