src/gromacs/gmxpreprocess/gen_ad.cpp

   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) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "gen_ad.h"
  41
  42 #include <ctype.h>
  43 #include <stdlib.h>
  44 #include <string.h>
  45
  46 #include <cmath>
  47
  48 #include <algorithm>
  49
  50 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  51 #include "gromacs/gmxpreprocess/gpp_nextnb.h"
  52 #include "gromacs/gmxpreprocess/notset.h"
  53 #include "gromacs/gmxpreprocess/pgutil.h"
  54 #include "gromacs/gmxpreprocess/resall.h"
  55 #include "gromacs/gmxpreprocess/topio.h"
  56 #include "gromacs/gmxpreprocess/toputil.h"
  57 #include "gromacs/math/vec.h"
  58 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  59 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  60 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  61 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  62
  63 #define DIHEDRAL_WAS_SET_IN_RTP 0
  64 static bool was_dihedral_set_in_rtp(const t_param *dih)
  65 {
  66     return dih->c[MAXFORCEPARAM-1] == DIHEDRAL_WAS_SET_IN_RTP;
  67 }
  68
  69 typedef bool (*peq)(t_param *p1, t_param *p2);
  70
  71 static int acomp(const void *a1, const void *a2)
  72 {
  73     const t_param *p1, *p2;
  74     int            ac;
  75
  76     p1 = static_cast<const t_param *>(a1);
  77     p2 = static_cast<const t_param *>(a2);
  78     if ((ac = (p1->aj()-p2->aj())) != 0)
  79     {
  80         return ac;
  81     }
  82     else if ((ac = (p1->ai()-p2->ai())) != 0)
  83     {
  84         return ac;
  85     }
  86     else
  87     {
  88         return (p1->ak()-p2->ak());
  89     }
  90 }
  91
  92 static int pcomp(const void *a1, const void *a2)
  93 {
  94     const t_param *p1, *p2;
  95     int            pc;
  96
  97     p1 = static_cast<const t_param *>(a1);
  98     p2 = static_cast<const t_param *>(a2);
  99     if ((pc = (p1->ai()-p2->ai())) != 0)
 100     {
 101         return pc;
 102     }
 103     else
 104     {
 105         return (p1->aj()-p2->aj());
 106     }
 107 }
 108
 109 static int dcomp(const void *d1, const void *d2)
 110 {
 111     const t_param *p1, *p2;
 112     int            dc;
 113
 114     p1 = static_cast<const t_param *>(d1);
 115     p2 = static_cast<const t_param *>(d2);
 116     /* First sort by J & K (the two central) atoms */
 117     if ((dc = (p1->aj()-p2->aj())) != 0)
 118     {
 119         return dc;
 120     }
 121     else if ((dc = (p1->ak()-p2->ak())) != 0)
 122     {
 123         return dc;
 124     }
 125     /* Then make sure to put rtp dihedrals before generated ones */
 126     else if (was_dihedral_set_in_rtp(p1) &&
 127              !was_dihedral_set_in_rtp(p2))
 128     {
 129         return -1;
 130     }
 131     else if (!was_dihedral_set_in_rtp(p1) &&
 132              was_dihedral_set_in_rtp(p2))
 133     {
 134         return 1;
 135     }
 136     /* Then sort by I and J (two outer) atoms */
 137     else if ((dc = (p1->ai()-p2->ai())) != 0)
 138     {
 139         return dc;
 140     }
 141     else if ((dc = (p1->al()-p2->al())) != 0)
 142     {
 143         return dc;
 144     }
 145     else
 146     {
 147         // AMBER force fields with type 9 dihedrals can reach here, where we sort on
 148         // the contents of the string that names the macro for the parameters.
