src/gromacs/gmxana/gmx_rmsdist.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  38 #include <config.h>
  39 #endif
  40
  41 #include <math.h>
  42 #include <ctype.h>
  43
  44 #include "macros.h"
  45 #include "smalloc.h"
  46 #include "typedefs.h"
  47 #include "names.h"
  48 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  49 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  50 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  51 #include "string2.h"
  52 #include "gromacs/fileio/strdb.h"
  53 #include "vec.h"
  54 #include "macros.h"
  55 #include "index.h"
  56 #include "pbc.h"
  57 #include "xvgr.h"
  58 #include "gromacs/fileio/futil.h"
  59 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  60 #include "gmx_ana.h"
  61
  62
  63 static void calc_dist(int nind, atom_id index[], rvec x[], int ePBC, matrix box,
  64                       real **d)
  65 {
  66     int      i, j;
  67     real    *xi;
  68     rvec     dx;
  69     real     temp2;
  70     t_pbc    pbc;
  71
  72     set_pbc(&pbc, ePBC, box);
  73     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
  74     {
  75         xi = x[index[i]];
  76         for (j = i+1; (j < nind); j++)
  77         {
  78             pbc_dx(&pbc, xi, x[index[j]], dx);
  79             temp2   = norm2(dx);
  80             d[i][j] = sqrt(temp2);
  81         }
  82     }
  83 }
  84
  85 static void calc_dist_tot(int nind, atom_id index[], rvec x[],
  86                           int ePBC, matrix box,
  87                           real **d, real **dtot, real **dtot2,
  88                           gmx_bool bNMR, real **dtot1_3, real **dtot1_6)
  89 {
  90     int      i, j;
  91     real    *xi;
  92     real     temp, temp2, temp1_3;
  93     rvec     dx;
  94     t_pbc    pbc;
  95
  96     set_pbc(&pbc, ePBC, box);
  97     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
  98     {
  99         xi = x[index[i]];
 100         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 101         {
 102             pbc_dx(&pbc, xi, x[index[j]], dx);
 103             temp2        = norm2(dx);
 104             temp         = sqrt(temp2);
 105             d[i][j]      = temp;
 106             dtot[i][j]  += temp;
 107             dtot2[i][j] += temp2;
 108             if (bNMR)
 109             {
 110                 temp1_3        = 1.0/(temp*temp2);
 111                 dtot1_3[i][j] += temp1_3;
 112                 dtot1_6[i][j] += temp1_3*temp1_3;
 113             }
 114         }
 115     }
 116 }
 117
 118 static void calc_nmr(int nind, int nframes, real **dtot1_3, real **dtot1_6,
 119                      real *max1_3, real *max1_6)
 120 {
 121     int     i, j;
 122     real    temp1_3, temp1_6;
 123
 124     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
 125     {
 126         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 127         {
 128             temp1_3 = pow(dtot1_3[i][j]/nframes, -1.0/3.0);
 129             temp1_6 = pow(dtot1_6[i][j]/nframes, -1.0/6.0);
 130             if (temp1_3 > *max1_3)
 131             {
 132                 *max1_3 = temp1_3;
 133             }
 134             if (temp1_6 > *max1_6)
 135             {
 136                 *max1_6 = temp1_6;
 137             }
 138             dtot1_3[i][j] = temp1_3;
 139             dtot1_6[i][j] = temp1_6;
 140             dtot1_3[j][i] = temp1_3;
 141             dtot1_6[j][i] = temp1_6;
 142         }
 143     }
 144 }
 145
 146 static char Hnum[] = "123";
 147
 148 typedef struct {
 149     int  nr;
 150     real r_3;
 151     real r_6;
 152     real i_3;
 153     real i_6;
 154 } t_noe;
