src/gromacs/gmxana/gmx_rms.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 "gromacs/utility/smalloc.h"
  42 #include <math.h>
  43 #include "macros.h"
  44 #include "typedefs.h"
  45 #include "xvgr.h"
  46 #include "copyrite.h"
  47 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  48 #include "vec.h"
  49 #include "index.h"
  50 #include "gmx_fatal.h"
  51 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  52 #include "princ.h"
  53 #include "rmpbc.h"
  54 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  55 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  56 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  57 #include "cmat.h"
  58 #include "viewit.h"
  59 #include "gmx_ana.h"
  60
  61 #include "gromacs/math/do_fit.h"
  62
  63 static void norm_princ(t_atoms *atoms, int isize, atom_id *index, int natoms,
  64                        rvec *x)
  65 {
  66     int  i, m;
  67     rvec princ, vec;
  68
  69     /* equalize principal components: */
  70     /* orient principal axes, get principal components */
  71     orient_princ(atoms, isize, index, natoms, x, NULL, princ);
  72
  73     /* calc our own principal components */
  74     clear_rvec(vec);
  75     for (m = 0; m < DIM; m++)
  76     {
  77         for (i = 0; i < isize; i++)
  78         {
  79             vec[m] += sqr(x[index[i]][m]);
  80         }
  81         vec[m] = sqrt(vec[m] / isize);
  82         /* calculate scaling constants */
  83         vec[m] = 1 / (sqrt(3) * vec[m]);
  84     }
  85
  86     /* scale coordinates */
  87     for (i = 0; i < natoms; i++)
  88     {
  89         for (m = 0; m < DIM; m++)
  90         {
  91             x[i][m] *= vec[m];
  92         }
  93     }
  94 }
  95
  96 int gmx_rms(int argc, char *argv[])
  97 {
  98     const char     *desc[] =
  99     {
 100         "[THISMODULE] compares two structures by computing the root mean square",
 101         "deviation (RMSD), the size-independent [GRK]rho[grk] similarity parameter",
 102         "([TT]rho[tt]) or the scaled [GRK]rho[grk] ([TT]rhosc[tt]), ",
 103         "see Maiorov & Crippen, Proteins [BB]22[bb], 273 (1995).",
 104         "This is selected by [TT]-what[tt].[PAR]"
 105
 106         "Each structure from a trajectory ([TT]-f[tt]) is compared to a",
 107         "reference structure. The reference structure",
 108         "is taken from the structure file ([TT]-s[tt]).[PAR]",
 109
 110         "With option [TT]-mir[tt] also a comparison with the mirror image of",
 111         "the reference structure is calculated.",
 112         "This is useful as a reference for 'significant' values, see",
 113         "Maiorov & Crippen, Proteins [BB]22[bb], 273 (1995).[PAR]",
 114
 115         "Option [TT]-prev[tt] produces the comparison with a previous frame",
 116         "the specified number of frames ago.[PAR]",
 117
 118         "Option [TT]-m[tt] produces a matrix in [TT].xpm[tt] format of",
 119         "comparison values of each structure in the trajectory with respect to",
 120         "each other structure. This file can be visualized with for instance",
 121         "[TT]xv[tt] and can be converted to postscript with [gmx-xpm2ps].[PAR]",
 122
 123         "Option [TT]-fit[tt] controls the least-squares fitting of",
 124         "the structures on top of each other: complete fit (rotation and",
 125         "translation), translation only, or no fitting at all.[PAR]",
 126
 127         "Option [TT]-mw[tt] controls whether mass weighting is done or not.",
 128         "If you select the option (default) and ",
 129         "supply a valid [TT].tpr[tt] file masses will be taken from there, ",
 130         "otherwise the masses will be deduced from the [TT]atommass.dat[tt] file in",
 131         "[TT]GMXLIB[tt]. This is fine for proteins, but not",
 132         "necessarily for other molecules. A default mass of 12.011 amu (carbon)",
 133         "is assigned to unknown atoms. You can check whether this happend by",
 134         "turning on the [TT]-debug[tt] flag and inspecting the log file.[PAR]",
 135
 136         "With [TT]-f2[tt], the 'other structures' are taken from a second",
 137         "trajectory, this generates a comparison matrix of one trajectory",
 138         "versus the other.[PAR]",
 139
 140         "Option [TT]-bin[tt] does a binary dump of the comparison matrix.[PAR]",
 141
 142         "Option [TT]-bm[tt] produces a matrix of average bond angle deviations",
 143         "analogously to the [TT]-m[tt] option. Only bonds between atoms in the",
 144         "comparison group are considered."
