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     if (!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     {
 274         return 0;
 275     }
 276     /* parse enumerated options: */
 277     ewhat = nenum(what);
 278     if (ewhat == ewRho || ewhat == ewRhoSc)
 279     {
 280         please_cite(stdout, "Maiorov95");
 281     }
 282     efit   = nenum(fit);
 283     bFit   = efit == efFit;
 284     bReset = efit == efReset;
 285     if (bFit)
 286     {
 287         bReset = TRUE; /* for fit, reset *must* be set */
 288     }
 289     else
 290     {
 291         bFitAll = FALSE;
 292     }
 293
 294     /* mark active cmdline options */
 295     bMirror = opt2bSet("-mir", NFILE, fnm); /* calc RMSD vs mirror of ref. */
 296     bFile2  = opt2bSet("-f2", NFILE, fnm);
 297     bMat    = opt2bSet("-m", NFILE, fnm);
 298     bBond   = opt2bSet("-bm", NFILE, fnm);
 299     bDelta  = (delta_maxy > 0); /* calculate rmsd vs delta t matrix from *
 300                                  *      your RMSD matrix (hidden option       */
 301     bNorm   = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
 302     bFreq2  = opt2parg_bSet("-skip2", asize(pa), pa);
 303     if (freq <= 0)
 304     {
 305         fprintf(stderr, "The number of frames to skip is <= 0. "
 306                 "Writing out all frames.\n\n");
 307         freq = 1;
 308     }
 309     if (!bFreq2)
 310     {
 311         freq2 = freq;
 312     }
 313     else if (bFile2 && freq2 <= 0)
 314     {
 315         fprintf(stderr,
 316                 "The number of frames to skip in second trajectory is <= 0.\n"
 317                 "  Writing out all frames.\n\n");
 318         freq2 = 1;
 319     }
 320
 321     bPrev = (prev > 0);
 322     if (bPrev)
 323     {
 324         prev = abs(prev);
 325         if (freq != 1)
 326         {
 327             fprintf(stderr, "WARNING: option -skip also applies to -prev\n");
 328         }
 329     }
 330
 331     if (bFile2 && !bMat && !bBond)
 332     {
 333         fprintf(
 334                 stderr,
 335                 "WARNING: second trajectory (-f2) useless when not calculating matrix (-m/-bm),\n"
 336                 "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2", NFILE,
 337                                                            fnm));
 338         bFile2 = FALSE;
 339     }
 340
 341     if (bDelta)
 342     {
 343         bMat = TRUE;
 344         if (bFile2)
 345         {
 346             fprintf(stderr,
 347                     "WARNING: second trajectory (-f2) useless when making delta matrix,\n"
 348                     "         will not read from %s\n", opt2fn("-f2",
 349                                                                NFILE, fnm));
 350             bFile2 = FALSE;
 351         }
 352     }
 353
 354     bTop = read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), buf, &top, &ePBC, &xp,
 355                          NULL, box, TRUE);
 356     snew(w_rls, top.atoms.nr);
 357     snew(w_rms, top.atoms.nr);
 358
 359     if (!bTop && bBond)
 360     {
 361         fprintf(stderr,
 362                 "WARNING: Need a run input file for bond angle matrix,\n"
 363                 "         will not calculate bond angle matrix.\n");
 364         bBond = FALSE;
 365     }
 366
 367     if (bReset)
 368     {
 369         fprintf(stderr, "Select group for %s fit\n", bFit ? "least squares"
 370                 : "translational");
 371         get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, &ifit,
 372                   &ind_fit, &gn_fit);
 373     }
 374     else
 375     {
 376         ifit = 0;
 377     }
 378
 379     if (bReset)
 380     {
 381         if (bFit && ifit < 3)
 382         {
 383             gmx_fatal(FARGS, "Need >= 3 points to fit!\n" );
 384         }
 385
 386         bMass = FALSE;
 387         for (i = 0; i < ifit; i++)
 388         {
 389             if (bMassWeighted)
 390             {
 391                 w_rls[ind_fit[i]] = top.atoms.atom[ind_fit[i]].m;
 392             }
 393             else
 394             {
 395                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 396             }
 397             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_fit[i]].m != 0);
 398         }
