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