src/gromacs/gmxana/gmx_rms.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 "smalloc.h"
  40 #include <math.h>
  41 #include "macros.h"
  42 #include "typedefs.h"
  43 #include "xvgr.h"
  44 #include "copyrite.h"
  45 #include "statutil.h"
  46 #include "string2.h"
  47 #include "vec.h"
  48 #include "index.h"
  49 #include "gmx_fatal.h"
  50 #include "futil.h"
  51 #include "princ.h"
  52 #include "rmpbc.h"
  53 #include "do_fit.h"
  54 #include "matio.h"
  55 #include "tpxio.h"
  56 #include "cmat.h"
  57 #include "viewit.h"
  58 #include "gmx_ana.h"
  59
  60
  61 static void norm_princ(t_atoms *atoms, int isize, atom_id *index, int natoms,
  62                        rvec *x)
  63 {
  64     int  i, m;
  65     rvec princ, vec;
  66
  67     /* equalize principal components: */
  68     /* orient principal axes, get principal components */
  69     orient_princ(atoms, isize, index, natoms, x, NULL, princ);
  70
  71     /* calc our own principal components */
  72     clear_rvec(vec);
  73     for (m = 0; m < DIM; m++)
  74     {
  75         for (i = 0; i < isize; i++)
  76         {
  77             vec[m] += sqr(x[index[i]][m]);
  78         }
  79         vec[m] = sqrt(vec[m] / isize);
  80         /* calculate scaling constants */
  81         vec[m] = 1 / (sqrt(3) * vec[m]);
  82     }
  83
  84     /* scale coordinates */
  85     for (i = 0; i < natoms; i++)
  86     {
  87         for (m = 0; m < DIM; m++)
  88         {
  89             x[i][m] *= vec[m];
  90         }
  91     }
  92 }
  93
  94 int gmx_rms(int argc, char *argv[])
  95 {
  96     const char
  97                    *desc[] =
  98     {
  99         "[TT]g_rms[tt] compares two structures by computing the root mean square",
 100         "deviation (RMSD), the size-independent [GRK]rho[grk] similarity parameter",
 101         "([TT]rho[tt]) or the scaled [GRK]rho[grk] ([TT]rhosc[tt]), ",
 102         "see Maiorov & Crippen, Proteins [BB]22[bb], 273 (1995).",
 103         "This is selected by [TT]-what[tt].[PAR]"
 104
 105         "Each structure from a trajectory ([TT]-f[tt]) is compared to a",
 106         "reference structure. The reference structure",
 107         "is taken from the structure file ([TT]-s[tt]).[PAR]",
 108
 109         "With option [TT]-mir[tt] also a comparison with the mirror image of",
 110         "the reference structure is calculated.",
 111         "This is useful as a reference for 'significant' values, see",
 112         "Maiorov & Crippen, Proteins [BB]22[bb], 273 (1995).[PAR]",
 113
 114         "Option [TT]-prev[tt] produces the comparison with a previous frame",
 115         "the specified number of frames ago.[PAR]",
 116
 117         "Option [TT]-m[tt] produces a matrix in [TT].xpm[tt] format of",
 118         "comparison values of each structure in the trajectory with respect to",
 119         "each other structure. This file can be visualized with for instance",
 120         "[TT]xv[tt] and can be converted to postscript with [TT]xpm2ps[tt].[PAR]",
 121
 122         "Option [TT]-fit[tt] controls the least-squares fitting of",
 123         "the structures on top of each other: complete fit (rotation and",
 124         "translation), translation only, or no fitting at all.[PAR]",
 125
 126         "Option [TT]-mw[tt] controls whether mass weighting is done or not.",
 127         "If you select the option (default) and ",
 128         "supply a valid [TT].tpr[tt] file masses will be taken from there, ",
 129         "otherwise the masses will be deduced from the [TT]atommass.dat[tt] file in",
 130         "[TT]GMXLIB[tt]. This is fine for proteins, but not",
 131         "necessarily for other molecules. A default mass of 12.011 amu (carbon)",
 132         "is assigned to unknown atoms. You can check whether this happend by",
 133         "turning on the [TT]-debug[tt] flag and inspecting the log file.[PAR]",
 134
 135         "With [TT]-f2[tt], the 'other structures' are taken from a second",
 136         "trajectory, this generates a comparison matrix of one trajectory",
 137         "versus the other.[PAR]",
 138
 139         "Option [TT]-bin[tt] does a binary dump of the comparison matrix.[PAR]",
 140
 141         "Option [TT]-bm[tt] produces a matrix of average bond angle deviations",
 142         "analogously to the [TT]-m[tt] option. Only bonds between atoms in the",
 143         "comparison group are considered."