 145     };
 146     static gmx_bool bPBC              = TRUE, bFitAll = TRUE, bSplit = FALSE;
 147     static gmx_bool bDeltaLog         = FALSE;
 148     static int      prev              = 0, freq = 1, freq2 = 1, nlevels = 80, avl = 0;
 149     static real     rmsd_user_max     = -1, rmsd_user_min = -1, bond_user_max = -1,
 150                     bond_user_min     = -1, delta_maxy = 0.0;
 151     /* strings and things for selecting difference method */
 152     enum
 153     {
 154         ewSel, ewRMSD, ewRho, ewRhoSc, ewNR
 155     };
 156     int         ewhat;
 157     const char *what[ewNR + 1] =
 158     { NULL, "rmsd", "rho", "rhosc", NULL };
 159     const char *whatname[ewNR] =
 160     { NULL, "RMSD", "Rho", "Rho sc" };
 161     const char *whatlabel[ewNR] =
 162     { NULL, "RMSD (nm)", "Rho", "Rho sc" };
 163     const char *whatxvgname[ewNR] =
 164     { NULL, "RMSD", "\\8r\\4", "\\8r\\4\\ssc\\N" };
 165     const char *whatxvglabel[ewNR] =
 166     { NULL, "RMSD (nm)", "\\8r\\4", "\\8r\\4\\ssc\\N" };
 167     /* strings and things for fitting methods */
 168     enum
 169     {
 170         efSel, efFit, efReset, efNone, efNR
 171     };
 172     int             efit;
 173     const char     *fit[efNR + 1] =
 174     { NULL, "rot+trans", "translation", "none", NULL };
 175     const char     *fitgraphlabel[efNR + 1] =
 176     { NULL, "lsq fit", "translational fit", "no fit" };
 177     static int      nrms          = 1;
 178     static gmx_bool bMassWeighted = TRUE;
 179     t_pargs         pa[]          =
 180     {
 181         { "-what", FALSE, etENUM,
 182           { what }, "Structural difference measure" },
 183         { "-pbc", FALSE, etBOOL,
 184           { &bPBC }, "PBC check" },
 185         { "-fit", FALSE, etENUM,
 186           { fit }, "Fit to reference structure" },
 187         { "-prev", FALSE, etINT,
 188           { &prev }, "Compare with previous frame" },
 189         { "-split", FALSE, etBOOL,
 190           { &bSplit }, "Split graph where time is zero" },
 191         { "-fitall", FALSE, etBOOL,
 192           { &bFitAll }, "HIDDENFit all pairs of structures in matrix" },
 193         { "-skip", FALSE, etINT,
 194           { &freq }, "Only write every nr-th frame to matrix" },
 195         { "-skip2", FALSE, etINT,
 196           { &freq2 }, "Only write every nr-th frame to matrix" },
 197         { "-max", FALSE, etREAL,
 198           { &rmsd_user_max }, "Maximum level in comparison matrix" },
 199         { "-min", FALSE, etREAL,
 200           { &rmsd_user_min }, "Minimum level in comparison matrix" },
 201         { "-bmax", FALSE, etREAL,
 202           { &bond_user_max }, "Maximum level in bond angle matrix" },
 203         { "-bmin", FALSE, etREAL,
 204           { &bond_user_min }, "Minimum level in bond angle matrix" },
 205         { "-mw", FALSE, etBOOL,
 206           { &bMassWeighted }, "Use mass weighting for superposition" },
 207         { "-nlevels", FALSE, etINT,
 208           { &nlevels }, "Number of levels in the matrices" },
 209         { "-ng", FALSE, etINT,
 210           { &nrms }, "Number of groups to compute RMS between" },
 211         { "-dlog", FALSE, etBOOL,
 212           { &bDeltaLog },
 213           "HIDDENUse a log x-axis in the delta t matrix" },
 214         { "-dmax", FALSE, etREAL,
 215           { &delta_maxy }, "HIDDENMaximum level in delta matrix" },
 216         { "-aver", FALSE, etINT,
 217           { &avl },
 218           "HIDDENAverage over this distance in the RMSD matrix" }
 219     };
 220     int             natoms_trx, natoms_trx2, natoms;
 221     int             i, j, k, m, teller, teller2, tel_mat, tel_mat2;
 222 #define NFRAME 5000
 223     int             maxframe = NFRAME, maxframe2 = NFRAME;
 224     real            t, *w_rls, *w_rms, *w_rls_m = NULL, *w_rms_m = NULL;
 225     gmx_bool        bNorm, bAv, bFreq2, bFile2, bMat, bBond, bDelta, bMirror, bMass;
 226     gmx_bool        bFit, bReset;
 227     t_topology      top;
 228     int             ePBC;
 229     t_iatom        *iatom = NULL;
 230
 231     matrix          box;
 232     rvec           *x, *xp, *xm = NULL, **mat_x = NULL, **mat_x2, *mat_x2_j = NULL, vec1,
 233                     vec2;
 234     t_trxstatus    *status;
 235     char            buf[256], buf2[256];
 236     int             ncons = 0;
 237     FILE           *fp;
 238     real            rlstot = 0, **rls, **rlsm = NULL, *time, *time2, *rlsnorm = NULL,
 239     **rmsd_mat             = NULL, **bond_mat = NULL, *axis, *axis2, *del_xaxis,
 240     *del_yaxis, rmsd_max, rmsd_min, rmsd_avg, bond_max, bond_min, ang;
 241     real       **rmsdav_mat = NULL, av_tot, weight, weight_tot;
 242     real       **delta      = NULL, delta_max, delta_scalex = 0, delta_scaley = 0,
 243     *delta_tot;
 244     int          delta_xsize = 0, del_lev = 100, mx, my, abs_my;
 245     gmx_bool     bA1, bA2, bPrev, bTop, *bInMat = NULL;
 246     int          ifit, *irms, ibond = 0, *ind_bond1 = NULL, *ind_bond2 = NULL, n_ind_m =
 247         0;
 248     atom_id     *ind_fit, **ind_rms, *ind_m = NULL, *rev_ind_m = NULL, *ind_rms_m =
 249         NULL;
 250     char        *gn_fit, **gn_rms;
 251     t_rgb        rlo, rhi;
 252     output_env_t oenv;
 253     gmx_rmpbc_t  gpbc = NULL;
 254
 255     t_filenm     fnm[] =
 256     {
 257         { efTPS, NULL, NULL, ffREAD },
 258         { efTRX, "-f", NULL, ffREAD },
 259         { efTRX, "-f2", NULL, ffOPTRD },
 260         { efNDX, NULL, NULL, ffOPTRD },
 261         { efXVG, NULL, "rmsd", ffWRITE },
 262         { efXVG, "-mir", "rmsdmir", ffOPTWR },
 263         { efXVG, "-a", "avgrp", ffOPTWR },
 264         { efXVG, "-dist", "rmsd-dist", ffOPTWR },
 265         { efXPM, "-m", "rmsd", ffOPTWR },
 266         { efDAT, "-bin", "rmsd", ffOPTWR },
 267         { efXPM, "-bm", "bond", ffOPTWR }
