src/gromacs/gmxana/anadih.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  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <string.h>
  44 #include "physics.h"
  45 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  46 #include "macros.h"
  47 #include "txtdump.h"
  48 #include "bondf.h"
  49 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  50 #include "typedefs.h"
  51 #include "vec.h"
  52 #include "gstat.h"
  53 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  54 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  55
  56 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  57
  58 void print_one(const output_env_t oenv, const char *base, const char *name,
  59                const char *title, const char *ylabel, int nf, real time[],
  60                real data[])
  61 {
  62     FILE *fp;
  63     char  buf[256], t2[256];
  64     int   k;
  65
  66     sprintf(buf, "%s%s.xvg", base, name);
  67     fprintf(stderr, "\rPrinting %s  ", buf);
  68     sprintf(t2, "%s %s", title, name);
  69     fp = xvgropen(buf, t2, "Time (ps)", ylabel, oenv);
  70     for (k = 0; (k < nf); k++)
  71     {
  72         fprintf(fp, "%10g  %10g\n", time[k], data[k]);
  73     }
  74     gmx_ffclose(fp);
  75 }
  76
  77 static int calc_RBbin(real phi, int gmx_unused multiplicity, real gmx_unused core_frac)
  78 {
  79     /* multiplicity and core_frac NOT used,
  80      * just given to enable use of pt-to-fn in caller low_ana_dih_trans*/
  81     static const real r30  = M_PI/6.0;
  82     static const real r90  = M_PI/2.0;
  83     static const real r150 = M_PI*5.0/6.0;
  84
  85     if ((phi < r30) && (phi > -r30))
  86     {
  87         return 1;
  88     }
  89     else if ((phi > -r150) && (phi < -r90))
  90     {
  91         return 2;
  92     }
  93     else if ((phi < r150) && (phi > r90))
  94     {
  95         return 3;
  96     }
  97     return 0;
  98 }
  99
 100 static int calc_Nbin(real phi, int multiplicity, real core_frac)
 101 {
 102     static const real r360 = 360*DEG2RAD;
 103     real              rot_width, core_width, core_offset, low, hi;
 104     int               bin;
 105     /* with multiplicity 3 and core_frac 0.5
 106      * 0<g(-)<120, 120<t<240, 240<g(+)<360
 107      * 0< bin0 < 30, 30<bin1<90, 90<bin0<150, 150<bin2<210, 210<bin0<270, 270<bin3<330, 330<bin0<360
 108      * so with multiplicity 3, bin1 is core g(-), bin2 is core t, bin3 is
 109        core g(+), bin0 is between rotamers */
 110     if (phi < 0)
 111     {
 112         phi += r360;
 113     }
 114
 115     rot_width   = 360/multiplicity;
 116     core_width  = core_frac * rot_width;
 117     core_offset = (rot_width - core_width)/2.0;
 118     for (bin = 1; bin <= multiplicity; bin++)
 119     {
 120         low  = ((bin - 1) * rot_width ) + core_offset;
 121         hi   = ((bin - 1) * rot_width ) + core_offset + core_width;
 122         low *= DEG2RAD;
 123         hi  *= DEG2RAD;
 124         if ((phi > low) && (phi < hi))
 125         {
 126             return bin;
 127         }
 128     }
 129     return 0;
 130 }
 131
 132 void ana_dih_trans(const char *fn_trans, const char *fn_histo,
 133                    real **dih, int nframes, int nangles,
 134                    const char *grpname, real *time, gmx_bool bRb,
 135                    const output_env_t oenv)
 136 {
 137     /* just a wrapper; declare extra args, then chuck away at end. */
 138     int      maxchi = 0;
 139     t_dlist *dlist;
 140     int     *multiplicity;
 141     int      nlist = nangles;
 142     int      k;
 143
 144     snew(dlist, nlist);
 145     snew(multiplicity, nangles);
 146     for (k = 0; (k < nangles); k++)
 147     {
 148         multiplicity[k] = 3;
 149     }
 150
 151     low_ana_dih_trans(TRUE, fn_trans, TRUE, fn_histo, maxchi,
 152                       dih, nlist, dlist, nframes,
 153                       nangles, grpname, multiplicity, time, bRb, 0.5, oenv);
 154     sfree(dlist);
 155     sfree(multiplicity);
 156
 157 }
 158
 159 void low_ana_dih_trans(gmx_bool bTrans, const char *fn_trans,