 144     };
 145     static gmx_bool bPBC              = TRUE, bFitAll = TRUE, bSplit = FALSE;
 146     static gmx_bool bDeltaLog         = FALSE;
 147     static int      prev              = 0, freq = 1, freq2 = 1, nlevels = 80, avl = 0;
 148     static real     rmsd_user_max     = -1, rmsd_user_min = -1, bond_user_max = -1,
 149                     bond_user_min     = -1, delta_maxy = 0.0;
 150     /* strings and things for selecting difference method */
 151     enum
 152     {
 153         ewSel, ewRMSD, ewRho, ewRhoSc, ewNR
 154     };
 155     int         ewhat;
 156     const char *what[ewNR + 1] =
 157     { NULL, "rmsd", "rho", "rhosc", NULL };
 158     const char *whatname[ewNR] =
 159     { NULL, "RMSD", "Rho", "Rho sc" };
 160     const char *whatlabel[ewNR] =
 161     { NULL, "RMSD (nm)", "Rho", "Rho sc" };
 162     const char *whatxvgname[ewNR] =
 163     { NULL, "RMSD", "\\8r\\4", "\\8r\\4\\ssc\\N" };
 164     const char *whatxvglabel[ewNR] =
 165     { NULL, "RMSD (nm)", "\\8r\\4", "\\8r\\4\\ssc\\N" };
 166     /* strings and things for fitting methods */
 167     enum
 168     {
 169         efSel, efFit, efReset, efNone, efNR
 170     };
 171     int             efit;
 172     const char     *fit[efNR + 1] =
 173     { NULL, "rot+trans", "translation", "none", NULL };
 174     const char     *fitgraphlabel[efNR + 1] =
 175     { NULL, "lsq fit", "translational fit", "no fit" };
 176     static int      nrms          = 1;
 177     static gmx_bool bMassWeighted = TRUE;
 178     t_pargs         pa[]          =
 179     {
 180         { "-what", FALSE, etENUM,
 181           { what }, "Structural difference measure" },
 182         { "-pbc", FALSE, etBOOL,
 183           { &bPBC }, "PBC check" },
 184         { "-fit", FALSE, etENUM,
 185           { fit }, "Fit to reference structure" },
 186         { "-prev", FALSE, etINT,
 187           { &prev }, "Compare with previous frame" },
 188         { "-split", FALSE, etBOOL,
 189           { &bSplit }, "Split graph where time is zero" },
 190         { "-fitall", FALSE, etBOOL,
 191           { &bFitAll }, "HIDDENFit all pairs of structures in matrix" },
 192         { "-skip", FALSE, etINT,
 193           { &freq }, "Only write every nr-th frame to matrix" },
 194         { "-skip2", FALSE, etINT,
 195           { &freq2 }, "Only write every nr-th frame to matrix" },
 196         { "-max", FALSE, etREAL,
 197           { &rmsd_user_max }, "Maximum level in comparison matrix" },
 198         { "-min", FALSE, etREAL,
 199           { &rmsd_user_min }, "Minimum level in comparison matrix" },
 200         { "-bmax", FALSE, etREAL,
 201           { &bond_user_max }, "Maximum level in bond angle matrix" },
 202         { "-bmin", FALSE, etREAL,
 203           { &bond_user_min }, "Minimum level in bond angle matrix" },
 204         { "-mw", FALSE, etBOOL,
 205           { &bMassWeighted }, "Use mass weighting for superposition" },
 206         { "-nlevels", FALSE, etINT,
 207           { &nlevels }, "Number of levels in the matrices" },
 208         { "-ng", FALSE, etINT,
 209           { &nrms }, "Number of groups to compute RMS between" },
 210         { "-dlog", FALSE, etBOOL,
 211           { &bDeltaLog },
 212           "HIDDENUse a log x-axis in the delta t matrix" },
 213         { "-dmax", FALSE, etREAL,
 214           { &delta_maxy }, "HIDDENMaximum level in delta matrix" },
 215         { "-aver", FALSE, etINT,
 216           { &avl },
 217           "HIDDENAverage over this distance in the RMSD matrix" }
 218     };
 219     int             natoms_trx, natoms_trx2, natoms;
 220     int             i, j, k, m, teller, teller2, tel_mat, tel_mat2;
 221 #define NFRAME 5000
 222     int             maxframe = NFRAME, maxframe2 = NFRAME;
 223     real            t, *w_rls, *w_rms, *w_rls_m = NULL, *w_rms_m = NULL;
 224     gmx_bool        bNorm, bAv, bFreq2, bFile2, bMat, bBond, bDelta, bMirror, bMass;
 225     gmx_bool        bFit, bReset;
 226     t_topology      top;
 227     int             ePBC;
 228     t_iatom        *iatom = NULL;
 229
 230     matrix          box;
 231     rvec           *x, *xp, *xm = NULL, **mat_x = NULL, **mat_x2, *mat_x2_j = NULL, vec1,
 232                     vec2;
 233     t_trxstatus    *status;
 234     char            buf[256], buf2[256];
 235     int             ncons = 0;
 236     FILE           *fp;
 237     real            rlstot = 0, **rls, **rlsm = NULL, *time, *time2, *rlsnorm = NULL,
 238     **rmsd_mat             = NULL, **bond_mat = NULL, *axis, *axis2, *del_xaxis,
 239     *del_yaxis, rmsd_max, rmsd_min, rmsd_avg, bond_max, bond_min, ang;
 240     real       **rmsdav_mat = NULL, av_tot, weight, weight_tot;
 241     real       **delta      = NULL, delta_max, delta_scalex = 0, delta_scaley = 0,
 242     *delta_tot;
 243     int          delta_xsize = 0, del_lev = 100, mx, my, abs_my;
 244     gmx_bool     bA1, bA2, bPrev, bTop, *bInMat = NULL;
 245     int          ifit, *irms, ibond = 0, *ind_bond1 = NULL, *ind_bond2 = NULL, n_ind_m =
 246         0;
 247     atom_id     *ind_fit, **ind_rms, *ind_m = NULL, *rev_ind_m = NULL, *ind_rms_m =
 248         NULL;
 249     char        *gn_fit, **gn_rms;
 250     t_rgb        rlo, rhi;
 251     output_env_t oenv;
 252     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 253
 254     t_filenm     fnm[] =
 255     {
 256         { efTPS, NULL, NULL, ffREAD },
 257         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },
 258         { efTRX, "-f2", NULL, ffOPTRD },
 259         { efNDX, NULL, NULL, ffOPTRD },
 260         { efXVG, NULL, "rmsd", ffWRITE },
 261         { efXVG, "-mir", "rmsdmir", ffOPTWR },
 262         { efXVG, "-a", "avgrp", ffOPTWR },
 263         { efXVG, "-dist", "rmsd-dist", ffOPTWR },
 264         { efXPM, "-m", "rmsd", ffOPTWR },
