src/gromacs/gmxana/gmx_nmens.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 <string.h>
  43
  44 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  45 #include "sysstuff.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "smalloc.h"
  48 #include "macros.h"
  49 #include "gmx_fatal.h"
  50 #include "vec.h"
  51 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  52 #include "index.h"
  53 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  54 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  55 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  56 #include "txtdump.h"
  57 #include "physics.h"
  58 #include "gromacs/random/random.h"
  59 #include "eigio.h"
  60 #include "gmx_ana.h"
  61
  62
  63 int gmx_nmens(int argc, char *argv[])
  64 {
  65     const char *desc[] = {
  66         "[THISMODULE] generates an ensemble around an average structure",
  67         "in a subspace that is defined by a set of normal modes (eigenvectors).",
  68         "The eigenvectors are assumed to be mass-weighted.",
  69         "The position along each eigenvector is randomly taken from a Gaussian",
  70         "distribution with variance kT/eigenvalue.[PAR]",
  71         "By default the starting eigenvector is set to 7, since the first six",
  72         "normal modes are the translational and rotational degrees of freedom."
  73     };
  74     static int  nstruct = 100, first = 7, last = -1, seed = -1;
  75     static real temp    = 300.0;
  76     t_pargs     pa[]    = {
  77         { "-temp",  FALSE, etREAL, {&temp},
  78           "Temperature in Kelvin" },
  79         { "-seed", FALSE, etINT, {&seed},
  80           "Random seed, -1 generates a seed from time and pid" },
  81         { "-num", FALSE, etINT, {&nstruct},
  82           "Number of structures to generate" },
  83         { "-first", FALSE, etINT, {&first},
  84           "First eigenvector to use (-1 is select)" },
  85         { "-last",  FALSE, etINT, {&last},
  86           "Last eigenvector to use (-1 is till the last)" }
  87     };
  88 #define NPA asize(pa)
  89
  90     t_trxstatus        *out;
  91     int                 status, trjout;
  92     t_topology          top;
  93     int                 ePBC;
  94     t_atoms            *atoms;
  95     rvec               *xtop, *xref, *xav, *xout1, *xout2;
  96     gmx_bool            bDMR, bDMA, bFit;
  97     int                 nvec, *eignr = NULL;
  98     rvec              **eigvec = NULL;
  99     matrix              box;
 100     real               *eigval, totmass, *invsqrtm, t, disp;
 101     int                 natoms, neigval;
 102     char               *grpname, title[STRLEN];
 103     const char         *indexfile;
 104     int                 i, j, d, s, v;
 105     int                 nout, *iout, noutvec, *outvec;
 106     atom_id            *index;
 107     real                rfac, invfr, rhalf, jr;
 108     int          *      eigvalnr;
 109     output_env_t        oenv;
 110     gmx_rng_t           rng;
 111     unsigned long       jran;
 112     const unsigned long im = 0xffff;
 113     const unsigned long ia = 1093;
 114     const unsigned long ic = 18257;
 115
 116
 117     t_filenm fnm[] = {
 118         { efTRN, "-v",    "eigenvec",    ffREAD  },
 119         { efXVG, "-e",    "eigenval",    ffREAD  },
 120         { efTPS, NULL,    NULL,          ffREAD },
 121         { efNDX, NULL,    NULL,          ffOPTRD },
 122         { efTRO, "-o",    "ensemble",    ffWRITE }
 123     };
 124 #define NFILE asize(fnm)
 125
 126     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_BE_NICE,
 127                            NFILE, fnm, NPA, pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 128     {
 129         return 0;
 130     }
 131
 132     indexfile = ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm);
 133
 134     read_eigenvectors(opt2fn("-v", NFILE, fnm), &natoms, &bFit,
 135                       &xref, &bDMR, &xav, &bDMA, &nvec, &eignr, &eigvec, &eigval);
 136
 137     read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), title, &top, &ePBC, &xtop, NULL, box, bDMA);
 138     atoms = &top.atoms;
 139
 140     printf("\nSelect an index group of %d elements that corresponds to the eigenvectors\n", natoms);