 268     };
 269 #define NFILE asize(fnm)
 270
 271     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_TIME | PCA_TIME_UNIT | PCA_CAN_VIEW
 272                            | PCA_BE_NICE, NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL,
 273                            &oenv))
 274     {
 275         return 0;
 276     }
 277     /* parse enumerated options: */
 278     ewhat = nenum(what);
 279     if (ewhat == ewRho || ewhat == ewRhoSc)
 280     {
 281         please_cite(stdout, "Maiorov95");
 282     }
 283     efit   = nenum(fit);
 284     bFit   = efit == efFit;
 285     bReset = efit == efReset;
 286     if (bFit)
 287     {
 288         bReset = TRUE; /* for fit, reset *must* be set */
 289     }
 290     else
 291     {
 292         bFitAll = FALSE;
 293     }
 294
 295     /* mark active cmdline options */
 296     bMirror = opt2bSet("-mir", NFILE, fnm); /* calc RMSD vs mirror of ref. */
 297     bFile2  = opt2bSet("-f2", NFILE, fnm);
 298     bMat    = opt2bSet("-m", NFILE, fnm);
 299     bBond   = opt2bSet("-bm", NFILE, fnm);
 300     bDelta  = (delta_maxy > 0); /* calculate rmsd vs delta t matrix from *
 301                                  *      your RMSD matrix (hidden option       */
 302     bNorm   = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
 303     bFreq2  = opt2parg_bSet("-skip2", asize(pa), pa);
 304     if (freq <= 0)
 305     {
 306         fprintf(stderr, "The number of frames to skip is <= 0. "
 307                 "Writing out all frames.\n\n");
 308         freq = 1;
 309     }
 310     if (!bFreq2)
 311     {
 312         freq2 = freq;
 313     }
 314     else if (bFile2 && freq2 <= 0)
 315     {
 316         fprintf(stderr,
 317                 "The number of frames to skip in second trajectory is <= 0.\n"
 318                 "  Writing out all frames.\n\n");
 319         freq2 = 1;
 320     }
 321
 322     bPrev = (prev > 0);
 323     if (bPrev)
 324     {
 325         prev = abs(prev);
 326         if (freq != 1)
 327         {
 328             fprintf(stderr, "WARNING: option -skip also applies to -prev\n");
 329         }
 330     }
 331
 332     if (bFile2 && !bMat && !bBond)
 333     {
 334         fprintf(
 335                 stderr,
 336                 "WARNING: second trajectory (-f2) useless when not calculating matrix (-m/-bm),\n"
 337                 "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2", NFILE,
 338                                                            fnm));
 339         bFile2 = FALSE;
 340     }
 341
 342     if (bDelta)
 343     {
 344         bMat = TRUE;
 345         if (bFile2)
 346         {
 347             fprintf(stderr,
 348                     "WARNING: second trajectory (-f2) useless when making delta matrix,\n"
 349                     "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2",
 350                                                                NFILE, fnm));
 351             bFile2 = FALSE;
 352         }
 353     }
 354
 355     bTop = read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), buf, &top, &ePBC, &xp,
 356                          NULL, box, TRUE);
 357     snew(w_rls, top.atoms.nr);
 358     snew(w_rms, top.atoms.nr);
 359
 360     if (!bTop && bBond)
 361     {
 362         fprintf(stderr,
 363                 "WARNING: Need a run input file for bond angle matrix,\n"
 364                 "         will not calculate bond angle matrix.\n");
 365         bBond = FALSE;
 366     }
 367
 368     if (bReset)
 369     {
 370         fprintf(stderr, "Select group for %s fit\n", bFit ? "least squares"
 371                 : "translational");
 372         get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, &ifit,
 373                   &ind_fit, &gn_fit);
 374     }
 375     else
 376     {
 377         ifit = 0;
 378     }
 379
 380     if (bReset)
 381     {
 382         if (bFit && ifit < 3)
 383         {
 384             gmx_fatal(FARGS, "Need >= 3 points to fit!\n" );
 385         }
 386
 387         bMass = FALSE;
 388         for (i = 0; i < ifit; i++)
 389         {
 390             if (bMassWeighted)
 391             {
 392                 w_rls[ind_fit[i]] = top.atoms.atom[ind_fit[i]].m;
 393             }
 394             else
 395             {
 396                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 397             }
 398             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_fit[i]].m != 0);
 399         }
 400         if (!bMass)
 401         {
 402             fprintf(stderr, "All masses in the fit group are 0, using masses of 1\n");
 403             for (i = 0; i < ifit; i++)
 404             {
 405                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 406             }
 407         }
 408     }
 409
 410     if (bMat || bBond)
 411     {
 412         nrms = 1;
 413     }
 414
 415     snew(gn_rms, nrms);
 416     snew(ind_rms, nrms);
 417     snew(irms, nrms);
 418
 419     fprintf(stderr, "Select group%s for %s calculation\n",
 420             (nrms > 1) ? "s" : "", whatname[ewhat]);
 421     get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm),
 422               nrms, irms, ind_rms, gn_rms);
 423
 424     if (bNorm)
 425     {
 426         snew(rlsnorm, irms[0]);
 427     }
 428     snew(rls, nrms);
 429     for (j = 0; j < nrms; j++)
 430     {
 431         snew(rls[j], maxframe);
 432     }
 433     if (bMirror)
 434     {
 435         snew(rlsm, nrms);
 436         for (j = 0; j < nrms; j++)
 437         {
 438             snew(rlsm[j], maxframe);
 439         }
 440     }
 441     snew(time, maxframe);
 442     for (j = 0; j < nrms; j++)
 443     {
 444         bMass = FALSE;
 445         for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 446         {
 447             if (bMassWeighted)