 399         if (!bMass)
 400         {
 401             fprintf(stderr, "All masses in the fit group are 0, using masses of 1\n");
 402             for (i = 0; i < ifit; i++)
 403             {
 404                 w_rls[ind_fit[i]] = 1;
 405             }
 406         }
 407     }
 408
 409     if (bMat || bBond)
 410     {
 411         nrms = 1;
 412     }
 413
 414     snew(gn_rms, nrms);
 415     snew(ind_rms, nrms);
 416     snew(irms, nrms);
 417
 418     fprintf(stderr, "Select group%s for %s calculation\n",
 419             (nrms > 1) ? "s" : "", whatname[ewhat]);
 420     get_index(&(top.atoms), ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm),
 421               nrms, irms, ind_rms, gn_rms);
 422
 423     if (bNorm)
 424     {
 425         snew(rlsnorm, irms[0]);
 426     }
 427     snew(rls, nrms);
 428     for (j = 0; j < nrms; j++)
 429     {
 430         snew(rls[j], maxframe);
 431     }
 432     if (bMirror)
 433     {
 434         snew(rlsm, nrms);
 435         for (j = 0; j < nrms; j++)
 436         {
 437             snew(rlsm[j], maxframe);
 438         }
 439     }
 440     snew(time, maxframe);
 441     for (j = 0; j < nrms; j++)
 442     {
 443         bMass = FALSE;
 444         for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 445         {
 446             if (bMassWeighted)
 447             {
 448                 w_rms[ind_rms[j][i]] = top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m;
 449             }
 450             else
 451             {
 452                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1.0;
 453             }
 454             bMass = bMass || (top.atoms.atom[ind_rms[j][i]].m != 0);
 455         }
 456         if (!bMass)
 457         {
 458             fprintf(stderr, "All masses in group %d are 0, using masses of 1\n", j);
 459             for (i = 0; i < irms[j]; i++)
 460             {
 461                 w_rms[ind_rms[j][i]] = 1;
 462             }
 463         }
 464     }
 465     /* Prepare reference frame */
 466     if (bPBC)
 467     {
 468         gpbc = gmx_rmpbc_init(&top.idef, ePBC, top.atoms.nr);
 469         gmx_rmpbc(gpbc, top.atoms.nr, box, xp);
 470     }
 471     if (bReset)
 472     {
 473         reset_x(ifit, ind_fit, top.atoms.nr, NULL, xp, w_rls);
 474     }
 475     if (bMirror)
 476     {
 477         /* generate reference structure mirror image: */
 478         snew(xm, top.atoms.nr);
 479         for (i = 0; i < top.atoms.nr; i++)
 480         {
 481             copy_rvec(xp[i], xm[i]);
 482             xm[i][XX] = -xm[i][XX];
 483         }
 484     }
 485     if (ewhat == ewRhoSc)
 486     {
 487         norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, top.atoms.nr, xp);
 488     }
 489
 490     /* read first frame */
 491     natoms_trx = read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 492     if (natoms_trx != top.atoms.nr)
 493     {
 494         fprintf(stderr,
 495                 "\nWARNING: topology has %d atoms, whereas trajectory has %d\n",
 496                 top.atoms.nr, natoms_trx);
 497     }
 498     natoms = min(top.atoms.nr, natoms_trx);
 499     if (bMat || bBond || bPrev)
 500     {
 501         snew(mat_x, NFRAME);
 502
 503         if (bPrev)
 504         {
 505             /* With -prev we use all atoms for simplicity */
 506             n_ind_m = natoms;
 507         }
 508         else
 509         {
 510             /* Check which atoms we need (fit/rms) */
 511             snew(bInMat, natoms);
 512             for (i = 0; i < ifit; i++)
 513             {
 514                 bInMat[ind_fit[i]] = TRUE;
 515             }
 516             n_ind_m = ifit;
 517             for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 518             {
 519                 if (!bInMat[ind_rms[0][i]])
 520                 {
 521                     bInMat[ind_rms[0][i]] = TRUE;
 522                     n_ind_m++;
 523                 }
 524             }
 525         }
 526         /* Make an index of needed atoms */
 527         snew(ind_m, n_ind_m);
 528         snew(rev_ind_m, natoms);
 529         j = 0;
 530         for (i = 0; i < natoms; i++)
 531         {
 532             if (bPrev || bInMat[i])
 533             {
 534                 ind_m[j]     = i;