 160                        gmx_bool bHisto, const char *fn_histo, int maxchi,
 161                        real **dih, int nlist, t_dlist dlist[], int nframes,
 162                        int nangles, const char *grpname, int multiplicity[],
 163                        real *time, gmx_bool bRb, real core_frac,
 164                        const output_env_t oenv)
 165 {
 166     FILE *fp;
 167     int  *tr_f, *tr_h;
 168     char  title[256];
 169     int   i, j, k, Dih, ntrans;
 170     int   cur_bin, new_bin;
 171     real  ttime, tt;
 172     real *rot_occ[NROT];
 173     int   (*calc_bin)(real, int, real);
 174     real  dt;
 175
 176     if (1 <= nframes)
 177     {
 178         return;
 179     }
 180     /* Assumes the frames are equally spaced in time */
 181     dt = (time[nframes-1]-time[0])/(nframes-1);
 182
 183     /* Analysis of dihedral transitions */
 184     fprintf(stderr, "Now calculating transitions...\n");
 185
 186     if (bRb)
 187     {
 188         calc_bin = calc_RBbin;
 189     }
 190     else
 191     {
 192         calc_bin = calc_Nbin;
 193     }
 194
 195     for (k = 0; k < NROT; k++)
 196     {
 197         snew(rot_occ[k], nangles);
 198         for (i = 0; (i < nangles); i++)
 199         {
 200             rot_occ[k][i] = 0;
 201         }
 202     }
 203     snew(tr_h, nangles);
 204     snew(tr_f, nframes);
 205
 206     /* dih[i][j] is the dihedral angle i in frame j  */
 207     ntrans = 0;
 208     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 209     {
 210
 211         /*#define OLDIE*/
 212 #ifdef OLDIE
 213         mind = maxd = prev = dih[i][0];
 214 #else
 215         cur_bin = calc_bin(dih[i][0], multiplicity[i], core_frac);
 216         rot_occ[cur_bin][i]++;
 217 #endif
 218         for (j = 1; (j < nframes); j++)
 219         {
 220             new_bin = calc_bin(dih[i][j], multiplicity[i], core_frac);
 221             rot_occ[new_bin][i]++;
 222 #ifndef OLDIE
 223             if (cur_bin == 0)
 224             {
 225                 cur_bin = new_bin;
 226             }
 227             else if ((new_bin != 0) && (cur_bin != new_bin))
 228             {
 229                 cur_bin = new_bin;
 230                 tr_f[j]++;
 231                 tr_h[i]++;
 232                 ntrans++;
 233             }
 234 #else
 235             /* why is all this md rubbish periodic? Remove 360 degree periodicity */
 236             if ( (dih[i][j] - prev) > M_PI)
 237             {
 238                 dih[i][j] -= 2*M_PI;
 239             }
 240             else if ( (dih[i][j] - prev) < -M_PI)
 241             {
 242                 dih[i][j] += 2*M_PI;
 243             }
 244
 245             prev = dih[i][j];
 246
 247             mind = min(mind, dih[i][j]);
 248             maxd = max(maxd, dih[i][j]);
 249             if ( (maxd - mind) > 2*M_PI/3) /* or 120 degrees, assuming       */
 250             {                              /* multiplicity 3. Not so general.*/
 251                 tr_f[j]++;
 252                 tr_h[i]++;
 253                 maxd = mind = dih[i][j]; /* get ready for next transition  */
 254                 ntrans++;
 255             }
 256 #endif
 257         } /* end j */
 258         for (k = 0; k < NROT; k++)
 259         {
 260             rot_occ[k][i] /= nframes;
 261         }
 262     } /* end i */
 263     fprintf(stderr, "Total number of transitions: %10d\n", ntrans);
 264     if (ntrans > 0)
 265     {
 266         ttime = (dt*nframes*nangles)/ntrans;
 267         fprintf(stderr, "Time between transitions:    %10.3f ps\n", ttime);
 268     }
 269
 270     /* new by grs - copy transitions from tr_h[] to dlist->ntr[]
 271      * and rotamer populations from rot_occ to dlist->rot_occ[]
 272      * based on fn histogramming in g_chi. diff roles for i and j here */
 273
 274     j = 0;
 275     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 276     {
 277         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 278         {
 279             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 280                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 281                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 282             {