 448             {
 449                 w_rms[ind_rms[j][i]] = top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m;
 450             }
 451             else
 452             {
 453                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1.0;
 454             }
 455             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m != 0);
 456         }
 457         if (!bMass)
 458         {
 459             fprintf(stderr, "All masses in group %d are 0, using masses of 1\n", j);
 460             for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 461             {
 462                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1;
 463             }
 464         }
 465     }
 466     /* Prepare reference frame */
 467     if (bPBC)
 468     {
 469         gpbc = gmx_rmpbc_init(&top.idef, ePBC, top.atoms.nr);
 470         gmx_rmpbc(gpbc, top.atoms.nr, box, xp);
 471     }
 472     if (bReset)
 473     {
 474         reset_x(ifit, ind_fit, top.atoms.nr, NULL, xp, w_rls);
 475     }
 476     if (bMirror)
 477     {
 478         /* generate reference structure mirror image: */
 479         snew(xm, top.atoms.nr);
 480         for (i = 0; i < top.atoms.nr; i++)
 481         {
 482             copy_rvec(xp[i], xm[i]);
 483             xm[i][XX] = -xm[i][XX];
 484         }
 485     }
 486     if (ewhat == ewRhoSc)
 487     {
 488         norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, top.atoms.nr, xp);
 489     }
 490
 491     /* read first frame */
 492     natoms_trx = read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 493     if (natoms_trx != top.atoms.nr)
 494     {
 495         fprintf(stderr,
 496                 "\nWARNING: topology has %d atoms, whereas trajectory has %d\n",
 497                 top.atoms.nr, natoms_trx);
 498     }
 499     natoms = min(top.atoms.nr, natoms_trx);
 500     if (bMat || bBond || bPrev)
 501     {
 502         snew(mat_x, NFRAME);
 503
 504         if (bPrev)
 505         {
 506             /* With -prev we use all atoms for simplicity */
 507             n_ind_m = natoms;
 508         }
 509         else
 510         {
 511             /* Check which atoms we need (fit/rms) */
 512             snew(bInMat, natoms);
 513             for (i = 0; i < ifit; i++)
 514             {
 515                 bInMat[ind_fit[i]] = TRUE;
 516             }
 517             n_ind_m = ifit;
 518             for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 519             {
 520                 if (!bInMat[ind_rms[0][i]])
 521                 {
 522                     bInMat[ind_rms[0][i]] = TRUE;
 523                     n_ind_m++;
 524                 }
 525             }
 526         }
 527         /* Make an index of needed atoms */
 528         snew(ind_m, n_ind_m);
 529         snew(rev_ind_m, natoms);
 530         j = 0;
 531         for (i = 0; i < natoms; i++)
 532         {
 533             if (bPrev || bInMat[i])
 534             {
 535                 ind_m[j]     = i;
 536                 rev_ind_m[i] = j;
 537                 j++;
 538             }
 539         }
 540         snew(w_rls_m, n_ind_m);
 541         snew(ind_rms_m, irms[0]);
 542         snew(w_rms_m, n_ind_m);
 543         for (i = 0; i < ifit; i++)
 544         {
 545             w_rls_m[rev_ind_m[ind_fit[i]]] = w_rls[ind_fit[i]];
 546         }
 547         for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 548         {
 549             ind_rms_m[i]          = rev_ind_m[ind_rms[0][i]];
 550             w_rms_m[ind_rms_m[i]] = w_rms[ind_rms[0][i]];
 551         }
 552         sfree(bInMat);
 553     }
 554
 555     if (bBond)
 556     {
 557         ncons = 0;
 558         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 559         {
 560             if (IS_CHEMBOND(k))
 561             {
 562                 iatom  = top.idef.il[k].iatoms;
 563                 ncons += top.idef.il[k].nr/3;
 564             }
 565         }
 566         fprintf(stderr, "Found %d bonds in topology\n", ncons);
 567         snew(ind_bond1, ncons);
 568         snew(ind_bond2, ncons);
 569         ibond = 0;
 570         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 571         {
 572             if (IS_CHEMBOND(k))
 573             {
 574                 iatom = top.idef.il[k].iatoms;
 575                 ncons = top.idef.il[k].nr/3;
 576                 for (i = 0; i < ncons; i++)
 577                 {
 578                     bA1 = FALSE;
 579                     bA2 = FALSE;
 580                     for (j = 0; j < irms[0]; j++)
 581                     {
 582                         if (iatom[3*i+1] == ind_rms[0][j])
 583                         {
 584                             bA1 = TRUE;
 585                         }
 586                         if (iatom[3*i+2] == ind_rms[0][j])
 587                         {
 588                             bA2 = TRUE;
 589                         }
 590                     }
 591                     if (bA1 && bA2)
 592                     {
 593                         ind_bond1[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+1]];
 594                         ind_bond2[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+2]];
 595                         ibond++;
 596                     }
 597                 }
 598             }
 599         }
 600         fprintf(stderr, "Using %d bonds for bond angle matrix\n", ibond);
 601         if (ibond == 0)
 602         {
 603             gmx_fatal(FARGS, "0 bonds found");
 604         }
 605     }
 606
 607     /* start looping over frames: */
 608     tel_mat = 0;
 609     teller  = 0;
 610     do
 611     {
 612         if (bPBC)
 613         {
 614             gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 615         }
 616
 617         if (bReset)
 618         {