 535                 rev_ind_m[i] = j;
 536                 j++;
 537             }
 538         }
 539         snew(w_rls_m, n_ind_m);
 540         snew(ind_rms_m, irms[0]);
 541         snew(w_rms_m, n_ind_m);
 542         for (i = 0; i < ifit; i++)
 543         {
 544             w_rls_m[rev_ind_m[ind_fit[i]]] = w_rls[ind_fit[i]];
 545         }
 546         for (i = 0; i < irms[0]; i++)
 547         {
 548             ind_rms_m[i]          = rev_ind_m[ind_rms[0][i]];
 549             w_rms_m[ind_rms_m[i]] = w_rms[ind_rms[0][i]];
 550         }
 551         sfree(bInMat);
 552     }
 553
 554     if (bBond)
 555     {
 556         ncons = 0;
 557         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 558         {
 559             if (IS_CHEMBOND(k))
 560             {
 561                 iatom  = top.idef.il[k].iatoms;
 562                 ncons += top.idef.il[k].nr/3;
 563             }
 564         }
 565         fprintf(stderr, "Found %d bonds in topology\n", ncons);
 566         snew(ind_bond1, ncons);
 567         snew(ind_bond2, ncons);
 568         ibond = 0;
 569         for (k = 0; k < F_NRE; k++)
 570         {
 571             if (IS_CHEMBOND(k))
 572             {
 573                 iatom = top.idef.il[k].iatoms;
 574                 ncons = top.idef.il[k].nr/3;
 575                 for (i = 0; i < ncons; i++)
 576                 {
 577                     bA1 = FALSE;
 578                     bA2 = FALSE;
 579                     for (j = 0; j < irms[0]; j++)
 580                     {
 581                         if (iatom[3*i+1] == ind_rms[0][j])
 582                         {
 583                             bA1 = TRUE;
 584                         }
 585                         if (iatom[3*i+2] == ind_rms[0][j])
 586                         {
 587                             bA2 = TRUE;
 588                         }
 589                     }
 590                     if (bA1 && bA2)
 591                     {
 592                         ind_bond1[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+1]];
 593                         ind_bond2[ibond] = rev_ind_m[iatom[3*i+2]];
 594                         ibond++;
 595                     }
 596                 }
 597             }
 598         }
 599         fprintf(stderr, "Using %d bonds for bond angle matrix\n", ibond);
 600         if (ibond == 0)
 601         {
 602             gmx_fatal(FARGS, "0 bonds found");
 603         }
 604     }
 605
 606     /* start looping over frames: */
 607     tel_mat = 0;
 608     teller  = 0;
 609     do
 610     {
 611         if (bPBC)
 612         {
 613             gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 614         }
 615
 616         if (bReset)
 617         {
 618             reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 619         }
 620         if (ewhat == ewRhoSc)
 621         {
 622             norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 623         }
 624
 625         if (bFit)
 626         {
 627             /*do the least squares fit to original structure*/
 628             do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 629         }
 630
 631         if (teller % freq == 0)
 632         {
 633             /* keep frame for matrix calculation */
 634             if (bMat || bBond || bPrev)
 635             {
 636                 if (tel_mat >= NFRAME)
 637                 {
 638                     srenew(mat_x, tel_mat+1);
 639                 }
 640                 snew(mat_x[tel_mat], n_ind_m);
 641                 for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 642                 {
 643                     copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x[tel_mat][i]);
 644                 }
 645             }
 646             tel_mat++;
 647         }
 648
 649         /*calculate energy of root_least_squares*/
 650         if (bPrev)
 651         {
 652             j = tel_mat-prev-1;
 653             if (j < 0)
 654             {
 655                 j = 0;
 656             }
 657             for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 658             {
 659                 copy_rvec(mat_x[j][i], xp[ind_m[i]]);
 660             }
 661             if (bReset)
 662             {