 265         { efDAT, "-bin", "rmsd", ffOPTWR },
 266         { efXPM, "-bm", "bond", ffOPTWR }
 267     };
 268 #define NFILE asize(fnm)
 269
 270     parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_TIME_UNIT | PCA_CAN_VIEW
 271                       | PCA_BE_NICE, NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL,
 272                       &oenv);
 273     /* parse enumerated options: */
 274     ewhat = nenum(what);
 275     if (ewhat == ewRho || ewhat == ewRhoSc)
 276     {
 277         please_cite(stdout, "Maiorov95");
 278     }
 279     efit   = nenum(fit);
 280     bFit   = efit == efFit;
 281     bReset = efit == efReset;
 282     if (bFit)
 283     {
 284         bReset = TRUE; /* for fit, reset *must* be set */
 285     }
 286     else
 287     {
 288         bFitAll = FALSE;
 289     }
 290
 291     /* mark active cmdline options */
 292     bMirror = opt2bSet("-mir", NFILE, fnm); /* calc RMSD vs mirror of ref. */
 293     bFile2  = opt2bSet("-f2", NFILE, fnm);
 294     bMat    = opt2bSet("-m", NFILE, fnm);
 295     bBond   = opt2bSet("-bm", NFILE, fnm);
 296     bDelta  = (delta_maxy > 0); /* calculate rmsd vs delta t matrix from *
 297                                  *      your RMSD matrix (hidden option       */
 298     bNorm   = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
 299     bFreq2  = opt2parg_bSet("-skip2", asize(pa), pa);
 300     if (freq <= 0)
 301     {
 302         fprintf(stderr, "The number of frames to skip is <= 0. "
 303                 "Writing out all frames.\n\n");
 304         freq = 1;
 305     }
 306     if (!bFreq2)
 307     {
 308         freq2 = freq;
 309     }
 310     else if (bFile2 && freq2 <= 0)
 311     {
 312         fprintf(stderr,
 313                 "The number of frames to skip in second trajectory is <= 0.\n"
 314                 "  Writing out all frames.\n\n");
 315         freq2 = 1;
 316     }
 317
 318     bPrev = (prev > 0);
 319     if (bPrev)
 320     {
 321         prev = abs(prev);
 322         if (freq != 1)
 323         {
 324             fprintf(stderr, "WARNING: option -skip also applies to -prev\n");
 325         }
 326     }
 327
 328     if (bFile2 && !bMat && !bBond)
 329     {
 330         fprintf(
 331                 stderr,
 332                 "WARNING: second trajectory (-f2) useless when not calculating matrix (-m/-bm),\n"
 333                 "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2", NFILE,
 334                                                            fnm));
 335         bFile2 = FALSE;
 336     }
 337
 338     if (bDelta)
 339     {
 340         bMat = TRUE;
 341         if (bFile2)
 342         {
 343             fprintf(stderr,
 344                     "WARNING: second trajectory (-f2) useless when making delta matrix,\n"
 345                     "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2",
 346                                                                NFILE, fnm));
 347             bFile2 = FALSE;
 348         }
 349     }
 350
 351     bTop = read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), buf, &top, &ePBC, &xp,
 352                          NULL, box, TRUE);
 353     snew(w_rls, top.atoms.nr);
 354     snew(w_rms, top.atoms.nr);
 355
 356     if (!bTop && bBond)
 357     {
 358         fprintf(stderr,
 359                 "WARNING: Need a run input file for bond angle matrix,\n"
 360                 "         will not calculate bond angle matrix.\n");
 361         bBond = FALSE;
 362     }
 363
 364     if (bReset)
 365     {
 366         fprintf(stderr, "Select group for %s fit\n", bFit ? "least squares"
 367                 : "translational");
 368         get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, &ifit,
 369                   &ind_fit, &gn_fit);
 370     }
 371     else
 372     {
 373         ifit = 0;
 374     }
 375
 376     if (bReset)
 377     {
 378         if (bFit && ifit < 3)
 379         {
 380             gmx_fatal(FARGS, "Need >= 3 points to fit!\n" );
 381         }
 382
 383         bMass = FALSE;
 384         for (i = 0; i < ifit; i++)
 385         {
 386             if (bMassWeighted)
 387             {
 388                 w_rls[ind_fit[i]] = top.atoms.atom[ind_fit[i]].m;
 389             }
 390             else
 391             {
 392                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 393             }
 394             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_fit[i]].m != 0);
 395         }
 396         if (!bMass)
 397         {
 398             fprintf(stderr, "All masses in the fit group are 0, using masses of 1\n");
 399             for (i = 0; i < ifit; i++)
 400             {
 401                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 402             }
 403         }
 404     }
 405
 406     if (bMat || bBond)
 407     {
 408         nrms = 1;
 409     }
 410
 411     snew(gn_rms, nrms);
 412     snew(ind_rms, nrms);
 413     snew(irms, nrms);
 414
 415     fprintf(stderr, "Select group%s for %s calculation\n",
 416             (nrms > 1) ? "s" : "", whatname[ewhat]);
 417     get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm),
 418               nrms, irms, ind_rms, gn_rms);
 419
 420     if (bNorm)
 421     {
 422         snew(rlsnorm, irms[0]);
 423     }
 424     snew(rls, nrms);
 425     for (j = 0; j < nrms; j++)
 426     {
 427         snew(rls[j], maxframe);
 428     }
 429     if (bMirror)
 430     {
 431         snew(rlsm, nrms);
 432         for (j = 0; j < nrms; j++)
 433         {
 434             snew(rlsm[j], maxframe);
 435         }
 436     }
 437     snew(time, maxframe);
 438     for (j = 0; j < nrms; j++)
 439     {
 440         bMass = FALSE;
 441         for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 442         {
 443             if (bMassWeighted)