 619             reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 620         }
 621         if (ewhat == ewRhoSc)
 622         {
 623             norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 624         }
 625
 626         if (bFit)
 627         {
 628             /*do the least squares fit to original structure*/
 629             do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 630         }
 631
 632         if (teller % freq == 0)
 633         {
 634             /* keep frame for matrix calculation */
 635             if (bMat || bBond || bPrev)
 636             {
 637                 if (tel_mat >= NFRAME)
 638                 {
 639                     srenew(mat_x, tel_mat+1);
 640                 }
 641                 snew(mat_x[tel_mat], n_ind_m);
 642                 for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 643                 {
 644                     copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x[tel_mat][i]);
 645                 }
 646             }
 647             tel_mat++;
 648         }
 649
 650         /*calculate energy of root_least_squares*/
 651         if (bPrev)
 652         {
 653             j = tel_mat-prev-1;
 654             if (j < 0)
 655             {
 656                 j = 0;
 657             }
 658             for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 659             {
 660                 copy_rvec(mat_x[j][i], xp[ind_m[i]]);
 661             }
 662             if (bReset)
 663             {
 664                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, xp, w_rls);
 665             }
 666             if (bFit)
 667             {
 668                 do_fit(natoms, w_rls, x, xp);
 669             }
 670         }
 671         for (j = 0; (j < nrms); j++)
 672         {
 673             rls[j][teller] =
 674                 calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xp);
 675         }
 676         if (bNorm)
 677         {
 678             for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
 679             {
 680                 rlsnorm[j] +=
 681                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, 1, &(ind_rms[0][j]), w_rms, x, xp);
 682             }
 683         }
 684
 685         if (bMirror)
 686         {
 687             if (bFit)
 688             {
 689                 /*do the least squares fit to mirror of original structure*/
 690                 do_fit(natoms, w_rls, xm, x);
 691             }
 692
 693             for (j = 0; j < nrms; j++)
 694             {
 695                 rlsm[j][teller] =
 696                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xm);
 697             }
 698         }
 699         time[teller] = output_env_conv_time(oenv, t);
 700
 701         teller++;
 702         if (teller >= maxframe)
 703         {
 704             maxframe += NFRAME;
 705             srenew(time, maxframe);
 706             for (j = 0; (j < nrms); j++)
 707             {
 708                 srenew(rls[j], maxframe);
 709             }
 710             if (bMirror)
 711             {
 712                 for (j = 0; (j < nrms); j++)
 713                 {
 714                     srenew(rlsm[j], maxframe);
 715                 }
 716             }
 717         }
 718     }
 719     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 720     close_trj(status);
 721
 722     if (bFile2)
 723     {
 724         snew(time2, maxframe2);
 725
 726         fprintf(stderr, "\nWill read second trajectory file\n");
 727         snew(mat_x2, NFRAME);
 728         natoms_trx2 =
 729             read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f2", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 730         if (natoms_trx2 != natoms_trx)
 731         {
 732             gmx_fatal(FARGS,
 733                       "Second trajectory (%d atoms) does not match the first one"
 734                       " (%d atoms)", natoms_trx2, natoms_trx);
 735         }
 736         tel_mat2 = 0;
 737         teller2  = 0;
 738         do
 739         {
 740             if (bPBC)
 741             {
 742                 gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 743             }
 744
 745             if (bReset)
 746             {
 747                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 748             }
 749             if (ewhat == ewRhoSc)
 750             {
 751                 norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 752             }
 753
 754             if (bFit)
 755             {
 756                 /*do the least squares fit to original structure*/
 757                 do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 758             }
 759
 760             if (teller2 % freq2 == 0)
 761             {
 762                 /* keep frame for matrix calculation */
 763                 if (bMat)
 764                 {
 765                     if (tel_mat2 >= NFRAME)
 766                     {
 767                         srenew(mat_x2, tel_mat2+1);
 768                     }
 769                     snew(mat_x2[tel_mat2], n_ind_m);
 770                     for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 771                     {
 772                         copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x2[tel_mat2][i]);
 773                     }
 774                 }
 775                 tel_mat2++;
 776             }
 777
 778             time2[teller2] = output_env_conv_time(oenv, t);
 779
 780             teller2++;
 781             if (teller2 >= maxframe2)
 782             {
 783                 maxframe2 += NFRAME;
 784                 srenew(time2, maxframe2);
 785             }
 786         }
 787         while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 788         close_trj(status);