 283                 /* grs debug  printf("Not OK? i %d j %d Dih %d \n", i, j, Dih) ; */
 284                 dlist[i].ntr[Dih] = tr_h[j];
 285                 for (k = 0; k < NROT; k++)
 286                 {
 287                     dlist[i].rot_occ[Dih][k] = rot_occ[k][j];
 288                 }
 289                 j++;
 290             }
 291         }
 292     }
 293
 294     /* end addition by grs */
 295
 296     if (bTrans)
 297     {
 298         sprintf(title, "Number of transitions: %s", grpname);
 299         fp = xvgropen(fn_trans, title, "Time (ps)", "# transitions/timeframe", oenv);
 300         for (j = 0; (j < nframes); j++)
 301         {
 302             fprintf(fp, "%10.3f  %10d\n", time[j], tr_f[j]);
 303         }
 304         gmx_ffclose(fp);
 305     }
 306
 307     /* Compute histogram from # transitions per dihedral */
 308     /* Use old array */
 309     for (j = 0; (j < nframes); j++)
 310     {
 311         tr_f[j] = 0;
 312     }
 313     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 314     {
 315         tr_f[tr_h[i]]++;
 316     }
 317     for (j = nframes; ((tr_f[j-1] == 0) && (j > 0)); j--)
 318     {
 319         ;
 320     }
 321
 322     ttime = dt*nframes;
 323     if (bHisto)
 324     {
 325         sprintf(title, "Transition time: %s", grpname);
 326         fp = xvgropen(fn_histo, title, "Time (ps)", "#", oenv);
 327         for (i = j-1; (i > 0); i--)
 328         {
 329             if (tr_f[i] != 0)
 330             {
 331                 fprintf(fp, "%10.3f  %10d\n", ttime/i, tr_f[i]);
 332             }
 333         }
 334         gmx_ffclose(fp);
 335     }
 336
 337     sfree(tr_f);
 338     sfree(tr_h);
 339     for (k = 0; k < NROT; k++)
 340     {
 341         sfree(rot_occ[k]);
 342     }
 343
 344 }
 345
 346 void mk_multiplicity_lookup (int *multiplicity, int maxchi,
 347                              int nlist, t_dlist dlist[], int nangles)
 348 {
 349     /* new by grs - for dihedral j (as in dih[j]) get multiplicity from dlist
 350      * and store in multiplicity[j]
 351      */
 352
 353     int  j, Dih, i;
 354     char name[4];
 355
 356     j = 0;
 357     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 358     {
 359         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 360         {
 361             strncpy(name, dlist[i].name, 3);
 362             name[3] = '\0';
 363             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 364                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 365                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 366             {
 367                 /* default - we will correct the rest below */
 368                 multiplicity[j] = 3;
 369
 370                 /* make omegas 2fold, though doesn't make much more sense than 3 */
 371                 if (Dih == edOmega && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i]))))
 372                 {
 373                     multiplicity[j] = 2;
 374                 }
 375
 376                 /* dihedrals to aromatic rings, COO, CONH2 or guanidinium are 2fold*/
 377                 if (Dih > edOmega && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1))
 378                 {
 379                     if ( ((strstr(name, "PHE") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 380                          ((strstr(name, "TYR") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 381                          ((strstr(name, "PTR") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 382                          ((strstr(name, "TRP") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 383                          ((strstr(name, "HIS") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 384                          ((strstr(name, "GLU") != NULL) && (Dih == edChi3))  ||
 385                          ((strstr(name, "ASP") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 386                          ((strstr(name, "GLN") != NULL) && (Dih == edChi3))  ||