 444             {
 445                 w_rms[ind_rms[j][i]] = top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m;
 446             }
 447             else
 448             {
 449                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1.0;
 450             }
 451             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m != 0);
 452         }
 453         if (!bMass)
 454         {
 455             fprintf(stderr, "All masses in group %d are 0, using masses of 1\n", j);
 456             for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 457             {
 458                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1;
 459             }
 460         }
 461     }
 462     /* Prepare reference frame */
 463     if (bPBC)
 464     {
 465         gpbc = gmx_rmpbc_init(&top.idef, ePBC, top.atoms.nr);
 466         gmx_rmpbc(gpbc, top.atoms.nr, box, xp);
 467     }
 468     if (bReset)
 469     {
 470         reset_x(ifit, ind_fit, top.atoms.nr, NULL, xp, w_rls);
 471     }
 472     if (bMirror)
 473     {
 474         /* generate reference structure mirror image: */
 475         snew(xm, top.atoms.nr);
 476         for (i = 0; i < top.atoms.nr; i++)
 477         {
 478             copy_rvec(xp[i], xm[i]);
 479             xm[i][XX] = -xm[i][XX];
 480         }
 481     }
 482     if (ewhat == ewRhoSc)
 483     {
 484         norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, top.atoms.nr, xp);
 485     }
 486
 487     /* read first frame */
 488     natoms_trx = read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 489     if (natoms_trx != top.atoms.nr)
 490     {
 491         fprintf(stderr,
 492                 "\nWARNING: topology has %d atoms, whereas trajectory has %d\n",
 493                 top.atoms.nr, natoms_trx);
 494     }
 495     natoms = min(top.atoms.nr, natoms_trx);
 496     if (bMat || bBond || bPrev)
 497     {
 498         snew(mat_x, NFRAME);
 499
 500         if (bPrev)
 501         {
 502             /* With -prev we use all atoms for simplicity */
 503             n_ind_m = natoms;
 504         }
 505         else
 506         {
 507             /* Check which atoms we need (fit/rms) */
 508             snew(bInMat, natoms);
 509             for (i = 0; i < ifit; i++)
 510             {
 511                 bInMat[ind_fit[i]] = TRUE;
 512             }
 513             n_ind_m = ifit;
 514             for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 515             {
 516                 if (!bInMat[ind_rms[0][i]])
 517                 {
 518                     bInMat[ind_rms[0][i]] = TRUE;
 519                     n_ind_m++;
 520                 }
 521             }
 522         }
 523         /* Make an index of needed atoms */
 524         snew(ind_m, n_ind_m);
 525         snew(rev_ind_m, natoms);
 526         j = 0;
 527         for (i = 0; i < natoms; i++)
 528         {
 529             if (bPrev || bInMat[i])
 530             {
 531                 ind_m[j]     = i;
 532                 rev_ind_m[i] = j;
 533                 j++;
 534             }
 535         }
 536         snew(w_rls_m, n_ind_m);
 537         snew(ind_rms_m, irms[0]);
 538         snew(w_rms_m, n_ind_m);
 539         for (i = 0; i < ifit; i++)
 540         {
 541             w_rls_m[rev_ind_m[ind_fit[i]]] = w_rls[ind_fit[i]];
 542         }
 543         for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 544         {
 545             ind_rms_m[i]          = rev_ind_m[ind_rms[0][i]];
 546             w_rms_m[ind_rms_m[i]] = w_rms[ind_rms[0][i]];
 547         }
 548         sfree(bInMat);
 549     }
 550
 551     if (bBond)
 552     {
 553         ncons = 0;
 554         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 555         {
 556             if (IS_CHEMBOND(k))
 557             {
 558                 iatom  = top.idef.il[k].iatoms;
 559                 ncons += top.idef.il[k].nr/3;
 560             }
 561         }
 562         fprintf(stderr, "Found %d bonds in topology\n", ncons);
 563         snew(ind_bond1, ncons);
 564         snew(ind_bond2, ncons);
 565         ibond = 0;
 566         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 567         {
 568             if (IS_CHEMBOND(k))
 569             {
 570                 iatom = top.idef.il[k].iatoms;
 571                 ncons = top.idef.il[k].nr/3;
 572                 for (i = 0; i < ncons; i++)
 573                 {
 574                     bA1 = FALSE;
 575                     bA2 = FALSE;
 576                     for (j = 0; j < irms[0]; j++)
 577                     {
 578                         if (iatom[3*i+1] == ind_rms[0][j])
 579                         {
 580                             bA1 = TRUE;
 581                         }
 582                         if (iatom[3*i+2] == ind_rms[0][j])
 583                         {
 584                             bA2 = TRUE;
 585                         }
 586                     }
 587                     if (bA1 && bA2)
 588                     {
 589                         ind_bond1[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+1]];
 590                         ind_bond2[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+2]];
 591                         ibond++;
 592                     }
 593                 }
 594             }
 595         }
 596         fprintf(stderr, "Using %d bonds for bond angle matrix\n", ibond);
 597         if (ibond == 0)
 598         {
 599             gmx_fatal(FARGS, "0 bonds found");
 600         }
 601     }
 602
 603     /* start looping over frames: */
 604     tel_mat = 0;
 605     teller  = 0;
 606     do
 607     {
 608         if (bPBC)
 609         {
 610             gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 611         }
 612
 613         if (bReset)
 614         {