 149         return strcmp(p1->s, p2->s);
 150     }
 151 }
 152
 153
 154 static bool is_dihedral_on_same_bond(t_param *p1, t_param *p2)
 155 {
 156     return ((p1->aj() == p2->aj()) && (p1->ak() == p2->ak())) ||
 157            ((p1->aj() == p2->ak()) && (p1->ak() == p2->aj()));
 158 }
 159
 160
 161 static bool preq(t_param *p1, t_param *p2)
 162 {
 163     return (p1->ai() == p2->ai()) && (p1->aj() == p2->aj());
 164 }
 165
 166 static void rm2par(t_param p[], int *np, peq eq)
 167 {
 168     int *index, nind;
 169     int  i, j;
 170
 171     if ((*np) == 0)
 172     {
 173         return;
 174     }
 175
 176     snew(index, *np);
 177     nind          = 0;
 178     index[nind++] = 0;
 179     for (i = 1; (i < (*np)); i++)
 180     {
 181         if (!eq(&p[i], &p[i-1]))
 182         {
 183             index[nind++] = i;
 184         }
 185     }
 186     /* Index now holds pointers to all the non-equal params,
 187      * this only works when p is sorted of course
 188      */
 189     for (i = 0; (i < nind); i++)
 190     {
 191         for (j = 0; (j < MAXATOMLIST); j++)
 192         {
 193             p[i].a[j] = p[index[i]].a[j];
 194         }
 195         for (j = 0; (j < MAXFORCEPARAM); j++)
 196         {
 197             p[i].c[j] = p[index[i]].c[j];
 198         }
 199         if (p[index[i]].a[0] == p[index[i]].a[1])
 200         {
 201             strcpy(p[i].s, "");
 202         }
 203         else if (index[i] > i)
 204         {
 205             /* Copy the string only if it comes from somewhere else
 206              * otherwise we will end up copying a random (newly freed) pointer.
 207              * Since the index is sorted we only have to test for index[i] > i.
 208              */
 209             strcpy(p[i].s, p[index[i]].s);
 210         }
 211     }
 212     (*np) = nind;
 213
 214     sfree(index);
 215 }
 216
 217 static void cppar(t_param p[], int np, t_params plist[], int ftype)
 218 {
 219     int       i, j, nral, nrfp;
 220     t_params *ps;
 221
 222     ps   = &plist[ftype];
 223     nral = NRAL(ftype);
 224     nrfp = NRFP(ftype);
 225
 226     /* Keep old stuff */
 227     pr_alloc(np, ps);
 228     for (i = 0; (i < np); i++)
 229     {
 230         for (j = 0; (j < nral); j++)
 231         {
 232             ps->param[ps->nr].a[j] = p[i].a[j];
 233         }
 234         for (j = 0; (j < nrfp); j++)
 235         {
 236             ps->param[ps->nr].c[j] = p[i].c[j];
 237         }
 238         for (j = 0; (j < MAXSLEN); j++)
 239         {
 240             ps->param[ps->nr].s[j] = p[i].s[j];
 241         }
 242         ps->nr++;
 243     }
 244 }
 245
 246 static void cpparam(t_param *dest, t_param *src)
 247 {
 248     int j;
 249
 250     for (j = 0; (j < MAXATOMLIST); j++)
 251     {
 252         dest->a[j] = src->a[j];
 253     }
 254     for (j = 0; (j < MAXFORCEPARAM); j++)
 255     {
 256         dest->c[j] = src->c[j];
 257     }
 258     for (j = 0; (j < MAXSLEN); j++)
 259     {
 260         dest->s[j] = src->s[j];
 261     }
 262 }
 263
 264 static void set_p(t_param *p, const int ai[4], const real *c, char *s)
 265 {
 266     int j;
 267
 268     for (j = 0; (j < 4); j++)
 269     {
 270         p->a[j] = ai[j];
 271     }
 272     for (j = 0; (j < MAXFORCEPARAM); j++)
 273     {
 274         if (c)
 275         {
 276             p->c[j] = c[j];
 277         }
 278         else
 279         {
 280             p->c[j] = NOTSET;
 281         }
 282     }
 283
 284     set_p_string(p, s);
 285 }
 286
 287 static int idcomp(const void *a, const void *b)
 288 {
 289     const t_param *pa, *pb;
 290     int            d;
 291
 292     pa = static_cast<const t_param *>(a);
 293     pb = static_cast<const t_param *>(b);
 294     if ((d = (pa->a[0]-pb->a[0])) != 0)
 295     {
 296         return d;
 297     }
 298     else if ((d = (pa->a[3]-pb->a[3])) != 0)
 299     {
 300         return d;
 301     }
 302     else if ((d = (pa->a[1]-pb->a[1])) != 0)