 387                          ((strstr(name, "ASN") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 388                          ((strstr(name, "ARG") != NULL) && (Dih == edChi4))  )
 389                     {
 390                         multiplicity[j] = 2;
 391                     }
 392                 }
 393                 j++;
 394             }
 395         }
 396     }
 397     if (j < nangles)
 398     {
 399         fprintf(stderr, "WARNING: not all dihedrals found in topology (only %d out of %d)!\n",
 400                 j, nangles);
 401     }
 402     /* Check for remaining dihedrals */
 403     for (; (j < nangles); j++)
 404     {
 405         multiplicity[j] = 3;
 406     }
 407
 408 }
 409
 410 void mk_chi_lookup (int **lookup, int maxchi,
 411                     int nlist, t_dlist dlist[])
 412 {
 413
 414     /* by grs. should rewrite everything to use this. (but haven't,
 415      * and at mmt only used in get_chi_product_traj
 416      * returns the dihed number given the residue number (from-0)
 417      * and chi (from-0) nr. -1 for chi undefined for that res (eg gly, ala..)*/
 418
 419     int i, j, Dih, Chi;
 420
 421     j = 0;
 422     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 423     {
 424         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 425         {
 426             Chi = Dih - NONCHI;
 427             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 428                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 429                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 430             {
 431                 /* grs debug  printf("Not OK? i %d j %d Dih %d \n", i, j, Dih) ; */
 432                 if (Dih > edOmega)
 433                 {
 434                     lookup[i][Chi] = j;
 435                 }
 436                 j++;
 437             }
 438             else
 439             {
 440                 lookup[i][Chi] = -1;
 441             }
 442         }
 443     }
 444
 445 }
 446
 447
 448 void get_chi_product_traj (real **dih, int nframes, int nlist,
 449                            int maxchi, t_dlist dlist[], real time[],
 450                            int **lookup, int *multiplicity, gmx_bool bRb, gmx_bool bNormalize,
 451                            real core_frac, gmx_bool bAll, const char *fnall,
 452                            const output_env_t oenv)
 453 {
 454
 455     gmx_bool bRotZero, bHaveChi = FALSE;
 456     int      accum = 0, index, i, j, k, Xi, n, b;
 457     real    *chi_prtrj;
 458     int     *chi_prhist;
 459     int      nbin;
 460     FILE    *fp, *fpall;
 461     char     hisfile[256], histitle[256], *namept;
 462
 463     int      (*calc_bin)(real, int, real);
 464
 465     /* Analysis of dihedral transitions */
 466     fprintf(stderr, "Now calculating Chi product trajectories...\n");
 467
 468     if (bRb)
 469     {
 470         calc_bin = calc_RBbin;
 471     }
 472     else
 473     {
 474         calc_bin = calc_Nbin;
 475     }
 476
 477     snew(chi_prtrj, nframes);
 478
 479     /* file for info on all residues */
 480     if (bNormalize)
 481     {
 482         fpall = xvgropen(fnall, "Cumulative Rotamers", "Residue", "Probability", oenv);
 483     }
 484     else
 485     {
 486         fpall = xvgropen(fnall, "Cumulative Rotamers", "Residue", "# Counts", oenv);
 487     }
 488
 489     for (i = 0; (i < nlist); i++)
 490     {
 491
 492         /* get nbin, the nr. of cumulative rotamers that need to be considered */
 493         nbin = 1;
 494         for (Xi = 0; Xi < maxchi; Xi++)
 495         {
 496             index = lookup[i][Xi]; /* chi_(Xi+1) of res i (-1 if off end) */
 497             if (index >= 0)
 498             {
 499                 n    = multiplicity[index];
 500                 nbin = n*nbin;
 501             }
 502         }
 503         nbin += 1; /* for the "zero rotamer", outside the core region */
 504
 505         for (j = 0; (j < nframes); j++)
 506         {
 507
 508             bRotZero = FALSE;
 509             bHaveChi = TRUE;