 615             reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 616         }
 617         if (ewhat == ewRhoSc)
 618         {
 619             norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 620         }
 621
 622         if (bFit)
 623         {
 624             /*do the least squares fit to original structure*/
 625             do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 626         }
 627
 628         if (teller % freq == 0)
 629         {
 630             /* keep frame for matrix calculation */
 631             if (bMat || bBond || bPrev)
 632             {
 633                 if (tel_mat >= NFRAME)
 634                 {
 635                     srenew(mat_x, tel_mat+1);
 636                 }
 637                 snew(mat_x[tel_mat], n_ind_m);
 638                 for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 639                 {
 640                     copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x[tel_mat][i]);
 641                 }
 642             }
 643             tel_mat++;
 644         }
 645
 646         /*calculate energy of root_least_squares*/
 647         if (bPrev)
 648         {
 649             j = tel_mat-prev-1;
 650             if (j < 0)
 651             {
 652                 j = 0;
 653             }
 654             for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 655             {
 656                 copy_rvec(mat_x[j][i], xp[ind_m[i]]);
 657             }
 658             if (bReset)
 659             {
 660                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, xp, w_rls);
 661             }
 662             if (bFit)
 663             {
 664                 do_fit(natoms, w_rls, x, xp);
 665             }
 666         }
 667         for (j = 0; (j < nrms); j++)
 668         {
 669             rls[j][teller] =
 670                 calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xp);
 671         }
 672         if (bNorm)
 673         {
 674             for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
 675             {
 676                 rlsnorm[j] +=
 677                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, 1, &(ind_rms[0][j]), w_rms, x, xp);
 678             }
 679         }
 680
 681         if (bMirror)
 682         {
 683             if (bFit)
 684             {
 685                 /*do the least squares fit to mirror of original structure*/
 686                 do_fit(natoms, w_rls, xm, x);
 687             }
 688
 689             for (j = 0; j < nrms; j++)
 690             {
 691                 rlsm[j][teller] =
 692                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xm);
 693             }
 694         }
 695         time[teller] = output_env_conv_time(oenv, t);
 696
 697         teller++;
 698         if (teller >= maxframe)
 699         {
 700             maxframe += NFRAME;
 701             srenew(time, maxframe);
 702             for (j = 0; (j < nrms); j++)
 703             {
 704                 srenew(rls[j], maxframe);
 705             }
 706             if (bMirror)
 707             {
 708                 for (j = 0; (j < nrms); j++)
 709                 {
 710                     srenew(rlsm[j], maxframe);
 711                 }
 712             }
 713         }
 714     }
 715     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 716     close_trj(status);
 717
 718     if (bFile2)
 719     {
 720         snew(time2, maxframe2);
 721
 722         fprintf(stderr, "\nWill read second trajectory file\n");
 723         snew(mat_x2, NFRAME);
 724         natoms_trx2 =
 725             read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f2", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 726         if (natoms_trx2 != natoms_trx)
 727         {
 728             gmx_fatal(FARGS,
 729                       "Second trajectory (%d atoms) does not match the first one"
 730                       " (%d atoms)", natoms_trx2, natoms_trx);
 731         }
 732         tel_mat2 = 0;
 733         teller2  = 0;
 734         do
 735         {
 736             if (bPBC)
 737             {
 738                 gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 739             }
 740
 741             if (bReset)
 742             {
 743                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 744             }
 745             if (ewhat == ewRhoSc)
 746             {
 747                 norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 748             }
 749
 750             if (bFit)
 751             {
 752                 /*do the least squares fit to original structure*/
 753                 do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 754             }
 755
 756             if (teller2 % freq2 == 0)
 757             {
 758                 /* keep frame for matrix calculation */
 759                 if (bMat)
 760                 {
 761                     if (tel_mat2 >= NFRAME)
 762                     {
 763                         srenew(mat_x2, tel_mat2+1);
 764                     }
 765                     snew(mat_x2[tel_mat2], n_ind_m);
 766                     for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 767                     {
 768                         copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x2[tel_mat2][i]);
 769                     }
 770                 }
 771                 tel_mat2++;
 772             }
 773
 774             time2[teller2] = output_env_conv_time(oenv, t);
 775
 776             teller2++;
 777             if (teller2 >= maxframe2)
 778             {
 779                 maxframe2 += NFRAME;
 780                 srenew(time2, maxframe2);
 781             }
 782         }
 783         while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 784         close_trj(status);
