src/gromacs/gmxlib/nrjac.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) 2012, 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 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  39 #include <config.h>
  40 #endif
  41
  42 #include <stdio.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44 #include <math.h>
  45 #include "gstat.h"
  46 #include "smalloc.h"
  47 #include "gmx_fatal.h"
  48 #include "nrjac.h"
  49
  50
  51 static inline
  52 void do_rotate(double **a, int i, int j, int k, int l, double tau, double s)
  53 {
  54     double g, h;
  55     g       = a[i][j];
  56     h       = a[k][l];
  57     a[i][j] = g - s * (h + g * tau);
  58     a[k][l] = h + s * (g - h * tau);
  59 }
  60
  61 void jacobi(double **a, int n, double d[], double **v, int *nrot)
  62 {
  63     int    j, i;
  64     int    iq, ip;
  65     double tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, *b, *z;
  66
  67     snew(b, n);
  68     snew(z, n);
  69     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  70     {
  71         for (iq = 0; iq < n; iq++)
  72         {
  73             v[ip][iq] = 0.0;
  74         }
  75         v[ip][ip] = 1.0;
  76     }
  77     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  78     {
  79         b[ip] = d[ip] = a[ip][ip];
  80         z[ip] = 0.0;
  81     }
  82     *nrot = 0;
  83     for (i = 1; i <= 50; i++)
  84     {
  85         sm = 0.0;
  86         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
  87         {
  88             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
  89             {
  90                 sm += fabs(a[ip][iq]);
  91             }
  92         }
  93         if (sm == 0.0)
  94         {
  95             sfree(z);
  96             sfree(b);
  97             return;
  98         }
  99         if (i < 4)
 100         {
 101             tresh = 0.2*sm/(n*n);
 102         }
 103         else
 104         {
 105             tresh = 0.0;
 106         }
 107         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
 108         {
 109             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
 110             {
 111                 g = 100.0*fabs(a[ip][iq]);
 112                 if (i > 4 && fabs(d[ip])+g == fabs(d[ip])
 113                     && fabs(d[iq])+g == fabs(d[iq]))
 114                 {
 115                     a[ip][iq] = 0.0;
 116                 }
 117                 else if (fabs(a[ip][iq]) > tresh)
 118                 {
 119                     h = d[iq]-d[ip];
 120                     if (fabs(h)+g == fabs(h))
 121                     {
 122                         t = (a[ip][iq])/h;
 123                     }
 124                     else
 125                     {
 126                         theta = 0.5*h/(a[ip][iq]);
 127                         t     = 1.0/(fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
 128                         if (theta < 0.0)
 129                         {
 130                             t = -t;
 131                         }
 132                     }
 133                     c         = 1.0/sqrt(1+t*t);
 134                     s         = t*c;
 135                     tau       = s/(1.0+c);
 136                     h         = t*a[ip][iq];
 137                     z[ip]    -= h;
 138                     z[iq]    += h;
 139                     d[ip]    -= h;
 140                     d[iq]    += h;
 141                     a[ip][iq] = 0.0;
 142                     for (j = 0; j < ip; j++)
 143                     {
 144                         do_rotate(a, j, ip, j, iq, tau, s);
 145                     }
 146                     for (j = ip+1; j < iq; j++)
 147                     {
 148                         do_rotate(a, ip, j, j, iq, tau, s);
 149                     }
 150                     for (j = iq+1; j < n; j++)
 151                     {
 152                         do_rotate(a, ip, j, iq, j, tau, s);
 153                     }
 154                     for (j = 0; j < n; j++)
 155                     {
 156                         do_rotate(v, j, ip, j, iq, tau, s);
 157                     }
 158                     ++(*nrot);
 159                 }
 160             }
 161         }
 162         for (ip = 0; ip < n; ip++)
 163         {
 164             b[ip] +=  z[ip];
 165             d[ip]  =  b[ip];
 166             z[ip]  =  0.0;
 167         }
 168     }
 169     gmx_fatal(FARGS, "Error: Too many iterations in routine JACOBI\n");
 170 }
 171
 172 int m_inv_gen(real **m, int n, real **minv)
 173 {
 174     double **md, **v, *eig, tol, s;
 175     int      nzero, i, j, k, nrot;
 176
 177     snew(md, n);
 178     for (i = 0; i < n; i++)
 179     {
 180         snew(md[i], n);
 181     }
 182     snew(v, n);
 183     for (i = 0; i < n; i++)
 184     {
 185         snew(v[i], n);
 186     }
 187     snew(eig, n);
 188     for (i = 0; i < n; i++)
 189     {
 190         for (j = 0; j < n; j++)
 191         {
 192             md[i][j] = m[i][j];
 193         }
 194     }
 195
 196     tol = 0;
 197     for (i = 0; i < n; i++)
 198     {
 199         tol += fabs(md[i][i]);
 200     }
 201     tol = 1e-6*tol/n;
 202
 203     jacobi(md, n, eig, v, &nrot);
 204
 205     nzero = 0;
 206     for (i = 0; i < n; i++)
 207     {
 208         if (fabs(eig[i]) < tol)
 209         {
 210             eig[i] = 0;
 211             nzero++;
 212         }
 213         else
 214         {
 215             eig[i] = 1.0/eig[i];
 216         }
 217     }
 218
 219     for (i = 0; i < n; i++)
 220     {
 221         for (j = 0; j < n; j++)
 222         {
 223             s = 0;
 224             for (k = 0; k < n; k++)
 225             {
 226                 s += eig[k]*v[i][k]*v[j][k];
 227             }
 228             minv[i][j] = s;
 229         }
 230     }
 231
 232     sfree(eig);
 233     for (i = 0; i < n; i++)
 234     {
 235         sfree(v[i]);
 236     }
 237     sfree(v);
 238     for (i = 0; i < n; i++)
 239     {
 240         sfree(md[i]);
 241     }
 242     sfree(md);
 243
 244     return nzero;
 245 }