 663                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, xp, w_rls);
 664             }
 665             if (bFit)
 666             {
 667                 do_fit(natoms, w_rls, x, xp);
 668             }
 669         }
 670         for (j = 0; (j < nrms); j++)
 671         {
 672             rls[j][teller] =
 673                 calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xp);
 674         }
 675         if (bNorm)
 676         {
 677             for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
 678             {
 679                 rlsnorm[j] +=
 680                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, 1, &(ind_rms[0][j]), w_rms, x, xp);
 681             }
 682         }
 683
 684         if (bMirror)
 685         {
 686             if (bFit)
 687             {
 688                 /*do the least squares fit to mirror of original structure*/
 689                 do_fit(natoms, w_rls, xm, x);
 690             }
 691
 692             for (j = 0; j < nrms; j++)
 693             {
 694                 rlsm[j][teller] =
 695                     calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[j], ind_rms[j], w_rms, x, xm);
 696             }
 697         }
 698         time[teller] = output_env_conv_time(oenv, t);
 699
 700         teller++;
 701         if (teller >= maxframe)
 702         {
 703             maxframe += NFRAME;
 704             srenew(time, maxframe);
 705             for (j = 0; (j < nrms); j++)
 706             {
 707                 srenew(rls[j], maxframe);
 708             }
 709             if (bMirror)
 710             {
 711                 for (j = 0; (j < nrms); j++)
 712                 {
 713                     srenew(rlsm[j], maxframe);
 714                 }
 715             }
 716         }
 717     }
 718     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 719     close_trj(status);
 720
 721     if (bFile2)
 722     {
 723         snew(time2, maxframe2);
 724
 725         fprintf(stderr, "\nWill read second trajectory file\n");
 726         snew(mat_x2, NFRAME);
 727         natoms_trx2 =
 728             read_first_x(oenv, &status, opt2fn("-f2", NFILE, fnm), &t, &x, box);
 729         if (natoms_trx2 != natoms_trx)
 730         {
 731             gmx_fatal(FARGS,
 732                       "Second trajectory (%d atoms) does not match the first one"
 733                       " (%d atoms)", natoms_trx2, natoms_trx);
 734         }
 735         tel_mat2 = 0;
 736         teller2  = 0;
 737         do
 738         {
 739             if (bPBC)
 740             {
 741                 gmx_rmpbc(gpbc, natoms, box, x);
 742             }
 743
 744             if (bReset)
 745             {
 746                 reset_x(ifit, ind_fit, natoms, NULL, x, w_rls);
 747             }
 748             if (ewhat == ewRhoSc)
 749             {
 750                 norm_princ(&top.atoms, ifit, ind_fit, natoms, x);
 751             }
 752
 753             if (bFit)
 754             {
 755                 /*do the least squares fit to original structure*/
 756                 do_fit(natoms, w_rls, xp, x);
 757             }
 758
 759             if (teller2 % freq2 == 0)
 760             {
 761                 /* keep frame for matrix calculation */
 762                 if (bMat)
 763                 {
 764                     if (tel_mat2 >= NFRAME)
 765                     {
 766                         srenew(mat_x2, tel_mat2+1);
 767                     }
 768                     snew(mat_x2[tel_mat2], n_ind_m);
 769                     for (i = 0; i < n_ind_m; i++)
 770                     {
 771                         copy_rvec(x[ind_m[i]], mat_x2[tel_mat2][i]);
 772                     }
 773                 }
 774                 tel_mat2++;
 775             }
 776
 777             time2[teller2] = output_env_conv_time(oenv, t);
 778
 779             teller2++;
 780             if (teller2 >= maxframe2)
 781             {
 782                 maxframe2 += NFRAME;
 783                 srenew(time2, maxframe2);
 784             }
 785         }
 786         while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 787         close_trj(status);
 788     }
 789     else
 790     {
 791         mat_x2   = mat_x;