 785     }
 786     else
 787     {
 788         mat_x2   = mat_x;
 789         time2    = time;
 790         tel_mat2 = tel_mat;
 791         freq2    = freq;
 792     }
 793     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 794
 795     if (bMat || bBond)
 796     {
 797         /* calculate RMS matrix */
 798         fprintf(stderr, "\n");
 799         if (bMat)
 800         {
 801             fprintf(stderr, "Building %s matrix, %dx%d elements\n",
 802                     whatname[ewhat], tel_mat, tel_mat2);
 803             snew(rmsd_mat, tel_mat);
 804         }
 805         if (bBond)
 806         {
 807             fprintf(stderr, "Building bond angle matrix, %dx%d elements\n",
 808                     tel_mat, tel_mat2);
 809             snew(bond_mat, tel_mat);
 810         }
 811         snew(axis, tel_mat);
 812         snew(axis2, tel_mat2);
 813         rmsd_max = 0;
 814         if (bFile2)
 815         {
 816             rmsd_min = 1e10;
 817         }
 818         else
 819         {
 820             rmsd_min = 0;
 821         }
 822         rmsd_avg = 0;
 823         bond_max = 0;
 824         bond_min = 1e10;
 825         for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 826         {
 827             axis2[j] = time2[freq2*j];
 828         }
 829         if (bDelta)
 830         {
 831             if (bDeltaLog)
 832             {
 833                 delta_scalex = 8.0/log(2.0);
 834                 delta_xsize  = (int)(log(tel_mat/2)*delta_scalex+0.5)+1;
 835             }
 836             else
 837             {
 838                 delta_xsize = tel_mat/2;
 839             }
 840             delta_scaley = 1.0/delta_maxy;
 841             snew(delta, delta_xsize);
 842             for (j = 0; j < delta_xsize; j++)
 843             {
 844                 snew(delta[j], del_lev+1);
 845             }
 846             if (avl > 0)
 847             {
 848                 snew(rmsdav_mat, tel_mat);
 849                 for (j = 0; j < tel_mat; j++)
 850                 {
 851                     snew(rmsdav_mat[j], tel_mat);
 852                 }
 853             }
 854         }
 855
 856         if (bFitAll)
 857         {
 858             snew(mat_x2_j, natoms);
 859         }
 860         for (i = 0; i < tel_mat; i++)
 861         {
 862             axis[i] = time[freq*i];
 863             fprintf(stderr, "\r element %5d; time %5.2f  ", i, axis[i]);
 864             if (bMat)
 865             {
 866                 snew(rmsd_mat[i], tel_mat2);
 867             }
 868             if (bBond)
 869             {
 870                 snew(bond_mat[i], tel_mat2);
 871             }
 872             for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 873             {
 874                 if (bFitAll)
 875                 {
 876                     for (k = 0; k < n_ind_m; k++)
 877                     {
 878                         copy_rvec(mat_x2[j][k], mat_x2_j[k]);
 879                     }
 880                     do_fit(n_ind_m, w_rls_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 881                 }
 882                 else
 883                 {
 884                     mat_x2_j = mat_x2[j];
 885                 }
 886                 if (bMat)
 887                 {
 888                     if (bFile2 || (i < j))
 889                     {
 890                         rmsd_mat[i][j] =
 891                             calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[0], ind_rms_m,
 892                                              w_rms_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 893                         if (rmsd_mat[i][j] > rmsd_max)
 894                         {
 895                             rmsd_max = rmsd_mat[i][j];
 896                         }
 897                         if (rmsd_mat[i][j] < rmsd_min)
 898                         {
 899                             rmsd_min = rmsd_mat[i][j];
 900                         }
 901                         rmsd_avg += rmsd_mat[i][j];
 902                     }
 903                     else
 904                     {
 905                         rmsd_mat[i][j] = rmsd_mat[j][i];
 906                     }
 907                 }
 908                 if (bBond)
 909                 {
 910                     if (bFile2 || (i <= j))
 911                     {
 912                         ang = 0.0;
 913                         for (m = 0; m < ibond; m++)
 914                         {
 915                             rvec_sub(mat_x[i][ind_bond1[m]], mat_x[i][ind_bond2[m]], vec1);
 916                             rvec_sub(mat_x2_j[ind_bond1[m]], mat_x2_j[ind_bond2[m]], vec2);
 917                             ang += acos(cos_angle(vec1, vec2));
 918                         }
 919                         bond_mat[i][j] = ang*180.0/(M_PI*ibond);
 920                         if (bond_mat[i][j] > bond_max)
 921                         {
 922                             bond_max = bond_mat[i][j];
 923                         }
 924                         if (bond_mat[i][j] < bond_min)
 925                         {
 926                             bond_min = bond_mat[i][j];
 927                         }
 928                     }
 929                     else
 930                     {
 931                         bond_mat[i][j] = bond_mat[j][i];
 932                     }
 933                 }
 934             }
 935         }
 936         if (bFile2)
 937         {
 938             rmsd_avg /= tel_mat*tel_mat2;
 939         }
 940         else
 941         {
 942             rmsd_avg /= tel_mat*(tel_mat - 1)/2;
 943         }
 944         if (bMat && (avl > 0))
 945         {
 946             rmsd_max = 0.0;
 947             rmsd_min = 0.0;
 948             rmsd_avg = 0.0;