 510             index    = lookup[i][0]; /* index into dih of chi1 of res i */
 511             if (index == -1)
 512             {
 513                 b        = 0;
 514                 bRotZero = TRUE;
 515                 bHaveChi = FALSE;
 516             }
 517             else
 518             {
 519                 b     = calc_bin(dih[index][j], multiplicity[index], core_frac);
 520                 accum = b - 1;
 521                 if (b == 0)
 522                 {
 523                     bRotZero = TRUE;
 524                 }
 525                 for (Xi = 1; Xi < maxchi; Xi++)
 526                 {
 527                     index = lookup[i][Xi]; /* chi_(Xi+1) of res i (-1 if off end) */
 528                     if (index >= 0)
 529                     {
 530                         n     = multiplicity[index];
 531                         b     = calc_bin(dih[index][j], n, core_frac);
 532                         accum = n * accum + b - 1;
 533                         if (b == 0)
 534                         {
 535                             bRotZero = TRUE;
 536                         }
 537                     }
 538                 }
 539                 accum++;
 540             }
 541             if (bRotZero)
 542             {
 543                 chi_prtrj[j] = 0.0;
 544             }
 545             else
 546             {
 547                 chi_prtrj[j] = accum;
 548                 if (accum+1 > nbin)
 549                 {
 550                     nbin = accum+1;
 551                 }
 552             }
 553         }
 554         if (bHaveChi)
 555         {
 556
 557             if (bAll)
 558             {
 559                 /* print cuml rotamer vs time */
 560                 print_one(oenv, "chiproduct", dlist[i].name, "chi product for",
 561                           "cumulative rotamer", nframes, time, chi_prtrj);
 562             }
 563
 564             /* make a histogram pf culm. rotamer occupancy too */
 565             snew(chi_prhist, nbin);
 566             make_histo(NULL, nframes, chi_prtrj, nbin, chi_prhist, 0, nbin);
 567             if (bAll)
 568             {
 569                 sprintf(hisfile, "histo-chiprod%s.xvg", dlist[i].name);
 570                 sprintf(histitle, "cumulative rotamer distribution for %s", dlist[i].name);
 571                 fprintf(stderr, "  and %s  ", hisfile);
 572                 fp = xvgropen(hisfile, histitle, "number", "", oenv);
 573                 fprintf(fp, "@ xaxis tick on\n");
 574                 fprintf(fp, "@ xaxis tick major 1\n");
 575                 fprintf(fp, "@ type xy\n");
 576                 for (k = 0; (k < nbin); k++)
 577                 {
 578                     if (bNormalize)
 579                     {
 580                         fprintf(fp, "%5d  %10g\n", k, (1.0*chi_prhist[k])/nframes);
 581                     }
 582                     else
 583                     {
 584                         fprintf(fp, "%5d  %10d\n", k, chi_prhist[k]);
 585                     }
 586                 }
 587                 fprintf(fp, "&\n");
 588                 gmx_ffclose(fp);
 589             }
 590
 591             /* and finally print out occupancies to a single file */
 592             /* get the gmx from-1 res nr by setting a ptr to the number part
 593              * of dlist[i].name - potential bug for 4-letter res names... */
 594             namept = dlist[i].name + 3;
 595             fprintf(fpall, "%5s ", namept);
 596             for (k = 0; (k < nbin); k++)
 597             {
 598                 if (bNormalize)
 599                 {
 600                     fprintf(fpall, "  %10g", (1.0*chi_prhist[k])/nframes);
 601                 }
 602                 else
 603                 {
 604                     fprintf(fpall, "  %10d", chi_prhist[k]);
 605                 }
 606             }
 607             fprintf(fpall, "\n");
 608
 609             sfree(chi_prhist);
 610             /* histogram done */
 611         }
 612     }
 613
 614     sfree(chi_prtrj);
 615     gmx_ffclose(fpall);
 616     fprintf(stderr, "\n");