 792         time2    = time;
 793         tel_mat2 = tel_mat;
 794         freq2    = freq;
 795     }
 796     gmx_rmpbc_done(gpbc);
 797
 798     if (bMat || bBond)
 799     {
 800         /* calculate RMS matrix */
 801         fprintf(stderr, "\n");
 802         if (bMat)
 803         {
 804             fprintf(stderr, "Building %s matrix, %dx%d elements\n",
 805                     whatname[ewhat], tel_mat, tel_mat2);
 806             snew(rmsd_mat, tel_mat);
 807         }
 808         if (bBond)
 809         {
 810             fprintf(stderr, "Building bond angle matrix, %dx%d elements\n",
 811                     tel_mat, tel_mat2);
 812             snew(bond_mat, tel_mat);
 813         }
 814         snew(axis, tel_mat);
 815         snew(axis2, tel_mat2);
 816         rmsd_max = 0;
 817         if (bFile2)
 818         {
 819             rmsd_min = 1e10;
 820         }
 821         else
 822         {
 823             rmsd_min = 0;
 824         }
 825         rmsd_avg = 0;
 826         bond_max = 0;
 827         bond_min = 1e10;
 828         for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 829         {
 830             axis2[j] = time2[freq2*j];
 831         }
 832         if (bDelta)
 833         {
 834             if (bDeltaLog)
 835             {
 836                 delta_scalex = 8.0/log(2.0);
 837                 delta_xsize  = (int)(log(tel_mat/2)*delta_scalex+0.5)+1;
 838             }
 839             else
 840             {
 841                 delta_xsize = tel_mat/2;
 842             }
 843             delta_scaley = 1.0/delta_maxy;
 844             snew(delta, delta_xsize);
 845             for (j = 0; j < delta_xsize; j++)
 846             {
 847                 snew(delta[j], del_lev+1);
 848             }
 849             if (avl > 0)
 850             {
 851                 snew(rmsdav_mat, tel_mat);
 852                 for (j = 0; j < tel_mat; j++)
 853                 {
 854                     snew(rmsdav_mat[j], tel_mat);
 855                 }
 856             }
 857         }
 858
 859         if (bFitAll)
 860         {
 861             snew(mat_x2_j, natoms);
 862         }
 863         for (i = 0; i < tel_mat; i++)
 864         {
 865             axis[i] = time[freq*i];
 866             fprintf(stderr, "\r element %5d; time %5.2f  ", i, axis[i]);
 867             if (bMat)
 868             {
 869                 snew(rmsd_mat[i], tel_mat2);
 870             }
 871             if (bBond)
 872             {
 873                 snew(bond_mat[i], tel_mat2);
 874             }
 875             for (j = 0; j < tel_mat2; j++)
 876             {
 877                 if (bFitAll)
 878                 {
 879                     for (k = 0; k < n_ind_m; k++)
 880                     {
 881                         copy_rvec(mat_x2[j][k], mat_x2_j[k]);
 882                     }
 883                     do_fit(n_ind_m, w_rls_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 884                 }
 885                 else
 886                 {
 887                     mat_x2_j = mat_x2[j];
 888                 }
 889                 if (bMat)
 890                 {
 891                     if (bFile2 || (i < j))
 892                     {
 893                         rmsd_mat[i][j] =
 894                             calc_similar_ind(ewhat != ewRMSD, irms[0], ind_rms_m,
 895                                              w_rms_m, mat_x[i], mat_x2_j);
 896                         if (rmsd_mat[i][j] > rmsd_max)
 897                         {
 898                             rmsd_max = rmsd_mat[i][j];
 899                         }
 900                         if (rmsd_mat[i][j] < rmsd_min)
 901                         {
 902                             rmsd_min = rmsd_mat[i][j];
 903                         }
 904                         rmsd_avg += rmsd_mat[i][j];
 905                     }
 906                     else
 907                     {
 908                         rmsd_mat[i][j] = rmsd_mat[j][i];
 909                     }
 910                 }
 911                 if (bBond)
 912                 {
 913                     if (bFile2 || (i <= j))
 914                     {
 915                         ang = 0.0;
 916                         for (m = 0; m < ibond; m++)