 155
 156 typedef struct {
 157     int   anr;
 158     int   ianr;
 159     int   rnr;
 160     char *aname;
 161     char *rname;
 162 } t_noe_gr;
 163
 164 typedef struct {
 165     int   rnr;
 166     char *nname;
 167     char *rname;
 168     char *aname;
 169 } t_equiv;
 170
 171 static int read_equiv(const char *eq_fn, t_equiv ***equivptr)
 172 {
 173     FILE     *fp;
 174     char      line[STRLEN], resname[10], atomname[10], *lp;
 175     int       neq, na, n, resnr;
 176     t_equiv **equiv;
 177
 178     fp    = gmx_ffopen(eq_fn, "r");
 179     neq   = 0;
 180     equiv = NULL;
 181     while (get_a_line(fp, line, STRLEN))
 182     {
 183         lp = line;
 184         /* this is not efficient, but I'm lazy */
 185         srenew(equiv, neq+1);
 186         equiv[neq] = NULL;
 187         na         = 0;
 188         if (sscanf(lp, "%s %n", atomname, &n) == 1)
 189         {
 190             lp += n;
 191             snew(equiv[neq], 1);
 192             equiv[neq][0].nname = strdup(atomname);
 193             while (sscanf(lp, "%d %s %s %n", &resnr, resname, atomname, &n) == 3)
 194             {
 195                 /* this is not efficient, but I'm lazy (again) */
 196                 srenew(equiv[neq], na+1);
 197                 equiv[neq][na].rnr   = resnr-1;
 198                 equiv[neq][na].rname = strdup(resname);
 199                 equiv[neq][na].aname = strdup(atomname);
 200                 if (na > 0)
 201                 {
 202                     equiv[neq][na].nname = NULL;
 203                 }
 204                 na++;
 205                 lp += n;
 206             }
 207         }
 208         /* make empty element as flag for end of array */
 209         srenew(equiv[neq], na+1);
 210         equiv[neq][na].rnr   = NOTSET;
 211         equiv[neq][na].rname = NULL;
 212         equiv[neq][na].aname = NULL;
 213
 214         /* next */
 215         neq++;
 216     }
 217     gmx_ffclose(fp);
 218
 219     *equivptr = equiv;
 220
 221     return neq;
 222 }
 223
 224 static void dump_equiv(FILE *out, int neq, t_equiv **equiv)
 225 {
 226     int i, j;
 227
 228     fprintf(out, "Dumping equivalent list\n");
 229     for (i = 0; i < neq; i++)
 230     {
 231         fprintf(out, "%s", equiv[i][0].nname);
 232         for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET; j++)
 233         {
 234             fprintf(out, " %d %s %s",
 235                     equiv[i][j].rnr, equiv[i][j].rname, equiv[i][j].aname);
 236         }
 237         fprintf(out, "\n");
 238     }
 239 }
 240
 241 static gmx_bool is_equiv(int neq, t_equiv **equiv, char **nname,
 242                          int rnr1, char *rname1, char *aname1,
 243                          int rnr2, char *rname2, char *aname2)
 244 {
 245     int      i, j;
 246     gmx_bool bFound;
 247
 248     bFound = FALSE;
 249     /* we can terminate each loop when bFound is true! */
 250     for (i = 0; i < neq && !bFound; i++)
 251     {
 252         /* find first atom */
 253         for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET && !bFound; j++)
 254         {
 255             bFound = ( equiv[i][j].rnr == rnr1 &&
 256                        strcmp(equiv[i][j].rname, rname1) == 0 &&
 257                        strcmp(equiv[i][j].aname, aname1) == 0 );
 258         }
 259         if (bFound)
 260         {
 261             /* find second atom */
 262             bFound = FALSE;
 263             for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET && !bFound; j++)
 264             {
 265                 bFound = ( equiv[i][j].rnr == rnr2 &&