 617
 618 }
 619
 620 void calc_distribution_props(int nh, int histo[], real start,
 621                              int nkkk, t_karplus kkk[],
 622                              real *S2)
 623 {
 624     real d, dc, ds, c1, c2, tdc, tds;
 625     real fac, ang, invth, Jc;
 626     int  i, j, th;
 627
 628     if (nh == 0)
 629     {
 630         gmx_fatal(FARGS, "No points in histogram (%s, %d)", __FILE__, __LINE__);
 631     }
 632     fac = 2*M_PI/nh;
 633
 634     /* Compute normalisation factor */
 635     th = 0;
 636     for (j = 0; (j < nh); j++)
 637     {
 638         th += histo[j];
 639     }
 640     invth = 1.0/th;
 641
 642     for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 643     {
 644         kkk[i].Jc    = 0;
 645         kkk[i].Jcsig = 0;
 646     }
 647     tdc = 0, tds = 0;
 648     for (j = 0; (j < nh); j++)
 649     {
 650         d    = invth*histo[j];
 651         ang  = j*fac-start;
 652         c1   = cos(ang);
 653         c2   = c1*c1;
 654         dc   = d*c1;
 655         ds   = d*sin(ang);
 656         tdc += dc;
 657         tds += ds;
 658         for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 659         {
 660             c1            = cos(ang+kkk[i].offset);
 661             c2            = c1*c1;
 662             Jc            = (kkk[i].A*c2 + kkk[i].B*c1 + kkk[i].C);
 663             kkk[i].Jc    += histo[j]*Jc;
 664             kkk[i].Jcsig += histo[j]*sqr(Jc);
 665         }
 666     }
 667     for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 668     {
 669         kkk[i].Jc    /= th;
 670         kkk[i].Jcsig  = sqrt(kkk[i].Jcsig/th-sqr(kkk[i].Jc));
 671     }
 672     *S2 = tdc*tdc+tds*tds;
 673 }
 674
 675 static void calc_angles(t_pbc *pbc,
 676                         int n3, atom_id index[], real ang[], rvec x_s[])
 677 {
 678     int  i, ix, t1, t2;
 679     rvec r_ij, r_kj;
 680     real costh;
 681
 682     for (i = ix = 0; (ix < n3); i++, ix += 3)
 683     {
 684         ang[i] = bond_angle(x_s[index[ix]], x_s[index[ix+1]], x_s[index[ix+2]],
 685                             pbc, r_ij, r_kj, &costh, &t1, &t2);
 686     }
 687     if (debug)
 688     {
 689         fprintf(debug, "Angle[0]=%g, costh=%g, index0 = %d, %d, %d\n",
 690                 ang[0], costh, index[0], index[1], index[2]);
 691         pr_rvec(debug, 0, "rij", r_ij, DIM, TRUE);
 692         pr_rvec(debug, 0, "rkj", r_kj, DIM, TRUE);
 693     }
 694 }
 695
 696 static real calc_fraction(real angles[], int nangles)
 697 {
 698     int  i;
 699     real trans = 0, gauche = 0;
 700     real angle;
 701
 702     for (i = 0; i < nangles; i++)
 703     {
 704         angle = angles[i] * RAD2DEG;
 705
 706         if (angle > 135 && angle < 225)
 707         {
 708             trans += 1.0;
 709         }
 710         else if (angle > 270 && angle < 330)
 711         {
 712             gauche += 1.0;
 713         }
 714         else if (angle < 90 && angle > 30)
 715         {
 716             gauche += 1.0;
 717         }
 718     }
 719     if (trans+gauche > 0)
 720     {
 721         return trans/(trans+gauche);
 722     }
 723     else
 724     {
 725         return 0;
 726     }
 727 }
 728
 729 static void calc_dihs(t_pbc *pbc,
 730                       int n4, atom_id index[], real ang[], rvec x_s[])
 731 {
 732     int  i, ix, t1, t2, t3;
 733     rvec r_ij, r_kj, r_kl, m, n;
 734     real sign, aaa;
 735
 736     for (i = ix = 0; (ix < n4); i++, ix += 4)
 737     {
 738         aaa = dih_angle(x_s[index[ix]], x_s[index[ix+1]], x_s[index[ix+2]],
 739                         x_s[index[ix+3]], pbc,
 740                         r_ij, r_kj, r_kl, m, n,
 741                         &sign, &t1, &t2, &t3);
 742
 743         ang[i] = aaa; /* not taking into account ryckaert bellemans yet */
 744     }
 745 }
 746
 747 void make_histo(FILE *log,
 748                 int ndata, real data[], int npoints, int histo[],
 749                 real minx, real maxx)
 750 {
 751     double dx;
 752     int    i, ind;
 753
 754     if (minx == maxx)
 755     {
 756         minx = maxx = data[0];