 917                         {
 918                             rvec_sub(mat_x[i][ind_bond1[m]], mat_x[i][ind_bond2[m]], vec1);
 919                             rvec_sub(mat_x2_j[ind_bond1[m]], mat_x2_j[ind_bond2[m]], vec2);
 920                             ang += acos(cos_angle(vec1, vec2));
 921                         }
 922                         bond_mat[i][j] = ang*180.0/(M_PI*ibond);
 923                         if (bond_mat[i][j] > bond_max)
 924                         {
 925                             bond_max = bond_mat[i][j];
 926                         }
 927                         if (bond_mat[i][j] < bond_min)
 928                         {
 929                             bond_min = bond_mat[i][j];
 930                         }
 931                     }
 932                     else
 933                     {
 934                         bond_mat[i][j] = bond_mat[j][i];
 935                     }
 936                 }
 937             }
 938         }
 939         if (bFile2)
 940         {
 941             rmsd_avg /= tel_mat*tel_mat2;
 942         }
 943         else
 944         {
 945             rmsd_avg /= tel_mat*(tel_mat - 1)/2;
 946         }
 947         if (bMat && (avl > 0))
 948         {
 949             rmsd_max = 0.0;
 950             rmsd_min = 0.0;
 951             rmsd_avg = 0.0;
 952             for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
 953             {
 954                 for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
 955                 {
 956                     av_tot     = 0;
 957                     weight_tot = 0;
 958                     for (my = -avl; my <= avl; my++)
 959                     {
 960                         if ((j+my >= 0) && (j+my < tel_mat))
 961                         {
 962                             abs_my = abs(my);
 963                             for (mx = -avl; mx <= avl; mx++)
 964                             {
 965                                 if ((i+mx >= 0) && (i+mx < tel_mat))
 966                                 {
 967                                     weight      = (real)(avl+1-max(abs(mx), abs_my));
 968                                     av_tot     += weight*rmsd_mat[i+mx][j+my];
 969                                     weight_tot += weight;
 970                                 }
 971                             }
 972                         }
 973                     }
 974                     rmsdav_mat[i][j] = av_tot/weight_tot;
 975                     rmsdav_mat[j][i] = rmsdav_mat[i][j];
 976                     if (rmsdav_mat[i][j] > rmsd_max)
 977                     {
 978                         rmsd_max = rmsdav_mat[i][j];
 979                     }
 980                 }
 981             }
 982             rmsd_mat = rmsdav_mat;
 983         }
 984
 985         if (bMat)
 986         {
 987             fprintf(stderr, "\n%s: Min %f, Max %f, Avg %f\n",
 988                     whatname[ewhat], rmsd_min, rmsd_max, rmsd_avg);
 989             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
 990             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
 991             if (rmsd_user_max != -1)
 992             {
 993                 rmsd_max = rmsd_user_max;
 994             }
 995             if (rmsd_user_min != -1)
 996             {
 997                 rmsd_min = rmsd_user_min;
 998             }
 999             if ((rmsd_user_max !=  -1) || (rmsd_user_min != -1))
1000             {
1001                 fprintf(stderr, "Min and Max value set to resp. %f and %f\n",
1002                         rmsd_min, rmsd_max);
1003             }
1004             sprintf(buf, "%s %s matrix", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1005             write_xpm(opt2FILE("-m", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, whatlabel[ewhat],
1006                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1007                       axis, axis2, rmsd_mat, rmsd_min, rmsd_max, rlo, rhi, &nlevels);
1008             /* Print the distribution of RMSD values */
1009             if (opt2bSet("-dist", NFILE, fnm))
1010             {
1011                 low_rmsd_dist(opt2fn("-dist", NFILE, fnm), rmsd_max, tel_mat, rmsd_mat, oenv);