 266                            strcmp(equiv[i][j].rname, rname2) == 0 &&
 267                            strcmp(equiv[i][j].aname, aname2) == 0 );
 268             }
 269         }
 270     }
 271     if (bFound)
 272     {
 273         *nname = strdup(equiv[i-1][0].nname);
 274     }
 275
 276     return bFound;
 277 }
 278
 279 static int analyze_noe_equivalent(const char *eq_fn,
 280                                   t_atoms *atoms, int isize, atom_id *index,
 281                                   gmx_bool bSumH,
 282                                   atom_id *noe_index, t_noe_gr *noe_gr)
 283 {
 284     FILE     *fp;
 285     int       i, j, anmil, anmjl, rnri, rnrj, gi, groupnr, neq;
 286     char     *anmi, *anmj, **nnm;
 287     gmx_bool  bMatch, bEquiv;
 288     t_equiv **equiv;
 289
 290     snew(nnm, isize);
 291     if (bSumH)
 292     {
 293         if (eq_fn)
 294         {
 295             neq = read_equiv(eq_fn, &equiv);
 296             if (debug)
 297             {
 298                 dump_equiv(debug, neq, equiv);
 299             }
 300         }
 301         else
 302         {
 303             neq   = 0;
 304             equiv = NULL;
 305         }
 306
 307         groupnr = 0;
 308         for (i = 0; i < isize; i++)
 309         {
 310             if (equiv && i < isize-1)
 311             {
 312                 /* check explicit list of equivalent atoms */
 313                 do
 314                 {
 315                     j      = i+1;
 316                     rnri   = atoms->atom[index[i]].resind;
 317                     rnrj   = atoms->atom[index[j]].resind;
 318                     bEquiv =
 319                         is_equiv(neq, equiv, &nnm[i],
 320                                  rnri, *atoms->resinfo[rnri].name, *atoms->atomname[index[i]],
 321                                  rnrj, *atoms->resinfo[rnrj].name, *atoms->atomname[index[j]]);
 322                     if (nnm[i] && bEquiv)
 323                     {
 324                         nnm[j] = strdup(nnm[i]);
 325                     }
 326                     if (bEquiv)
 327                     {
 328                         /* set index for matching atom */
 329                         noe_index[j] = groupnr;
 330                         /* skip matching atom */
 331                         i = j;
 332                     }
 333                 }
 334                 while (bEquiv && i < isize-1);
 335             }
 336             else
 337             {
 338                 bEquiv = FALSE;
 339             }
 340             if (!bEquiv)
 341             {
 342                 /* look for triplets of consecutive atoms with name XX?,
 343                    X are any number of letters or digits and ? goes from 1 to 3
 344                    This is supposed to cover all CH3 groups and the like */
 345                 anmi   = *atoms->atomname[index[i]];
 346                 anmil  = strlen(anmi);
 347                 bMatch = i < isize-3 && anmi[anmil-1] == '1';
 348                 if (bMatch)
 349                 {
 350                     for (j = 1; j < 3; j++)
 351                     {
 352                         anmj   = *atoms->atomname[index[i+j]];
 353                         anmjl  = strlen(anmj);
 354                         bMatch = bMatch && ( anmil == anmjl && anmj[anmjl-1] == Hnum[j] &&
 355                                              strncmp(anmi, anmj, anmil-1) == 0 );
 356                     }
 357                 }
 358                 /* set index for this atom */
 359                 noe_index[i] = groupnr;
 360                 if (bMatch)
 361                 {