 303     {
 304         return d;
 305     }
 306     else
 307     {
 308         return (pa->a[2]-pb->a[2]);
 309     }
 310 }
 311
 312 static void sort_id(int nr, t_param ps[])
 313 {
 314     int i, tmp;
 315
 316     /* First swap order of atoms around if necessary */
 317     for (i = 0; (i < nr); i++)
 318     {
 319         if (ps[i].a[3] < ps[i].a[0])
 320         {
 321             tmp = ps[i].a[3]; ps[i].a[3] = ps[i].a[0]; ps[i].a[0] = tmp;
 322             tmp = ps[i].a[2]; ps[i].a[2] = ps[i].a[1]; ps[i].a[1] = tmp;
 323         }
 324     }
 325     /* Now sort it */
 326     if (nr > 1)
 327     {
 328         qsort(ps, nr, static_cast<size_t>(sizeof(ps[0])), idcomp);
 329     }
 330 }
 331
 332 static int n_hydro(const int a[], char ***atomname)
 333 {
 334     int  i, nh = 0;
 335     char c0, c1, *aname;
 336
 337     for (i = 0; (i < 4); i += 3)
 338     {
 339         aname = *atomname[a[i]];
 340         c0    = toupper(aname[0]);
 341         if (c0 == 'H')
 342         {
 343             nh++;
 344         }
 345         else if ((static_cast<int>(strlen(aname)) > 1) && (c0 >= '0') && (c0 <= '9'))
 346         {
 347             c1 = toupper(aname[1]);
 348             if (c1 == 'H')
 349             {
 350                 nh++;
 351             }
 352         }
 353     }
 354     return nh;
 355 }
 356
 357 /* Clean up the dihedrals (both generated and read from the .rtp
 358  * file). */
 359 static void clean_dih(t_param *dih, int *ndih, t_param improper[], int nimproper,
 360                       t_atoms *atoms, bool bKeepAllGeneratedDihedrals,
 361                       bool bRemoveDihedralIfWithImproper)
 362 {
 363     int   i, j, k, l;
 364     int  *index, nind;
 365
 366     /* Construct the list of the indices of the dihedrals
 367      * (i.e. generated or read) that might be kept. */
 368     snew(index, *ndih+1);
 369     if (bKeepAllGeneratedDihedrals)
 370     {
 371         fprintf(stderr, "Keeping all generated dihedrals\n");
 372         nind = *ndih;
 373         for (i = 0; i < nind; i++)
 374         {
 375             index[i] = i;
 376         }
 377         index[nind] = *ndih;
 378     }
 379     else
 380     {
 381         nind = 0;
 382         /* Check if generated dihedral i should be removed. The
 383          * dihedrals have been sorted by dcomp() above, so all those
 384          * on the same two central atoms are together, with those from
 385          * the .rtp file preceding those that were automatically
 386          * generated. We remove the latter if the former exist. */
 387         for (i = 0; i < *ndih; i++)
 388         {
 389             /* Keep the dihedrals that were defined in the .rtp file,
 390              * and the dihedrals that were generated and different
 391              * from the last one (whether it was generated or not). */
 392             if (was_dihedral_set_in_rtp(&dih[i]) ||
 393                 0 == i ||
 394                 !is_dihedral_on_same_bond(&dih[i], &dih[i-1]))
 395             {
 396                 index[nind++] = i;
 397             }
 398         }
 399         index[nind] = *ndih;
 400     }
 401
 402     k = 0;
 403     for (i = 0; i < nind; i++)
 404     {
 405         bool bWasSetInRTP = was_dihedral_set_in_rtp(&dih[index[i]]);
 406         bool bKeep        = TRUE;
 407         if (!bWasSetInRTP && bRemoveDihedralIfWithImproper)
 408         {
 409             /* Remove the dihedral if there is an improper on the same
 410              * bond. */
 411             for (j = 0; j < nimproper && bKeep; j++)
 412             {
 413                 bKeep = !is_dihedral_on_same_bond(&dih[index[i]], &improper[j]);
 414             }
 415         }
 416
 417         if (bKeep)
 418         {
 419             /* If we don't want all dihedrals, we want to select the
 420              * ones with the fewest hydrogens. Note that any generated
