src/gromacs/gmxana/gmx_nmens.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 3.2.0
  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) 2001-2004, 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  * Green Red Orange Magenta Azure Cyan Skyblue
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <string.h>
  41
  42 #include "statutil.h"
  43 #include "sysstuff.h"
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "macros.h"
  47 #include "gmx_fatal.h"
  48 #include "vec.h"
  49 #include "futil.h"
  50 #include "statutil.h"
  51 #include "index.h"
  52 #include "pdbio.h"
  53 #include "tpxio.h"
  54 #include "txtdump.h"
  55 #include "physics.h"
  56 #include "random.h"
  57 #include "eigio.h"
  58 #include "gmx_ana.h"
  59
  60
  61 int gmx_nmens(int argc, char *argv[])
  62 {
  63     const char *desc[] = {
  64         "[TT]g_nmens[tt] generates an ensemble around an average structure",
  65         "in a subspace that is defined by a set of normal modes (eigenvectors).",
  66         "The eigenvectors are assumed to be mass-weighted.",
  67         "The position along each eigenvector is randomly taken from a Gaussian",
  68         "distribution with variance kT/eigenvalue.[PAR]",
  69         "By default the starting eigenvector is set to 7, since the first six",
  70         "normal modes are the translational and rotational degrees of freedom."
  71     };
  72     static int  nstruct = 100, first = 7, last = -1, seed = -1;
  73     static real temp    = 300.0;
  74     t_pargs     pa[]    = {
  75         { "-temp",  FALSE, etREAL, {&temp},
  76           "Temperature in Kelvin" },
  77         { "-seed", FALSE, etINT, {&seed},
  78           "Random seed, -1 generates a seed from time and pid" },
  79         { "-num", FALSE, etINT, {&nstruct},
  80           "Number of structures to generate" },
  81         { "-first", FALSE, etINT, {&first},
  82           "First eigenvector to use (-1 is select)" },
  83         { "-last",  FALSE, etINT, {&last},
  84           "Last eigenvector to use (-1 is till the last)" }
  85     };
  86 #define NPA asize(pa)
  87
  88     t_trxstatus        *out;
  89     int                 status, trjout;
  90     t_topology          top;
  91     int                 ePBC;
  92     t_atoms            *atoms;
  93     rvec               *xtop, *xref, *xav, *xout1, *xout2;
  94     gmx_bool            bDMR, bDMA, bFit;
  95     int                 nvec, *eignr = NULL;
  96     rvec              **eigvec = NULL;
  97     matrix              box;
  98     real               *eigval, totmass, *invsqrtm, t, disp;
  99     int                 natoms, neigval;
 100     char               *grpname, title[STRLEN];
 101     const char         *indexfile;
 102     int                 i, j, d, s, v;
 103     int                 nout, *iout, noutvec, *outvec;
 104     atom_id            *index;
 105     real                rfac, invfr, rhalf, jr;
 106     int          *      eigvalnr;
 107     output_env_t        oenv;
 108
 109     unsigned long       jran;
 110     const unsigned long im = 0xffff;
 111     const unsigned long ia = 1093;
 112     const unsigned long ic = 18257;
 113
 114
 115     t_filenm fnm[] = {
 116         { efTRN, "-v",    "eigenvec",    ffREAD  },
 117         { efXVG, "-e",    "eigenval",    ffREAD  },
 118         { efTPS, NULL,    NULL,          ffREAD },
 119         { efNDX, NULL,    NULL,          ffOPTRD },
 120         { efTRO, "-o",    "ensemble",    ffWRITE }
 121     };
 122 #define NFILE asize(fnm)
 123
 124     parse_common_args(&argc, argv, PCA_BE_NICE,
 125                       NFILE, fnm, NPA, pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv);
 126
 127     indexfile = ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm);
 128
 129     read_eigenvectors(opt2fn("-v", NFILE, fnm), &natoms, &bFit,
 130                       &xref, &bDMR, &xav, &bDMA, &nvec, &eignr, &eigvec, &eigval);
 131
 132     read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), title, &top, &ePBC, &xtop, NULL, box, bDMA);
 133     atoms = &top.atoms;
 134