 362                     /* set index for next two matching atoms */
 363                     for (j = 1; j < 3; j++)
 364                     {
 365                         noe_index[i+j] = groupnr;
 366                     }
 367                     /* skip matching atoms */
 368                     i += 2;
 369                 }
 370             }
 371             groupnr++;
 372         }
 373     }
 374     else
 375     {
 376         /* make index without looking for equivalent atoms */
 377         for (i = 0; i < isize; i++)
 378         {
 379             noe_index[i] = i;
 380         }
 381         groupnr = isize;
 382     }
 383     noe_index[isize] = groupnr;
 384
 385     if (debug)
 386     {
 387         /* dump new names */
 388         for (i = 0; i < isize; i++)
 389         {
 390             rnri = atoms->atom[index[i]].resind;
 391             fprintf(debug, "%s %s %d -> %s\n", *atoms->atomname[index[i]],
 392                     *atoms->resinfo[rnri].name, rnri, nnm[i] ? nnm[i] : "");
 393         }
 394     }
 395
 396     for (i = 0; i < isize; i++)
 397     {
 398         gi = noe_index[i];
 399         if (!noe_gr[gi].aname)
 400         {
 401             noe_gr[gi].ianr = i;
 402             noe_gr[gi].anr  = index[i];
 403             if (nnm[i])
 404             {
 405                 noe_gr[gi].aname = strdup(nnm[i]);
 406             }
 407             else
 408             {
 409                 noe_gr[gi].aname = strdup(*atoms->atomname[index[i]]);
 410                 if (noe_index[i] == noe_index[i+1])
 411                 {
 412                     noe_gr[gi].aname[strlen(noe_gr[gi].aname)-1] = '*';
 413                 }
 414             }
 415             noe_gr[gi].rnr   = atoms->atom[index[i]].resind;
 416             noe_gr[gi].rname = strdup(*atoms->resinfo[noe_gr[gi].rnr].name);
 417             /* dump group definitions */
 418             if (debug)
 419             {
 420                 fprintf(debug, "%d %d %d %d %s %s %d\n", i, gi,
 421                         noe_gr[gi].ianr, noe_gr[gi].anr, noe_gr[gi].aname,
 422                         noe_gr[gi].rname, noe_gr[gi].rnr);
 423             }
 424         }
 425     }
 426     for (i = 0; i < isize; i++)
 427     {
 428         sfree(nnm[i]);
 429     }
 430     sfree(nnm);
 431
 432     return groupnr;
 433 }
 434
 435 /* #define NSCALE 3 */
 436 /*  static char *noe_scale[NSCALE+1] = { */
 437 /*    "strong", "medium", "weak", "none" */
 438 /*  }; */
 439 #define NSCALE 6
 440
 441 static char *noe2scale(real r3, real r6, real rmax)
 442 {
 443     int         i, s3, s6;
 444     static char buf[NSCALE+1];
 445
 446     /* r goes from 0 to rmax
 447        NSCALE*r/rmax goes from 0 to NSCALE
 448        NSCALE - NSCALE*r/rmax goes from NSCALE to 0 */
 449     s3 = NSCALE - min(NSCALE, (int)(NSCALE*r3/rmax));
 450     s6 = NSCALE - min(NSCALE, (int)(NSCALE*r6/rmax));
 451
 452     for (i = 0; i < s3; i++)
 453     {
 454         buf[i] = '=';
 455     }
 456     for (; i < s6; i++)
 457     {
 458         buf[i] = '-';
 459     }
 460     buf[i] = '\0';
 461
 462     return buf;
 463 }
 464
 465 static void calc_noe(int isize, atom_id *noe_index,
 466                      real **dtot1_3, real **dtot1_6, int gnr, t_noe **noe)
 467 {
 468     int i, j, gi, gj;
 469
 470     /* make half matrix of noe-group distances from atom distances */
 471     for (i = 0; i < isize; i++)
 472     {
 473         gi = noe_index[i];
 474         for (j = i; j < isize; j++)
 475         {
 476             gj = noe_index[j];
 477             noe[gi][gj].nr++;