 757         for (i = 1; (i < ndata); i++)
 758         {
 759             minx = min(minx, data[i]);
 760             maxx = max(maxx, data[i]);
 761         }
 762         fprintf(log, "Min data: %10g  Max data: %10g\n", minx, maxx);
 763     }
 764     dx = (double)npoints/(maxx-minx);
 765     if (debug)
 766     {
 767         fprintf(debug,
 768                 "Histogramming: ndata=%d, nhisto=%d, minx=%g,maxx=%g,dx=%g\n",
 769                 ndata, npoints, minx, maxx, dx);
 770     }
 771     for (i = 0; (i < ndata); i++)
 772     {
 773         ind = (data[i]-minx)*dx;
 774         if ((ind >= 0) && (ind < npoints))
 775         {
 776             histo[ind]++;
 777         }
 778         else
 779         {
 780             fprintf(log, "index = %d, data[%d] = %g\n", ind, i, data[i]);
 781         }
 782     }
 783 }
 784
 785 void normalize_histo(int npoints, int histo[], real dx, real normhisto[])
 786 {
 787     int    i;
 788     double d, fac;
 789
 790     d = 0;
 791     for (i = 0; (i < npoints); i++)
 792     {
 793         d += dx*histo[i];
 794     }
 795     if (d == 0)
 796     {
 797         fprintf(stderr, "Empty histogram!\n");
 798         return;
 799     }
 800     fac = 1.0/d;
 801     for (i = 0; (i < npoints); i++)
 802     {
 803         normhisto[i] = fac*histo[i];
 804     }
 805 }
 806
 807 void read_ang_dih(const char *trj_fn,
 808                   gmx_bool bAngles, gmx_bool bSaveAll, gmx_bool bRb, gmx_bool bPBC,
 809                   int maxangstat, int angstat[],
 810                   int *nframes, real **time,
 811                   int isize, atom_id index[],
 812                   real **trans_frac,
 813                   real **aver_angle,
 814                   real *dih[],
 815                   const output_env_t oenv)
 816 {
 817     t_pbc       *pbc;
 818     t_trxstatus *status;
 819     int          i, angind, natoms, total, teller;
 820     int          nangles, n_alloc;
 821     real         t, fraction, pifac, aa, angle;
 822     real        *angles[2];
 823     matrix       box;
 824     rvec        *x;
 825     int          cur = 0;
 826 #define prev (1-cur)
 827
 828     snew(pbc, 1);
 829     natoms = read_first_x(oenv, &status, trj_fn, &t, &x, box);
 830
 831     if (bAngles)
 832     {
 833         nangles = isize/3;
 834         pifac   = M_PI;
 835     }
 836     else
 837     {
 838         nangles = isize/4;
 839         pifac   = 2.0*M_PI;
 840     }
 841     snew(angles[cur], nangles);
 842     snew(angles[prev], nangles);
 843
 844     /* Start the loop over frames */
 845     total       = 0;
 846     teller      = 0;
 847     n_alloc     = 0;
 848     *time       = NULL;
 849     *trans_frac = NULL;
 850     *aver_angle = NULL;
 851
 852     do
 853     {
 854         if (teller >= n_alloc)
 855         {
 856             n_alloc += 100;
 857             if (bSaveAll)
 858             {
 859                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 860                 {
 861                     srenew(dih[i], n_alloc);
 862                 }
 863             }
 864             srenew(*time, n_alloc);
 865             srenew(*trans_frac, n_alloc);
 866             srenew(*aver_angle, n_alloc);
 867         }
 868
 869         (*time)[teller] = t;
 870
 871         if (pbc)
 872         {
 873             set_pbc(pbc, -1, box);
 874         }
 875
 876         if (bAngles)
 877         {
 878             calc_angles(pbc, isize, index, angles[cur], x);
 879         }
 880         else
 881         {
 882             calc_dihs(pbc, isize, index, angles[cur], x);
 883
 884             /* Trans fraction */
 885             fraction              = calc_fraction(angles[cur], nangles);
 886             (*trans_frac)[teller] = fraction;
 887
 888             /* Change Ryckaert-Bellemans dihedrals to polymer convention
 889              * Modified 990913 by Erik:
 890              * We actually shouldn't change the convention, since it's
 891              * calculated from polymer above, but we change the intervall
 892              * from [-180,180] to [0,360].