 421              * dihedrals on the same bond as an .rtp dihedral may have
 422              * been already pruned above in the construction of
 423              * index[]. However, their parameters are still present,
 424              * and l is looping over this dihedral and all of its
 425              * pruned siblings. */
 426             int bestl = index[i];
 427             if (!bKeepAllGeneratedDihedrals && !bWasSetInRTP)
 428             {
 429                 /* Minimum number of hydrogens for i and l atoms */
 430                 int minh = 2;
 431                 for (l = index[i];
 432                      (l < index[i+1] &&
 433                       is_dihedral_on_same_bond(&dih[index[i]], &dih[l]));
 434                      l++)
 435                 {
 436                     int nh = n_hydro(dih[l].a, atoms->atomname);
 437                     if (nh < minh)
 438                     {
 439                         minh  = nh;
 440                         bestl = l;
 441                     }
 442                     if (0 == minh)
 443                     {
 444                         break;
 445                     }
 446                 }
 447             }
 448             if (k != bestl)
 449             {
 450                 cpparam(&dih[k], &dih[bestl]);
 451             }
 452             k++;
 453         }
 454     }
 455
 456     for (i = k; i < *ndih; i++)
 457     {
 458         strcpy(dih[i].s, "");
 459     }
 460     *ndih = k;
 461
 462     sfree(index);
 463 }
 464
 465 static int get_impropers(t_atoms *atoms, t_hackblock hb[], t_param **improper,
 466                          bool bAllowMissing)
 467 {
 468     t_rbondeds   *impropers;
 469     int           nimproper, i, j, k, start, ninc, nalloc;
 470     int           ai[MAXATOMLIST];
 471     bool          bStop;
 472
 473     ninc   = 500;
 474     nalloc = ninc;
 475     snew(*improper, nalloc);
 476
 477     /* Add all the impropers from the residue database to the list. */
 478     nimproper = 0;
 479     start     = 0;
 480     if (hb != nullptr)
 481     {
 482         for (i = 0; (i < atoms->nres); i++)
 483         {
 484             impropers = &hb[i].rb[ebtsIDIHS];
 485             for (j = 0; (j < impropers->nb); j++)
 486             {
 487                 bStop = FALSE;
 488                 for (k = 0; (k < 4) && !bStop; k++)
 489                 {
 490                     ai[k] = search_atom(impropers->b[j].a[k], start,
 491                                         atoms,
 492                                         "improper", bAllowMissing);
 493                     if (ai[k] == -1)
 494                     {
 495                         bStop = TRUE;
 496                     }
 497                 }
 498                 if (!bStop)
 499                 {
 500                     if (nimproper == nalloc)
 501                     {
 502                         nalloc += ninc;
 503                         srenew(*improper, nalloc);
 504                     }
 505                     /* Not broken out */
 506                     set_p(&((*improper)[nimproper]), ai, nullptr, impropers->b[j].s);
 507                     nimproper++;
 508                 }
 509             }
 510             while ((start < atoms->nr) && (atoms->atom[start].resind == i))
 511             {
 512                 start++;
 513             }
 514         }
 515     }
 516
 517     return nimproper;
 518 }
 519
 520 static int nb_dist(t_nextnb *nnb, int ai, int aj)
 521 {
 522     int  nre, nrx, NRE;
 523     int *nrexcl;
 524     int *a;
 525
 526     if (ai == aj)
 527     {
 528         return 0;
 529     }
 530
 531     NRE    = -1;
 532     nrexcl = nnb->nrexcl[ai];
 533     for (nre = 1; (nre < nnb->nrex); nre++)
 534     {
 535         a = nnb->a[ai][nre];
 536         for (nrx = 0; (nrx < nrexcl[nre]); nrx++)
 537         {
 538             if ((aj == a[nrx]) && (NRE == -1))
 539             {
 540                 NRE = nre;