 478             noe[gi][gj].i_3 += pow(dtot1_3[i][j], -3);
 479             noe[gi][gj].i_6 += pow(dtot1_6[i][j], -6);
 480         }
 481     }
 482
 483     /* make averages */
 484     for (i = 0; i < gnr; i++)
 485     {
 486         for (j = i+1; j < gnr; j++)
 487         {
 488             noe[i][j].r_3 = pow(noe[i][j].i_3/noe[i][j].nr, -1.0/3.0);
 489             noe[i][j].r_6 = pow(noe[i][j].i_6/noe[i][j].nr, -1.0/6.0);
 490             noe[j][i]     = noe[i][j];
 491         }
 492     }
 493 }
 494
 495 static void write_noe(FILE *fp, int gnr, t_noe **noe, t_noe_gr *noe_gr, real rmax)
 496 {
 497     int      i, j;
 498     real     r3, r6, min3, min6;
 499     char     buf[10], b3[10], b6[10];
 500     t_noe_gr gri, grj;
 501
 502     min3 = min6 = 1e6;
 503     fprintf(fp,
 504             ";%4s %3s %4s %4s%3s %4s %4s %4s %4s%3s %5s %5s %8s %2s %2s %s\n",
 505             "ianr", "anr", "anm", "rnm", "rnr", "ianr", "anr", "anm", "rnm", "rnr",
 506             "1/r^3", "1/r^6", "intnsty", "Dr", "Da", "scale");
 507     for (i = 0; i < gnr; i++)
 508     {
 509         gri = noe_gr[i];
 510         for (j = i+1; j < gnr; j++)
 511         {
 512             grj  = noe_gr[j];
 513             r3   = noe[i][j].r_3;
 514             r6   = noe[i][j].r_6;
 515             min3 = min(r3, min3);
 516             min6 = min(r6, min6);
 517             if (r3 < rmax || r6 < rmax)
 518             {
 519                 if (grj.rnr == gri.rnr)
 520                 {
 521                     sprintf(buf, "%2d", grj.anr-gri.anr);
 522                 }
 523                 else
 524                 {
 525                     buf[0] = '\0';
 526                 }
 527                 if (r3 < rmax)
 528                 {
 529                     sprintf(b3, "%-5.3f", r3);
 530                 }
 531                 else
 532                 {
 533                     strcpy(b3, "-");
 534                 }
 535                 if (r6 < rmax)
 536                 {
 537                     sprintf(b6, "%-5.3f", r6);
 538                 }
 539                 else
 540                 {
 541                     strcpy(b6, "-");
 542                 }
 543                 fprintf(fp,
 544                         "%4d %4d %4s %4s%3d %4d %4d %4s %4s%3d %5s %5s %8d %2d %2s %s\n",
 545                         gri.ianr+1, gri.anr+1, gri.aname, gri.rname, gri.rnr+1,
 546                         grj.ianr+1, grj.anr+1, grj.aname, grj.rname, grj.rnr+1,
 547                         b3, b6, (int)(noe[i][j].i_6+0.5), grj.rnr-gri.rnr, buf,
 548                         noe2scale(r3, r6, rmax));
 549             }
 550         }
 551     }
 552 #define MINI ((i == 3) ? min3 : min6)
 553     for (i = 3; i <= 6; i += 3)
 554     {
 555         if (MINI > rmax)
 556         {
 557             fprintf(stdout, "NOTE: no 1/r^%d averaged distances found below %g, "
 558                     "smallest was %g\n", i, rmax, MINI );
 559         }
 560         else
 561         {
 562             fprintf(stdout, "Smallest 1/r^%d averaged distance was %g\n", i, MINI );
 563         }
 564     }
 565 #undef MINI
 566 }
 567
 568 static void calc_rms(int nind, int nframes,
 569                      real **dtot, real **dtot2,
 570                      real **rmsmat,  real *rmsmax,
 571                      real **rmscmat, real *rmscmax,
 572                      real **meanmat, real *meanmax)
 573 {
 574     int     i, j;
 575     real    mean, mean2, rms, rmsc;
 576 /* N.B. dtot and dtot2 contain the total distance and the total squared
 577  * distance respectively, BUT they return RMS and the scaled RMS resp.