1012             }
1013
1014             if (bDelta)
1015             {
1016                 snew(delta_tot, delta_xsize);
1017                 for (j = 0; j < tel_mat-1; j++)
1018                 {
1019                     for (i = j+1; i < tel_mat; i++)
1020                     {
1021                         mx = i-j;
1022                         if (mx < tel_mat/2)
1023                         {
1024                             if (bDeltaLog)
1025                             {
1026                                 mx = (int)(log(mx)*delta_scalex+0.5);
1027                             }
1028                             my             = (int)(rmsd_mat[i][j]*delta_scaley*del_lev+0.5);
1029                             delta_tot[mx] += 1.0;
1030                             if ((rmsd_mat[i][j] >= 0) && (rmsd_mat[i][j] <= delta_maxy))
1031                             {
1032                                 delta[mx][my] += 1.0;
1033                             }
1034                         }
1035                     }
1036                 }
1037                 delta_max = 0;
1038                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1039                 {
1040                     if (delta_tot[i] > 0.0)
1041                     {
1042                         delta_tot[i] = 1.0/delta_tot[i];
1043                         for (j = 0; j <= del_lev; j++)
1044                         {
1045                             delta[i][j] *= delta_tot[i];
1046                             if (delta[i][j] > delta_max)
1047                             {
1048                                 delta_max = delta[i][j];
1049                             }
1050                         }
1051                     }
1052                 }
1053                 fprintf(stderr, "Maximum in delta matrix: %f\n", delta_max);
1054                 snew(del_xaxis, delta_xsize);
1055                 snew(del_yaxis, del_lev+1);
1056                 for (i = 0; i < delta_xsize; i++)
1057                 {
1058                     del_xaxis[i] = axis[i]-axis[0];
1059                 }
1060                 for (i = 0; i < del_lev+1; i++)
1061                 {
1062                     del_yaxis[i] = delta_maxy*i/del_lev;
1063                 }
1064                 sprintf(buf, "%s %s vs. delta t", gn_rms[0], whatname[ewhat]);
1065                 fp = ffopen("delta.xpm", "w");
1066                 write_xpm(fp, 0, buf, "density", output_env_get_time_label(oenv), whatlabel[ewhat],
1067                           delta_xsize, del_lev+1, del_xaxis, del_yaxis,
1068                           delta, 0.0, delta_max, rlo, rhi, &nlevels);
1069                 ffclose(fp);
1070             }
1071             if (opt2bSet("-bin", NFILE, fnm))
1072             {
1073                 /* NB: File must be binary if we use fwrite */
1074                 fp = ftp2FILE(efDAT, NFILE, fnm, "wb");
1075                 for (i = 0; i < tel_mat; i++)
1076                 {
1077                     if (fwrite(rmsd_mat[i], sizeof(**rmsd_mat), tel_mat2, fp) != tel_mat2)
1078                     {
1079                         gmx_fatal(FARGS, "Error writing to output file");
1080                     }
1081                 }
1082                 ffclose(fp);
1083             }
1084         }
1085         if (bBond)
1086         {
1087             fprintf(stderr, "\nMin. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1088             if (bond_user_max != -1)
1089             {
1090                 bond_max = bond_user_max;
1091             }
1092             if (bond_user_min != -1)
1093             {
1094                 bond_min = bond_user_min;
1095             }
1096             if ((bond_user_max !=  -1) || (bond_user_min != -1))
1097             {
1098                 fprintf(stderr, "Bond angle Min and Max set to:\n"
1099                         "Min. angle: %f, Max. angle: %f\n", bond_min, bond_max);
1100             }
1101             rlo.r = 1; rlo.g = 1; rlo.b = 1;
1102             rhi.r = 0; rhi.g = 0; rhi.b = 0;
1103             sprintf(buf, "%s av. bond angle deviation", gn_rms[0]);
1104             write_xpm(opt2FILE("-bm", NFILE, fnm, "w"), 0, buf, "degrees",
1105                       output_env_get_time_label(oenv), output_env_get_time_label(oenv), tel_mat, tel_mat2,