 893              */
 894             if (bRb)
 895             {
 896                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 897                 {
 898                     if (angles[cur][i] <= 0.0)
 899                     {
 900                         angles[cur][i] += 2*M_PI;
 901                     }
 902                 }
 903             }
 904
 905             /* Periodicity in dihedral space... */
 906             if (bPBC)
 907             {
 908                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 909                 {
 910                     real dd = angles[cur][i];
 911                     angles[cur][i] = atan2(sin(dd), cos(dd));
 912                 }
 913             }
 914             else
 915             {
 916                 if (teller > 1)
 917                 {
 918                     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 919                     {
 920                         while (angles[cur][i] <= angles[prev][i] - M_PI)
 921                         {
 922                             angles[cur][i] += 2*M_PI;
 923                         }
 924                         while (angles[cur][i] > angles[prev][i] + M_PI)
 925                         {
 926                             angles[cur][i] -= 2*M_PI;
 927                         }
 928                     }
 929                 }
 930             }
 931         }
 932
 933         /* Average angles */
 934         aa = 0;
 935         for (i = 0; (i < nangles); i++)
 936         {
 937             aa = aa+angles[cur][i];
 938
 939             /* angle in rad / 2Pi * max determines bin. bins go from 0 to maxangstat,
 940                even though scale goes from -pi to pi (dihedral) or -pi/2 to pi/2
 941                (angle) Basically: translate the x-axis by Pi. Translate it back by
 942                -Pi when plotting.
 943              */
 944
 945             angle = angles[cur][i];
 946             if (!bAngles)
 947             {
 948                 while (angle < -M_PI)
 949                 {
 950                     angle += 2*M_PI;
 951                 }
 952                 while (angle >= M_PI)
 953                 {
 954                     angle -= 2*M_PI;
 955                 }
 956
 957                 angle += M_PI;
 958             }
 959
 960             /* Update the distribution histogram */
 961             angind = (int) ((angle*maxangstat)/pifac + 0.5);
 962             if (angind == maxangstat)
 963             {
 964                 angind = 0;
 965             }
 966             if ( (angind < 0) || (angind >= maxangstat) )
 967             {
 968                 /* this will never happen */
 969                 gmx_fatal(FARGS, "angle (%f) index out of range (0..%d) : %d\n",
 970                           angle, maxangstat, angind);
 971             }
 972
 973             angstat[angind]++;
 974             if (angind == maxangstat)
 975             {
 976                 fprintf(stderr, "angle %d fr %d = %g\n", i, cur, angle);
 977             }
 978
 979             total++;
 980         }
 981
 982         /* average over all angles */
 983         (*aver_angle)[teller] = (aa/nangles);
 984
 985         /* this copies all current dih. angles to dih[i], teller is frame */
 986         if (bSaveAll)
 987         {
 988             for (i = 0; i < nangles; i++)
 989             {
 990                 dih[i][teller] = angles[cur][i];
 991             }
 992         }
 993
 994         /* Swap buffers */
 995         cur = prev;
 996
 997         /* Increment loop counter */
 998         teller++;
 999     }
1000     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
1001     close_trj(status);
1002
1003     sfree(x);
1004     sfree(angles[cur]);
1005     sfree(angles[prev]);
1006
1007     *nframes = teller;
1008 }