 578  */
 579
 580     *rmsmax  = -1000;
 581     *rmscmax = -1000;
 582     *meanmax = -1000;
 583
 584     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
 585     {
 586         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 587         {
 588             mean  = dtot[i][j]/nframes;
 589             mean2 = dtot2[i][j]/nframes;
 590             rms   = sqrt(max(0, mean2-mean*mean));
 591             rmsc  = rms/mean;
 592             if (mean > *meanmax)
 593             {
 594                 *meanmax = mean;
 595             }
 596             if (rms  > *rmsmax)
 597             {
 598                 *rmsmax = rms;
 599             }
 600             if (rmsc > *rmscmax)
 601             {
 602                 *rmscmax = rmsc;
 603             }
 604             meanmat[i][j] = meanmat[j][i] = mean;
 605             rmsmat[i][j]  = rmsmat[j][i] = rms;
 606             rmscmat[i][j] = rmscmat[j][i] = rmsc;
 607         }
 608     }
 609 }
 610
 611 real rms_diff(int natom, real **d, real **d_r)
 612 {
 613     int  i, j;
 614     real r, r2;
 615
 616     r2 = 0.0;
 617     for (i = 0; (i < natom-1); i++)
 618     {
 619         for (j = i+1; (j < natom); j++)
 620         {
 621             r   = d[i][j]-d_r[i][j];
 622             r2 += r*r;
 623         }
 624     }
 625     r2 /= (natom*(natom-1))/2;
 626
 627     return sqrt(r2);
 628 }
 629
 630 int gmx_rmsdist(int argc, char *argv[])
 631 {
 632     const char     *desc[] = {
 633         "[THISMODULE] computes the root mean square deviation of atom distances,",
 634         "which has the advantage that no fit is needed like in standard RMS",
 635         "deviation as computed by [gmx-rms].",
 636         "The reference structure is taken from the structure file.",
 637         "The RMSD at time t is calculated as the RMS",
 638         "of the differences in distance between atom-pairs in the reference",
 639         "structure and the structure at time t.[PAR]",
 640         "[THISMODULE] can also produce matrices of the rms distances, rms distances",
 641         "scaled with the mean distance and the mean distances and matrices with",
 642         "NMR averaged distances (1/r^3 and 1/r^6 averaging). Finally, lists",
 643         "of atom pairs with 1/r^3 and 1/r^6 averaged distance below the",
 644         "maximum distance ([TT]-max[tt], which will default to 0.6 in this case)",
 645         "can be generated, by default averaging over equivalent hydrogens",
 646         "(all triplets of hydrogens named *[123]). Additionally a list of",
 647         "equivalent atoms can be supplied ([TT]-equiv[tt]), each line containing",
 648         "a set of equivalent atoms specified as residue number and name and",
 649         "atom name; e.g.:[PAR]",
 650         "[TT]3 SER  HB1 3 SER  HB2[tt][PAR]",
 651         "Residue and atom names must exactly match those in the structure",
 652         "file, including case. Specifying non-sequential atoms is undefined."
 653
 654     };
 655
 656     int             natom, i, j, teller, gi, gj;
 657     real            t;
 658
 659     t_topology      top;
 660     int             ePBC;
 661     t_atoms        *atoms;
 662     matrix          box;
 663     rvec           *x;
 664     FILE           *fp;
 665
 666     t_trxstatus    *status;
 667     int             isize, gnr = 0;
 668     atom_id        *index, *noe_index;
 669     char           *grpname;
 670     real          **d_r, **d, **dtot, **dtot2, **mean, **rms, **rmsc, *resnr;
 671     real          **dtot1_3 = NULL, **dtot1_6 = NULL;
 672     real            rmsnow, meanmax, rmsmax, rmscmax;
 673     real            max1_3, max1_6;
 674     t_noe_gr       *noe_gr = NULL;
 675     t_noe         **noe    = NULL;
 676     t_rgb           rlo, rhi;