 789     }
 790     else
 791     {
 792         mat_x2   = mat_x;
 793         time2    = time;
 794         tel_mat2 = tel_mat;
 795         freq2    = freq;
 796     }
 797     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 798
 799     if (bMat || bBond)
 800     {
 801         /* calculate RMS matrix */
 802         fprintf(stderr, "\n");
 803         if (bMat)
 804         {
 805             fprintf(stderr, "Building %s matrix, %dx%d elements\n",
 806                     whatname[ewhat], tel_mat, tel_mat2);
 807             snew(rmsd_mat, tel_mat);
 808         }
 809         if (bBond)
 810         {
 811             fprintf(stderr, "Building bond angle matrix, %dx%d elements\n",
 812                     tel_mat, tel_mat2);
 813             snew(bond_mat, tel_mat);
 814         }
 815         snew(axis, tel_mat);
 816         snew(axis2, tel_mat2);
 817         rmsd_max = 0;
 818         if (bFile2)
 819         {
 820             rmsd_min = 1e10;
 821         }
 822         else
 823         {
 824             rmsd_min = 0;
 825         }
 826         rmsd_avg = 0;
 827         bond_max = 0;
 828         bond_min = 1e10;
 829         for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 830         {
 831             axis2[j] = time2[freq2*j];
 832         }
 833         if (bDelta)
 834         {
 835             if (bDeltaLog)
 836             {
 837                 delta_scalex = 8.0/log(2.0);
 838                 delta_xsize  = (int)(log(tel_mat/2)*delta_scalex+0.5)+1;
 839             }
 840             else
 841             {
 842                 delta_xsize = tel_mat/2;
 843             }
 844             delta_scaley = 1.0/delta_maxy;
 845             snew(delta, delta_xsize);
 846             for (j = 0; j < delta_xsize; j++)
 847             {
 848                 snew(delta[j], del_lev+1);
 849             }
 850             if (avl > 0)
 851             {
 852                 snew(rmsdav_mat, tel_mat);
 853                 for (j = 0; j < tel_mat; j++)
 854                 {
 855                     snew(rmsdav_mat[j], tel_mat);
 856                 }
 857             }
 858         }
 859
 860         if (bFitAll)
 861         {
 862             snew(mat_x2_j, natoms);
 863         }
 864         for (i = 0; i < tel_mat; i++)
 865         {
 866             axis[i] = time[freq*i];
 867             fprintf(stderr, "\r element %5d; time %5.2f  ", i, axis[i]);
 868             if (bMat)
 869             {
 870                 snew(rmsd_mat[i], tel_mat2);
 871             }
 872             if (bBond)
 873             {
 874                 snew(bond_mat[i], tel_mat2);
 875             }
 876             for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 877             {
 878                 if (bFitAll)
 879                 {
 880                     for (k = 0; k < n_ind_m; k++)
 881                     {
 882                         copy_rvec(mat_x2[j][k], mat_x2_j[k]);
 883                     }
 884                     do_fit(n_ind_m, w_rls_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 885                 }
 886                 else
 887                 {
 888                     mat_x2_j = mat_x2[j];
 889                 }
 890                 if (bMat)
 891                 {
 892                     if (bFile2 || (i < j))
 893                     {
 894                         rmsd_mat[i][j] =
 895                             calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[0], ind_rms_m,
 896                                              w_rms_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 897                         if (rmsd_mat[i][j] > rmsd_max)
 898                         {
 899                             rmsd_max = rmsd_mat[i][j];
 900                         }
 901                         if (rmsd_mat[i][j] < rmsd_min)
 902                         {
 903                             rmsd_min = rmsd_mat[i][j];
 904                         }
 905                         rmsd_avg += rmsd_mat[i][j];
 906                     }
 907                     else
 908                     {
 909                         rmsd_mat[i][j] = rmsd_mat[j][i];
 910                     }
 911                 }
 912                 if (bBond)
 913                 {
 914                     if (bFile2 || (i <= j))
 915                     {
 916                         ang = 0.0;
 917                         for (m = 0; m < ibond; m++)
 918                         {
 919                             rvec_sub(mat_x[i][ind_bond1[m]], mat_x[i][ind_bond2[m]], vec1);
 920                             rvec_sub(mat_x2_j[ind_bond1[m]], mat_x2_j[ind_bond2[m]], vec2);
 921                             ang += acos(cos_angle(vec1, vec2));
 922                         }
 923                         bond_mat[i][j] = ang*180.0/(M_PI*ibond);
 924                         if (bond_mat[i][j] > bond_max)
 925                         {
 926                             bond_max = bond_mat[i][j];
 927                         }
 928                         if (bond_mat[i][j] < bond_min)
 929                         {
 930                             bond_min = bond_mat[i][j];
 931                         }
 932                     }
 933                     else
 934                     {
 935                         bond_mat[i][j] = bond_mat[j][i];
 936                     }
 937                 }
 938             }
 939         }
 940         if (bFile2)
 941         {
 942             rmsd_avg /= tel_mat*tel_mat2;
 943         }
 944         else
 945         {
 946             rmsd_avg /= tel_mat*(tel_mat - 1)/2;
 947         }
 948         if (bMat && (avl > 0))
 949         {
 950             rmsd_max = 0.0;
 951             rmsd_min = 0.0;
 952             rmsd_avg = 0.0;
 953             for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
