src/gromacs/gmxlib/nrjac.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  * GROningen Mixture of Alchemy and Childrens' Stories
  34  */
  35 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <stdio.h>
  41 #include <stdlib.h>
  42 #include <math.h>
  43 #include "gstat.h"
  44 #include "smalloc.h"
  45 #include "gmx_fatal.h"
  46 #include "nrjac.h"
  47
  48
  49 static inline
  50 void do_rotate(double **a, int i, int j, int k, int l, double tau, double s)
  51 {
  52     double g, h;
  53     g       = a[i][j];
  54     h       = a[k][l];
  55     a[i][j] = g - s * (h + g * tau);
  56     a[k][l] = h + s * (g - h * tau);
  57 }
  58
  59 void jacobi(double **a, int n, double d[], double **v, int *nrot)
  60 {
  61     int    j, i;
  62     int    iq, ip;
  63     double tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, *b, *z;
  64
  65     snew(b, n);
  66     snew(z, n);
  67     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  68     {
  69         for (iq = 0; iq < n; iq++)
  70         {
  71             v[ip][iq] = 0.0;
  72         }
  73         v[ip][ip] = 1.0;
  74     }
  75     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  76     {
  77         b[ip] = d[ip] = a[ip][ip];
  78         z[ip] = 0.0;
  79     }
  80     *nrot = 0;
  81     for (i = 1; i <= 50; i++)
  82     {
  83         sm = 0.0;
  84         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
  85         {
  86             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
  87             {
  88                 sm += fabs(a[ip][iq]);
  89             }
  90         }
  91         if (sm == 0.0)
  92         {
  93             sfree(z);
  94             sfree(b);
  95             return;
  96         }
  97         if (i < 4)
  98         {
  99             tresh = 0.2*sm/(n*n);
 100         }
 101         else
 102         {
 103             tresh = 0.0;
 104         }
 105         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
 106         {
 107             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
 108             {
 109                 g = 100.0*fabs(a[ip][iq]);
 110                 if (i > 4 && fabs(d[ip])+g == fabs(d[ip])
 111                     && fabs(d[iq])+g == fabs(d[iq]))
 112                 {
 113                     a[ip][iq] = 0.0;
 114                 }
 115                 else if (fabs(a[ip][iq]) > tresh)
 116                 {
 117                     h = d[iq]-d[ip];
 118                     if (fabs(h)+g == fabs(h))
 119                     {
 120                         t = (a[ip][iq])/h;
 121                     }
 122                     else
 123                     {
 124                         theta = 0.5*h/(a[ip][iq]);
 125                         t     = 1.0/(fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
 126                         if (theta < 0.0)
 127                         {
 128                             t = -t;
 129                         }
 130                     }
 131                     c         = 1.0/sqrt(1+t*t);
 132                     s         = t*c;
 133                     tau       = s/(1.0+c);
 134                     h         = t*a[ip][iq];
 135                     z[ip]    -= h;
 136                     z[iq]    += h;
 137                     d[ip]    -= h;
 138                     d[iq]    += h;
 139                     a[ip][iq] = 0.0;
 140                     for (j = 0; j < ip; j++)
 141                     {
 142                         do_rotate(a, j, ip, j, iq, tau, s);
 143                     }
 144                     for (j = ip+1; j < iq; j++)
 145                     {
 146                         do_rotate(a, ip, j, j, iq, tau, s);
 147                     }
 148                     for (j = iq+1; j < n; j++)
 149                     {
 150                         do_rotate(a, ip, j, iq, j, tau, s);
 151                     }
 152                     for (j = 0; j < n; j++)
 153                     {
 154                         do_rotate(v, j, ip, j, iq, tau, s);
 155                     }
 156                     ++(*nrot);
 157                 }
 158             }
 159         }
 160         for (ip = 0; ip < n; ip++)
 161         {
 162             b[ip] +=  z[ip];
 163             d[ip]  =  b[ip];
 164             z[ip]  =  0.0;
 165         }
 166     }
 167     gmx_fatal(FARGS, "Error: Too many iterations in routine JACOBI\n");
 168 }
 169
 170 int m_inv_gen(real **m, int n, real **minv)
 171 {
 172     double **md, **v, *eig, tol, s;
 173     int      nzero, i, j, k, nrot;
 174
 175     snew(md, n);
 176     for (i = 0; i < n; i++)
 177     {
 178         snew(md[i], n);
 179     }
 180     snew(v, n);
 181     for (i = 0; i < n; i++)
 182     {
 183         snew(v[i], n);
 184     }
 185     snew(eig, n);
 186     for (i = 0; i < n; i++)
 187     {
 188         for (j = 0; j < n; j++)
 189         {
 190             md[i][j] = m[i][j];
 191         }
 192     }
 193
 194     tol = 0;
 195     for (i = 0; i < n; i++)
 196     {
 197         tol += fabs(md[i][i]);
 198     }
 199     tol = 1e-6*tol/n;
 200
 201     jacobi(md, n, eig, v, &nrot);
 202
 203     nzero = 0;
 204     for (i = 0; i < n; i++)
 205     {
 206         if (fabs(eig[i]) < tol)
 207         {
 208             eig[i] = 0;
 209             nzero++;
 210         }
 211         else
 212         {
 213             eig[i] = 1.0/eig[i];
 214         }
 215     }
 216
 217     for (i = 0; i < n; i++)
 218     {
 219         for (j = 0; j < n; j++)
 220         {
 221             s = 0;
 222             for (k = 0; k < n; k++)
 223             {
 224                 s += eig[k]*v[i][k]*v[j][k];
 225             }
 226             minv[i][j] = s;
 227         }
 228     }
 229
 230     sfree(eig);
 231     for (i = 0; i < n; i++)
 232     {
 233         sfree(v[i]);
 234     }
 235     sfree(v);
 236     for (i = 0; i < n; i++)
 237     {
 238         sfree(md[i]);
 239     }
 240     sfree(md);
 241
 242     return nzero;
 243 }