 677     char            buf[255];
 678     gmx_bool        bRMS, bScale, bMean, bNOE, bNMR3, bNMR6, bNMR;
 679
 680     static int      nlevels  = 40;
 681     static real     scalemax = -1.0;
 682     static gmx_bool bSumH    = TRUE;
 683     static gmx_bool bPBC     = TRUE;
 684     output_env_t    oenv;
 685
 686     t_pargs         pa[] = {
 687         { "-nlevels",   FALSE, etINT,  {&nlevels},
 688           "Discretize RMS in this number of levels" },
 689         { "-max",   FALSE, etREAL, {&scalemax},
 690           "Maximum level in matrices" },
 691         { "-sumh",  FALSE, etBOOL, {&bSumH},
 692           "Average distance over equivalent hydrogens" },
 693         { "-pbc",   FALSE, etBOOL, {&bPBC},
 694           "Use periodic boundary conditions when computing distances" }
 695     };
 696     t_filenm        fnm[] = {
 697         { efTRX, "-f",   NULL,       ffREAD },
 698         { efTPS, NULL,   NULL,       ffREAD },
 699         { efNDX, NULL,   NULL,       ffOPTRD },
 700         { efDAT, "-equiv", "equiv",   ffOPTRD },
 701         { efXVG, NULL,   "distrmsd", ffWRITE },
 702         { efXPM, "-rms", "rmsdist",  ffOPTWR },
 703         { efXPM, "-scl", "rmsscale", ffOPTWR },
 704         { efXPM, "-mean", "rmsmean",  ffOPTWR },
 705         { efXPM, "-nmr3", "nmr3",     ffOPTWR },
 706         { efXPM, "-nmr6", "nmr6",     ffOPTWR },
 707         { efDAT, "-noe", "noe",     ffOPTWR },
 708     };
 709 #define NFILE asize(fnm)
 710
 711     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW | PCA_CAN_TIME | PCA_BE_NICE,
 712                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 713     {
 714         return 0;
 715     }
 716
 717     bRMS   = opt2bSet("-rms", NFILE, fnm);
 718     bScale = opt2bSet("-scl", NFILE, fnm);
 719     bMean  = opt2bSet("-mean", NFILE, fnm);
 720     bNOE   = opt2bSet("-noe", NFILE, fnm);
 721     bNMR3  = opt2bSet("-nmr3", NFILE, fnm);
 722     bNMR6  = opt2bSet("-nmr6", NFILE, fnm);
 723     bNMR   = bNMR3 || bNMR6 || bNOE;
 724
 725     max1_3 = 0;
 726     max1_6 = 0;
 727
 728     /* check input */
 729     if (bNOE && scalemax < 0)
 730     {
 731         scalemax = 0.6;
 732         fprintf(stderr, "WARNING: using -noe without -max "
 733                 "makes no sense, setting -max to %g\n\n", scalemax);
 734     }
 735
 736     /* get topology and index */
 737     read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), buf, &top, &ePBC, &x, NULL, box, FALSE);
 738
 739     if (!bPBC)
 740     {
 741         ePBC = epbcNONE;
 742     }
 743     atoms = &(top.atoms);
 744
 745     get_index(atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, &isize, &index, &grpname);
 746
 747     /* initialize arrays */
 748     snew(d, isize);
 749     snew(dtot, isize);
 750     snew(dtot2, isize);
 751     if (bNMR)
 752     {
 753         snew(dtot1_3, isize);
 754         snew(dtot1_6, isize);
 755     }
 756     snew(mean, isize);
 757     snew(rms, isize);
 758     snew(rmsc, isize);
 759     snew(d_r, isize);
 760     snew(resnr, isize);
 761     for (i = 0; (i < isize); i++)
 762     {
 763         snew(d[i], isize);
 764         snew(dtot[i], isize);
 765         snew(dtot2[i], isize);
 766         if (bNMR)
 767         {
 768             snew(dtot1_3[i], isize);
 769             snew(dtot1_6[i], isize);
 770         }
 771         snew(mean[i], isize);
 772         snew(rms[i], isize);
 773         snew(rmsc[i], isize);
 774         snew(d_r[i], isize);
 775         resnr[i] = i+1;
 776     }
 777
 778     /*set box type*/
 779     calc_dist(isize, index, x, ePBC, box, d_r);
 780     sfree(x);
 781
 782     /*open output files*/
 783     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "RMS Deviation", "Time (ps)", "RMSD (nm)",
 784                   oenv);