 954             {
 955                 for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
 956                 {
 957                     av_tot     = 0;
 958                     weight_tot = 0;
 959                     for (my = -avl; my <= avl; my++)
 960                     {
 961                         if ((j+my >= 0) && (j+my < tel_mat))
 962                         {
 963                             abs_my = abs(my);
 964                             for (mx = -avl; mx <= avl; mx++)
 965                             {
 966                                 if ((i+mx >= 0) && (i+mx < tel_mat))
 967                                 {
 968                                     weight      = (real)(avl+1-max(abs(mx), abs_my));
 969                                     av_tot     += weight*rmsd_mat[i+mx][j+my];
 970                                     weight_tot += weight;
 971                                 }
 972                             }
 973                         }
 974                     }
 975                     rmsdav_mat[i][j] = av_tot/weight_tot;
 976                     rmsdav_mat[j][i] = rmsdav_mat[i][j];
 977                     if (rmsdav_mat[i][j] > rmsd_max)
 978                     {
 979                         rmsd_max = rmsdav_mat[i][j];
 980                     }
 981                 }
 982             }
 983             rmsd_mat = rmsdav_mat;
 984         }
 985
 986         if (bMat)
 987         {
 988             fprintf(stderr, "\n%s: Min %f, Max %f, Avg %f\n",
 989                     whatname[ewhat], rmsd_min, rmsd_max, rmsd_avg);
 990             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
 991             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
 992             if (rmsd_user_max != -1)
 993             {
 994                 rmsd_max = rmsd_user_max;
 995             }
 996             if (rmsd_user_min != -1)
 997             {
 998                 rmsd_min = rmsd_user_min;
 999             }
1000             if ((rmsd_user_max !=  -1) || (rmsd_user_min != -1))
1001             {
1002                 fprintf(stderr, "Min and Max value set to resp. %f and %f\n",
1003                         rmsd_min, rmsd_max);
1004             }
1005             sprintf(buf, "%s %s matrix", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1006             write_xpm(opt2FILE("-m", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, whatlabel[ewhat],
1007                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1008                       axis, axis2, rmsd_mat, rmsd_min, rmsd_max, rlo, rhi, &nlevels);
1009             /* Print the distribution of RMSD values */
1010             if (opt2bSet("-dist", NFILE, fnm))
1011             {
1012                 low_rmsd_dist(opt2fn("-dist", NFILE, fnm), rmsd_max, tel_mat, rmsd_mat, oenv);
1013             }
1014
1015             if (bDelta)
1016             {
1017                 snew(delta_tot, delta_xsize);
1018                 for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
1019                 {
1020                     for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
1021                     {
1022                         mx = i-j;
1023                         if (mx < tel_mat/2)
1024                         {
1025                             if (bDeltaLog)
1026                             {
1027                                 mx = (int)(log(mx)*delta_scalex+0.5);
1028                             }
1029                             my             = (int)(rmsd_mat[i][j]*delta_scaley*del_lev+0.5);
1030                             delta_tot[mx] += 1.0;
1031                             if ((rmsd_mat[i][j] >= 0) && (rmsd_mat[i][j] <= delta_maxy))
1032                             {
1033                                 delta[mx][my] += 1.0;
1034                             }
1035                         }
1036                     }
1037                 }
1038                 delta_max = 0;
1039                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1040                 {
1041                     if (delta_tot[i] > 0.0)
1042                     {
1043                         delta_tot[i] = 1.0/delta_tot[i];
1044                         for (j = 0; j <= del_lev; j++)
1045                         {
1046                             delta[i][j] *= delta_tot[i];
1047                             if (delta[i][j] > delta_max)
1048                             {
1049                                 delta_max = delta[i][j];
1050                             }
1051                         }
1052                     }
1053                 }
1054                 fprintf(stderr, "Maximum in delta matrix: %f\n", delta_max);
1055                 snew(del_xaxis, delta_xsize);
1056                 snew(del_yaxis, del_lev+1);
1057                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1058                 {
1059                     del_xaxis[i] = axis[i]-axis[0];
1060                 }
1061                 for (i = 0; i < del_lev+1; i++)
1062                 {
1063                     del_yaxis[i] = delta_maxy*i/del_lev;
1064                 }
1065                 sprintf(buf, "%s %s vs. delta t", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1066                 fp = gmx_ffopen("delta.xpm", "w");
1067                 write_xpm(fp, 0, buf, "density", output_env_get_time_label(oenv), whatlabel[ewhat],
1068                           delta_xsize, del_lev+1, del_xaxis, del_yaxis,
1069                           delta, 0.0, delta_max, rlo, rhi, &nlevels);
1070                 gmx_ffclose(fp);
1071             }
1072             if (opt2bSet("-bin", NFILE, fnm))
1073             {
1074                 /* NB: File must be binary if we use fwrite */
1075                 fp = ftp2FILE(efDAT, NFILE, fnm, "wb");