1106                       axis, axis2, bond_mat, bond_min, bond_max, rlo, rhi, &nlevels);
1107         }
1108     }
1109
1110     bAv = opt2bSet("-a", NFILE, fnm);
1111
1112     /* Write the RMSD's to file */
1113     if (!bPrev)
1114     {
1115         sprintf(buf, "%s", whatxvgname[ewhat]);
1116     }
1117     else
1118     {
1119         sprintf(buf, "%s with frame %g %s ago", whatxvgname[ewhat],
1120                 time[prev*freq]-time[0], output_env_get_time_label(oenv));
1121     }
1122     fp = xvgropen(opt2fn("-o", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1123                   whatxvglabel[ewhat], oenv);
1124     if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1125     {
1126         fprintf(fp, "@ subtitle \"%s%s after %s%s%s\"\n",
1127                 (nrms == 1) ? "" : "of ", gn_rms[0], fitgraphlabel[efit],
1128                 bFit     ? " to " : "", bFit ? gn_fit : "");
1129     }
1130     if (nrms != 1)
1131     {
1132         xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1133     }
1134     for (i = 0; (i < teller); i++)
1135     {
1136         if (bSplit && i > 0 &&
1137             abs(time[bPrev ? freq*i : i]/output_env_get_time_factor(oenv)) < 1e-5)
1138         {
1139             fprintf(fp, "&\n");
1140         }
1141         fprintf(fp, "%12.7f", time[bPrev ? freq*i : i]);
1142         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1143         {
1144             fprintf(fp, " %12.7f", rls[j][i]);
1145             if (bAv)
1146             {
1147                 rlstot += rls[j][i];
1148             }
1149         }
1150         fprintf(fp, "\n");
1151     }
1152     ffclose(fp);
1153
1154     if (bMirror)
1155     {
1156         /* Write the mirror RMSD's to file */
1157         sprintf(buf, "%s with Mirror", whatxvgname[ewhat]);
1158         sprintf(buf2, "Mirror %s", whatxvglabel[ewhat]);
1159         fp = xvgropen(opt2fn("-mir", NFILE, fnm), buf, output_env_get_xvgr_tlabel(oenv),
1160                       buf2, oenv);
1161         if (nrms == 1)
1162         {
1163             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1164             {
1165                 fprintf(fp, "@ subtitle \"of %s after lsq fit to mirror of %s\"\n",
1166                         gn_rms[0], gn_fit);
1167             }
1168         }
1169         else
1170         {
1171             if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
1172             {
1173                 fprintf(fp, "@ subtitle \"after lsq fit to mirror %s\"\n", gn_fit);
1174             }
1175             xvgr_legend(fp, nrms, (const char**)gn_rms, oenv);
1176         }
1177         for (i = 0; (i < teller); i++)
1178         {
1179             if (bSplit && i > 0 && abs(time[i]) < 1e-5)
1180             {
1181                 fprintf(fp, "&\n");
1182             }
1183             fprintf(fp, "%12.7f", time[i]);
1184             for (j = 0; (j < nrms); j++)
1185             {
1186                 fprintf(fp, " %12.7f", rlsm[j][i]);
1187             }
1188             fprintf(fp, "\n");
1189         }
1190         ffclose(fp);
1191     }
1192
1193     if (bAv)
1194     {
1195         sprintf(buf, "Average %s", whatxvgname[ewhat]);
1196         sprintf(buf2, "Average %s", whatxvglabel[ewhat]);
1197         fp = xvgropen(opt2fn("-a", NFILE, fnm), buf, "Residue", buf2, oenv);
1198         for (j = 0; (j < nrms); j++)
1199         {
1200             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlstot/teller);
1201         }
1202         ffclose(fp);
1203     }
1204
1205     if (bNorm)
1206     {
1207         fp = xvgropen("aver.xvg", gn_rms[0], "Residue", whatxvglabel[ewhat], oenv);
1208         for (j = 0; (j < irms[0]); j++)
1209         {
1210             fprintf(fp, "%10d  %10g\n", j, rlsnorm[j]/teller);
1211         }
1212         ffclose(fp);
1213     }
1214     do_view(oenv, opt2fn_null("-a", NFILE, fnm), "-graphtype bar");
1215     do_view(oenv, opt2fn("-o", NFILE, fnm), NULL);
1216     do_view(oenv, opt2fn_null("-mir", NFILE, fnm), NULL);
1217     do_view(oenv, opt2fn_null("-m", NFILE, fnm), NULL);
1218     do_view(oenv, opt2fn_null("-bm", NFILE, fnm), NULL);
1219     do_view(oenv, opt2fn_null("-dist", NFILE, fnm), NULL);
1220
1221     return 0;
1222 }