 785     if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
 786     {
 787         fprintf(fp, "@ subtitle \"of distances between %s atoms\"\n", grpname);
 788     }
 789
 790     /*do a first step*/
 791     natom = read_first_x(oenv, &status, ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), &t, &x, box);
 792
 793     do
 794     {
 795         calc_dist_tot(isize, index, x, ePBC, box, d, dtot, dtot2, bNMR, dtot1_3, dtot1_6);
 796
 797         rmsnow = rms_diff(isize, d, d_r);
 798         fprintf(fp, "%g  %g\n", t, rmsnow);
 799     }
 800     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 801     fprintf(stderr, "\n");
 802
 803     gmx_ffclose(fp);
 804
 805     teller = nframes_read(status);
 806
 807     close_trj(status);
 808
 809     calc_rms(isize, teller, dtot, dtot2, mean, &meanmax, rms, &rmsmax, rmsc, &rmscmax);
 810     fprintf(stderr, "rmsmax = %g, rmscmax = %g\n", rmsmax, rmscmax);
 811
 812     if (bNMR)
 813     {
 814         calc_nmr(isize, teller, dtot1_3, dtot1_6, &max1_3, &max1_6);
 815     }
 816
 817     if (scalemax > -1.0)
 818     {
 819         rmsmax  = scalemax;
 820         rmscmax = scalemax;
 821         meanmax = scalemax;
 822         max1_3  = scalemax;
 823         max1_6  = scalemax;
 824     }
 825
 826     if (bNOE)
 827     {
 828         /* make list of noe atom groups */
 829         snew(noe_index, isize+1);
 830         snew(noe_gr, isize);
 831         gnr = analyze_noe_equivalent(opt2fn_null("-equiv", NFILE, fnm),
 832                                      atoms, isize, index, bSumH, noe_index, noe_gr);
 833         fprintf(stdout, "Found %d non-equivalent atom-groups in %d atoms\n",
 834                 gnr, isize);
 835         /* make half matrix of of noe-group distances from atom distances */
 836         snew(noe, gnr);
 837         for (i = 0; i < gnr; i++)
 838         {
 839             snew(noe[i], gnr);
 840         }
 841         calc_noe(isize, noe_index, dtot1_3, dtot1_6, gnr, noe);
 842     }
 843
 844     rlo.r = 1.0, rlo.g = 1.0, rlo.b = 1.0;
 845     rhi.r = 0.0, rhi.g = 0.0, rhi.b = 0.0;
 846
 847     if (bRMS)
 848     {
 849         write_xpm(opt2FILE("-rms", NFILE, fnm, "w"), 0,
 850                   "RMS of distance", "RMS (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 851                   isize, isize, resnr, resnr, rms, 0.0, rmsmax, rlo, rhi, &nlevels);
 852     }
 853
 854     if (bScale)
 855     {
 856         write_xpm(opt2FILE("-scl", NFILE, fnm, "w"), 0,
 857                   "Relative RMS", "RMS", "Atom Index", "Atom Index",
 858                   isize, isize, resnr, resnr, rmsc, 0.0, rmscmax, rlo, rhi, &nlevels);
 859     }
 860
 861     if (bMean)
 862     {
 863         write_xpm(opt2FILE("-mean", NFILE, fnm, "w"), 0,
 864                   "Mean Distance", "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 865                   isize, isize, resnr, resnr, mean, 0.0, meanmax, rlo, rhi, &nlevels);
 866     }
 867
 868     if (bNMR3)
 869     {
 870         write_xpm(opt2FILE("-nmr3", NFILE, fnm, "w"), 0, "1/r^3 averaged distances",
 871                   "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 872                   isize, isize, resnr, resnr, dtot1_3, 0.0, max1_3, rlo, rhi, &nlevels);
 873     }
 874     if (bNMR6)
 875     {
 876         write_xpm(opt2FILE("-nmr6", NFILE, fnm, "w"), 0, "1/r^6 averaged distances",
 877                   "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 878                   isize, isize, resnr, resnr, dtot1_6, 0.0, max1_6, rlo, rhi, &nlevels);
 879     }
 880
 881     if (bNOE)
 882     {
 883         write_noe(opt2FILE("-noe", NFILE, fnm, "w"), gnr, noe, noe_gr, scalemax);
 884     }
 885
 886     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 887
 888     return 0;
 889 }