 135     printf("\nSelect an index group of %d elements that corresponds to the eigenvectors\n", natoms);
 136     get_index(atoms, indexfile, 1, &i, &index, &grpname);
 137     if (i != natoms)
 138     {
 139         gmx_fatal(FARGS, "you selected a group with %d elements instead of %d",
 140                   i, natoms);
 141     }
 142     printf("\n");
 143
 144     snew(invsqrtm, natoms);
 145     if (bDMA)
 146     {
 147         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 148         {
 149             invsqrtm[i] = gmx_invsqrt(atoms->atom[index[i]].m);
 150         }
 151     }
 152     else
 153     {
 154         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 155         {
 156             invsqrtm[i] = 1.0;
 157         }
 158     }
 159
 160     if (last == -1)
 161     {
 162         last = natoms*DIM;
 163     }
 164     if (first > -1)
 165     {
 166         /* make an index from first to last */
 167         nout = last-first+1;
 168         snew(iout, nout);
 169         for (i = 0; i < nout; i++)
 170         {
 171             iout[i] = first-1+i;
 172         }
 173     }
 174     else
 175     {
 176         printf("Select eigenvectors for output, end your selection with 0\n");
 177         nout = -1;
 178         iout = NULL;
 179         do
 180         {
 181             nout++;
 182             srenew(iout, nout+1);
 183             if (1 != scanf("%d", &iout[nout]))
 184             {
 185                 gmx_fatal(FARGS, "Error reading user input");
 186             }
 187             iout[nout]--;
 188         }
 189         while (iout[nout] >= 0);
 190         printf("\n");
 191     }
 192
 193     /* make an index of the eigenvectors which are present */
 194     snew(outvec, nout);
 195     noutvec = 0;
 196     for (i = 0; i < nout; i++)
 197     {
 198         j = 0;
 199         while ((j < nvec) && (eignr[j] != iout[i]))
 200         {
 201             j++;
 202         }
 203         if ((j < nvec) && (eignr[j] == iout[i]))
 204         {
 205             outvec[noutvec] = j;
 206             iout[noutvec]   = iout[i];
 207             noutvec++;
 208         }
 209     }
 210
 211     fprintf(stderr, "%d eigenvectors selected for output\n", noutvec);
 212
 213     if (seed == -1)
 214     {
 215         seed = make_seed();
 216     }
 217     fprintf(stderr, "Using seed %d and a temperature of %g K\n", seed, temp);
 218
 219     snew(xout1, natoms);
 220     snew(xout2, atoms->nr);
 221     out  = open_trx(ftp2fn(efTRO, NFILE, fnm), "w");
 222     jran = (unsigned long)((real)im*rando(&seed));
 223     for (s = 0; s < nstruct; s++)
 224     {
 225         for (i = 0; i < natoms; i++)
 226         {
 227             copy_rvec(xav[i], xout1[i]);
 228         }
 229         for (j = 0; j < noutvec; j++)
 230         {
 231             v = outvec[j];
 232             /* (r-0.5) n times:  var_n = n * var_1 = n/12
 233                n=4:  var_n = 1/3, so multiply with 3 */
 234
 235             rfac  = sqrt(3.0 * BOLTZ*temp/eigval[iout[j]]);
 236             rhalf = 2.0*rfac;
 237             rfac  = rfac/(real)im;
 238
 239             jran = (jran*ia+ic) & im;
 240             jr   = (real)jran;
 241             jran = (jran*ia+ic) & im;
 242             jr  += (real)jran;
 243             jran = (jran*ia+ic) & im;
 244             jr  += (real)jran;
 245             jran = (jran*ia+ic) & im;
 246             jr  += (real)jran;
 247             disp = rfac * jr - rhalf;
 248
 249             for (i = 0; i < natoms; i++)
 250             {
 251                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 252                 {
 253                     xout1[i][d] += disp*eigvec[v][i][d]*invsqrtm[i];
 254                 }
 255             }
 256         }
 257         for (i = 0; i < natoms; i++)
 258         {
 259             copy_rvec(xout1[i], xout2[index[i]]);
 260         }
 261         t = s+1;
 262         write_trx(out, natoms, index, atoms, 0, t, box, xout2, NULL, NULL);
 263         fprintf(stderr, "\rGenerated %d structures", s+1);
 264     }
 265     fprintf(stderr, "\n");
 266     close_trx(out);
 267
 268     return 0;
 269 }