 949             for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
 950             {
 951                 for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
 952                 {
 953                     av_tot     = 0;
 954                     weight_tot = 0;
 955                     for (my = -avl; my <= avl; my++)
 956                     {
 957                         if ((j+my >= 0) && (j+my < tel_mat))
 958                         {
 959                             abs_my = abs(my);
 960                             for (mx = -avl; mx <= avl; mx++)
 961                             {
 962                                 if ((i+mx >= 0) && (i+mx < tel_mat))
 963                                 {
 964                                     weight      = (real)(avl+1-max(abs(mx), abs_my));
 965                                     av_tot     += weight*rmsd_mat[i+mx][j+my];
 966                                     weight_tot += weight;
 967                                 }
 968                             }
 969                         }
 970                     }
 971                     rmsdav_mat[i][j] = av_tot/weight_tot;
 972                     rmsdav_mat[j][i] = rmsdav_mat[i][j];
 973                     if (rmsdav_mat[i][j] > rmsd_max)
 974                     {
 975                         rmsd_max = rmsdav_mat[i][j];
 976                     }
 977                 }
 978             }
 979             rmsd_mat = rmsdav_mat;
 980         }
 981
 982         if (bMat)
 983         {
 984             fprintf(stderr, "\n%s: Min %f, Max %f, Avg %f\n",
 985                     whatname[ewhat], rmsd_min, rmsd_max, rmsd_avg);
 986             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
 987             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
 988             if (rmsd_user_max != -1)
 989             {
 990                 rmsd_max = rmsd_user_max;
 991             }
 992             if (rmsd_user_min != -1)
 993             {
 994                 rmsd_min = rmsd_user_min;
 995             }
 996             if ((rmsd_user_max !=  -1) || (rmsd_user_min != -1))
 997             {
 998                 fprintf(stderr, "Min and Max value set to resp. %f and %f\n",
 999                         rmsd_min, rmsd_max);
1000             }
1001             sprintf(buf, "%s %s matrix", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1002             write_xpm(opt2FILE("-m", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, whatlabel[ewhat],
1003                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1004                       axis, axis2, rmsd_mat, rmsd_min, rmsd_max, rlo, rhi, &nlevels);
1005             /* Print the distribution of RMSD values */
1006             if (opt2bSet("-dist", NFILE, fnm))
1007             {
1008                 low_rmsd_dist(opt2fn("-dist", NFILE, fnm), rmsd_max, tel_mat, rmsd_mat, oenv);
1009             }
1010
1011             if (bDelta)
1012             {
1013                 snew(delta_tot, delta_xsize);
1014                 for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
1015                 {
1016                     for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
1017                     {
1018                         mx = i-j;
1019                         if (mx < tel_mat/2)
1020                         {
1021                             if (bDeltaLog)
1022                             {
1023                                 mx = (int)(log(mx)*delta_scalex+0.5);
1024                             }
1025                             my             = (int)(rmsd_mat[i][j]*delta_scaley*del_lev+0.5);
1026                             delta_tot[mx] += 1.0;
1027                             if ((rmsd_mat[i][j] >= 0) && (rmsd_mat[i][j] <= delta_maxy))
1028                             {
1029                                 delta[mx][my] += 1.0;
1030                             }
1031                         }
1032                     }
1033                 }
1034                 delta_max = 0;
1035                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1036                 {
1037                     if (delta_tot[i] > 0.0)
1038                     {
1039                         delta_tot[i] = 1.0/delta_tot[i];
1040                         for (j = 0; j <= del_lev; j++)
1041                         {
1042                             delta[i][j] *= delta_tot[i];
1043                             if (delta[i][j] > delta_max)
1044                             {
1045                                 delta_max = delta[i][j];
1046                             }
1047                         }
1048                     }
1049                 }
1050                 fprintf(stderr, "Maximum in delta matrix: %f\n", delta_max);
1051                 snew(del_xaxis, delta_xsize);
1052                 snew(del_yaxis, del_lev+1);
1053                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1054                 {
1055                     del_xaxis[i] = axis[i]-axis[0];
1056                 }
1057                 for (i = 0; i < del_lev+1; i++)
1058                 {
1059                     del_yaxis[i] = delta_maxy*i/del_lev;
1060                 }
1061                 sprintf(buf, "%s %s vs. delta t", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1062                 fp = ffopen("delta.xpm", "w");
1063                 write_xpm(fp, 0, buf, "density", output_env_get_time_label(oenv), whatlabel[ewhat],
1064                           delta_xsize, del_lev+1, del_xaxis, del_yaxis,
1065                           delta, 0.0, delta_max, rlo, rhi, &nlevels);
1066                 ffclose(fp);
1067             }
1068             if (opt2bSet("-bin", NFILE, fnm))
1069             {
1070                 /* NB: File must be binary if we use fwrite */