1076                 for (i = 0; i < tel_mat; i++)
1077                 {
1078                     if (fwrite(rmsd_mat[i], sizeof(**rmsd_mat), tel_mat2, fp) != tel_mat2)
1079                     {
1080                         gmx_fatal(FARGS, "Error writing to output file");
1081                     }
1082                 }
1083                 gmx_ffclose(fp);
1084             }
1085         }
1086         if (bBond)
1087         {
1088             fprintf(stderr, "\nMin. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1089             if (bond_user_max != -1)
1090             {
1091                 bond_max = bond_user_max;
1092             }
1093             if (bond_user_min != -1)
1094             {
1095                 bond_min = bond_user_min;
1096             }
1097             if ((bond_user_max !=  -1) || (bond_user_min != -1))
1098             {
1099                 fprintf(stderr, "Bond angle Min and Max set to:\n"
1100                         "Min. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1101             }
1102             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
1103             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
1104             sprintf(buf, "%s av. bond angle deviation", gn_rms[0]);
1105             write_xpm(opt2FILE("-bm", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, "degrees",
1106                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1107                       axis, axis2, bond_mat, bond_min, bond_max, rlo, rhi, &nlevels);
1108         }
1109     }
1110
1111     bAv = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
1112
1113     /* Write the RMSD's to file */
1114     if (!bPrev)
1115     {
1116         sprintf(buf, "%s", whatxvgname[ewhat]);
1117     }
1118     else
1119     {
1120         sprintf(buf, "%s with frame %g %s ago", whatxvgname[ewhat],
1121                 time[prev*freq]-time[0], output_env_get_time_label(oenv));
1122     }
1123     fp = xvgropen(opt2fn("-o", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1124                   whatxvglabel[ewhat], oenv);
1125     if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1126     {
1127         fprintf(fp, "@ subtitle \"%s%s after %s%s%s\"\n",
1128                 (nrms == 1) ? "" : "of ", gn_rms[0], fitgraphlabel[efit],
1129                 bFit     ? " to " : "", bFit ? gn_fit : "");
1130     }
1131     if (nrms != 1)
1132     {
1133         xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1134     }
1135     for (i = 0; (i < teller); i++)
1136     {
1137         if (bSplit && i > 0 &&
1138             fabs(time[bPrev ? freq*i : i]/output_env_get_time_factor(oenv)) < 1e-5)
1139         {
1140             fprintf(fp, "&\n");
1141         }
1142         fprintf(fp, "%12.7f", time[bPrev ? freq*i : i]);
1143         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1144         {
1145             fprintf(fp, " %12.7f", rls[j][i]);
1146             if (bAv)
1147             {
1148                 rlstot += rls[j][i];
1149             }
1150         }
1151         fprintf(fp, "\n");
1152     }
1153     gmx_ffclose(fp);
1154
1155     if (bMirror)
1156     {
1157         /* Write the mirror RMSD's to file */
1158         sprintf(buf, "%s with Mirror", whatxvgname[ewhat]);
1159         sprintf(buf2, "Mirror %s", whatxvglabel[ewhat]);
1160         fp = xvgropen(opt2fn("-mir", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1161                       buf2, oenv);
1162         if (nrms == 1)
1163         {
1164             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1165             {
1166                 fprintf(fp, "@ subtitle \"of %s after lsq fit to mirror of %s\"\n",
1167                         gn_rms[0], gn_fit);
1168             }
1169         }
1170         else
1171         {
1172             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1173             {
1174                 fprintf(fp, "@ subtitle \"after lsq fit to mirror %s\"\n", gn_fit);
1175             }
1176             xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1177         }
1178         for (i = 0; (i < teller); i++)
1179         {
1180             if (bSplit && i > 0 && fabs(time[i]) < 1e-5)
1181             {
1182                 fprintf(fp, "&\n");
1183             }
1184             fprintf(fp, "%12.7f", time[i]);
1185             for (j = 0; (j < nrms); j++)
1186             {
1187                 fprintf(fp, " %12.7f", rlsm[j][i]);
1188             }
1189             fprintf(fp, "\n");
1190         }
1191         gmx_ffclose(fp);
1192     }
1193
1194     if (bAv)
1195     {
1196         sprintf(buf, "Average %s", whatxvgname[ewhat]);
1197         sprintf(buf2, "Average %s", whatxvglabel[ewhat]);
1198         fp = xvgropen(opt2fn("-a", NFILE, fnm), buf, "Residue", buf2, oenv);
1199         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1200         {
1201             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlstot/teller);
1202         }
1203         gmx_ffclose(fp);
1204     }
1205
1206     if (bNorm)
1207     {
1208         fp = xvgropen("aver.xvg", gn_rms[0], "Residue", whatxvglabel[ewhat], oenv);
1209         for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
1210         {
1211             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlsnorm[j]/teller);
1212         }
1213         gmx_ffclose(fp);
1214     }
1215     do_view(oenv, opt2fn_null("-a", NFILE, fnm), "-graphtype bar");
1216     do_view(oenv, opt2fn("-o", NFILE, fnm), NULL);
1217     do_view(oenv, opt2fn_null("-mir", NFILE, fnm), NULL);
1218     do_view(oenv, opt2fn_null("-m", NFILE, fnm), NULL);
1219     do_view(oenv, opt2fn_null("-bm", NFILE, fnm), NULL);
1220     do_view(oenv, opt2fn_null("-dist", NFILE, fnm), NULL);
1221
1222     return 0;
1223 }