 141     get_index(atoms, indexfile, 1, &i, &index, &grpname);
 142     if (i != natoms)
 143     {
 144         gmx_fatal(FARGS, "you selected a group with %d elements instead of %d",
 145                   i, natoms);
 146     }
 147     printf("\n");
 148
 149     snew(invsqrtm, natoms);
 150     if (bDMA)
 151     {
 152         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 153         {
 154             invsqrtm[i] = gmx_invsqrt(atoms->atom[index[i]].m);
 155         }
 156     }
 157     else
 158     {
 159         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 160         {
 161             invsqrtm[i] = 1.0;
 162         }
 163     }
 164
 165     if (last == -1)
 166     {
 167         last = natoms*DIM;
 168     }
 169     if (first > -1)
 170     {
 171         /* make an index from first to last */
 172         nout = last-first+1;
 173         snew(iout, nout);
 174         for (i = 0; i < nout; i++)
 175         {
 176             iout[i] = first-1+i;
 177         }
 178     }
 179     else
 180     {
 181         printf("Select eigenvectors for output, end your selection with 0\n");
 182         nout = -1;
 183         iout = NULL;
 184         do
 185         {
 186             nout++;
 187             srenew(iout, nout+1);
 188             if (1 != scanf("%d", &iout[nout]))
 189             {
 190                 gmx_fatal(FARGS, "Error reading user input");
 191             }
 192             iout[nout]--;
 193         }
 194         while (iout[nout] >= 0);
 195         printf("\n");
 196     }
 197
 198     /* make an index of the eigenvectors which are present */
 199     snew(outvec, nout);
 200     noutvec = 0;
 201     for (i = 0; i < nout; i++)
 202     {
 203         j = 0;
 204         while ((j < nvec) && (eignr[j] != iout[i]))
 205         {
 206             j++;
 207         }
 208         if ((j < nvec) && (eignr[j] == iout[i]))
 209         {
 210             outvec[noutvec] = j;
 211             iout[noutvec]   = iout[i];
 212             noutvec++;
 213         }
 214     }
 215
 216     fprintf(stderr, "%d eigenvectors selected for output\n", noutvec);
 217
 218     if (seed == -1)
 219     {
 220         seed = (int)gmx_rng_make_seed();
 221         rng  = gmx_rng_init(seed);
 222     }
 223     else
 224     {
 225         rng = gmx_rng_init(seed);
 226     }
 227     fprintf(stderr, "Using seed %d and a temperature of %g K\n", seed, temp);
 228
 229     snew(xout1, natoms);
 230     snew(xout2, atoms->nr);
 231     out  = open_trx(ftp2fn(efTRO, NFILE, fnm), "w");
 232     jran = (unsigned long)((real)im*gmx_rng_uniform_real(rng));
 233     gmx_rng_destroy(rng);
 234     for (s = 0; s < nstruct; s++)
 235     {
 236         for (i = 0; i < natoms; i++)
 237         {
 238             copy_rvec(xav[i], xout1[i]);
 239         }
 240         for (j = 0; j < noutvec; j++)
 241         {
 242             v = outvec[j];
 243             /* (r-0.5) n times:  var_n = n * var_1 = n/12
 244                n=4:  var_n = 1/3, so multiply with 3 */
 245
 246             rfac  = sqrt(3.0 * BOLTZ*temp/eigval[iout[j]]);
 247             rhalf = 2.0*rfac;
 248             rfac  = rfac/(real)im;
 249
 250             jran = (jran*ia+ic) & im;
 251             jr   = (real)jran;
 252             jran = (jran*ia+ic) & im;
 253             jr  += (real)jran;
 254             jran = (jran*ia+ic) & im;
 255             jr  += (real)jran;
 256             jran = (jran*ia+ic) & im;
 257             jr  += (real)jran;
 258             disp = rfac * jr - rhalf;
 259
 260             for (i = 0; i < natoms; i++)
 261             {
 262                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 263                 {
 264                     xout1[i][d] += disp*eigvec[v][i][d]*invsqrtm[i];
 265                 }
 266             }
 267         }
 268         for (i = 0; i < natoms; i++)
 269         {
 270             copy_rvec(xout1[i], xout2[index[i]]);
 271         }
 272         t = s+1;
 273         write_trx(out, natoms, index, atoms, 0, t, box, xout2, NULL, NULL);
 274         fprintf(stderr, "\rGenerated %d structures", s+1);
 275     }
 276     fprintf(stderr, "\n");
 277     close_trx(out);
 278
 279     return 0;
 280 }