1071                 fp = ftp2FILE(efDAT, NFILE, fnm, "wb");
1072                 for (i = 0; i < tel_mat; i++)
1073                 {
1074                     if (fwrite(rmsd_mat[i], sizeof(**rmsd_mat), tel_mat2, fp) != tel_mat2)
1075                     {
1076                         gmx_fatal(FARGS, "Error writing to output file");
1077                     }
1078                 }
1079                 ffclose(fp);
1080             }
1081         }
1082         if (bBond)
1083         {
1084             fprintf(stderr, "\nMin. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1085             if (bond_user_max != -1)
1086             {
1087                 bond_max = bond_user_max;
1088             }
1089             if (bond_user_min != -1)
1090             {
1091                 bond_min = bond_user_min;
1092             }
1093             if ((bond_user_max !=  -1) || (bond_user_min != -1))
1094             {
1095                 fprintf(stderr, "Bond angle Min and Max set to:\n"
1096                         "Min. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1097             }
1098             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
1099             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
1100             sprintf(buf, "%s av. bond angle deviation", gn_rms[0]);
1101             write_xpm(opt2FILE("-bm", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, "degrees",
1102                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1103                       axis, axis2, bond_mat, bond_min, bond_max, rlo, rhi, &nlevels);
1104         }
1105     }
1106
1107     bAv = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
1108
1109     /* Write the RMSD's to file */
1110     if (!bPrev)
1111     {
1112         sprintf(buf, "%s", whatxvgname[ewhat]);
1113     }
1114     else
1115     {
1116         sprintf(buf, "%s with frame %g %s ago", whatxvgname[ewhat],
1117                 time[prev*freq]-time[0], output_env_get_time_label(oenv));
1118     }
1119     fp = xvgropen(opt2fn("-o", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1120                   whatxvglabel[ewhat], oenv);
1121     if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1122     {
1123         fprintf(fp, "@ subtitle \"%s%s after %s%s%s\"\n",
1124                 (nrms == 1) ? "" : "of ", gn_rms[0], fitgraphlabel[efit],
1125                 bFit     ? " to " : "", bFit ? gn_fit : "");
1126     }
1127     if (nrms != 1)
1128     {
1129         xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1130     }
1131     for (i = 0; (i < teller); i++)
1132     {
1133         if (bSplit && i > 0 &&
1134             abs(time[bPrev ? freq*i : i]/output_env_get_time_factor(oenv)) < 1e-5)
1135         {
1136             fprintf(fp, "&\n");
1137         }
1138         fprintf(fp, "%12.7f", time[bPrev ? freq*i : i]);
1139         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1140         {
1141             fprintf(fp, " %12.7f", rls[j][i]);
1142             if (bAv)
1143             {
1144                 rlstot += rls[j][i];
1145             }
1146         }
1147         fprintf(fp, "\n");
1148     }
1149     ffclose(fp);
1150
1151     if (bMirror)
1152     {
1153         /* Write the mirror RMSD's to file */
1154         sprintf(buf, "%s with Mirror", whatxvgname[ewhat]);
1155         sprintf(buf2, "Mirror %s", whatxvglabel[ewhat]);
1156         fp = xvgropen(opt2fn("-mir", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1157                       buf2, oenv);
1158         if (nrms == 1)
1159         {
1160             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1161             {
1162                 fprintf(fp, "@ subtitle \"of %s after lsq fit to mirror of %s\"\n",
1163                         gn_rms[0], gn_fit);
1164             }
1165         }
1166         else
1167         {
1168             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1169             {
1170                 fprintf(fp, "@ subtitle \"after lsq fit to mirror %s\"\n", gn_fit);
1171             }
1172             xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1173         }
1174         for (i = 0; (i < teller); i++)
1175         {
1176             if (bSplit && i > 0 && abs(time[i]) < 1e-5)
1177             {
1178                 fprintf(fp, "&\n");
1179             }
1180             fprintf(fp, "%12.7f", time[i]);
1181             for (j = 0; (j < nrms); j++)
1182             {
1183                 fprintf(fp, " %12.7f", rlsm[j][i]);
1184             }
1185             fprintf(fp, "\n");
1186         }
1187         ffclose(fp);
1188     }
1189
1190     if (bAv)
1191     {
1192         sprintf(buf, "Average %s", whatxvgname[ewhat]);
1193         sprintf(buf2, "Average %s", whatxvglabel[ewhat]);
1194         fp = xvgropen(opt2fn("-a", NFILE, fnm), buf, "Residue", buf2, oenv);
1195         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1196         {
1197             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlstot/teller);
1198         }
1199         ffclose(fp);
1200     }
1201
1202     if (bNorm)
1203     {
1204         fp = xvgropen("aver.xvg", gn_rms[0], "Residue", whatxvglabel[ewhat], oenv);
1205         for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
1206         {
1207             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlsnorm[j]/teller);
1208         }
1209         ffclose(fp);
1210     }
1211     do_view(oenv, opt2fn_null("-a", NFILE, fnm), "-graphtype bar");
1212     do_view(oenv, opt2fn("-o", NFILE, fnm), NULL);
1213     do_view(oenv, opt2fn_null("-mir", NFILE, fnm), NULL);
1214     do_view(oenv, opt2fn_null("-m", NFILE, fnm), NULL);
1215     do_view(oenv, opt2fn_null("-bm", NFILE, fnm), NULL);
1216     do_view(oenv, opt2fn_null("-dist", NFILE, fnm), NULL);
1217
1218     return 0;
1219 }