 541             }
 542         }
 543     }
 544     return NRE;
 545 }
 546
 547 static bool is_hydro(t_atoms *atoms, int ai)
 548 {
 549     return ((*(atoms->atomname[ai]))[0] == 'H');
 550 }
 551
 552 static void get_atomnames_min(int n, char **anm,
 553                               int resind, t_atoms *atoms, const int *a)
 554 {
 555     int m;
 556
 557     /* Assume ascending residue numbering */
 558     for (m = 0; m < n; m++)
 559     {
 560         if (atoms->atom[a[m]].resind < resind)
 561         {
 562             strcpy(anm[m], "-");
 563         }
 564         else if (atoms->atom[a[m]].resind > resind)
 565         {
 566             strcpy(anm[m], "+");
 567         }
 568         else
 569         {
 570             strcpy(anm[m], "");
 571         }
 572         strcat(anm[m], *(atoms->atomname[a[m]]));
 573     }
 574 }
 575
 576 static void gen_excls(t_atoms *atoms, t_excls *excls, t_hackblock hb[],
 577                       bool bAllowMissing)
 578 {
 579     int         r;
 580     int         a, astart, i1, i2, itmp;
 581     t_rbondeds *hbexcl;
 582     int         e;
 583     char       *anm;
 584
 585     astart = 0;
 586     for (a = 0; a < atoms->nr; a++)
 587     {
 588         r = atoms->atom[a].resind;
 589         if (a == atoms->nr-1 || atoms->atom[a+1].resind != r)
 590         {
 591             hbexcl = &hb[r].rb[ebtsEXCLS];
 592
 593             for (e = 0; e < hbexcl->nb; e++)
 594             {
 595                 anm = hbexcl->b[e].a[0];
 596                 i1  = search_atom(anm, astart, atoms,
 597                                   "exclusion", bAllowMissing);
 598                 anm = hbexcl->b[e].a[1];
 599                 i2  = search_atom(anm, astart, atoms,
 600                                   "exclusion", bAllowMissing);
 601                 if (i1 != -1 && i2 != -1)
 602                 {
 603                     if (i1 > i2)
 604                     {
 605                         itmp = i1;
 606                         i1   = i2;
 607                         i2   = itmp;
 608                     }
 609                     srenew(excls[i1].e, excls[i1].nr+1);
 610                     excls[i1].e[excls[i1].nr] = i2;
 611                     excls[i1].nr++;
 612                 }
 613             }
 614
 615             astart = a+1;
 616         }
 617     }
 618
 619     for (a = 0; a < atoms->nr; a++)
 620     {
 621         if (excls[a].nr > 1)
 622         {
 623             std::sort(excls[a].e, excls[a].e+excls[a].nr);
 624         }
 625     }
 626 }
 627
 628 static void remove_excl(t_excls *excls, int remove)
 629 {
 630     int i;
 631
 632     for (i = remove+1; i < excls->nr; i++)
 633     {
 634         excls->e[i-1] = excls->e[i];
 635     }
 636
 637     excls->nr--;
 638 }
 639
 640 void clean_excls(t_nextnb *nnb, int nrexcl, t_excls excls[])
 641 {
 642     int      i, j, j1, k, k1, l, l1, e;
 643     t_excls *excl;
 644
 645     if (nrexcl >= 1)
 646     {
 647         /* extract all i-j-k-l neighbours from nnb struct */
 648         for (i = 0; (i < nnb->nr); i++)
 649         {
 650             /* For all particles */
 651             excl = &excls[i];
 652
 653             for (j = 0; (j < nnb->nrexcl[i][1]); j++)
 654             {
 655                 /* For all first neighbours */
 656                 j1 = nnb->a[i][1][j];
 657
 658                 for (e = 0; e < excl->nr; e++)
 659                 {
 660                     if (excl->e[e] == j1)
 661                     {
 662                         remove_excl(excl, e);
 663                     }
 664                 }
 665
 666                 if (nrexcl >= 2)
 667                 {
 668                     for (k = 0; (k < nnb->nrexcl[j1][1]); k++)
 669                     {
 670                         /* For all first neighbours of j1 */
 671                         k1 = nnb->a[j1][1][k];
 672
 673                         for (e = 0; e < excl->nr; e++)
 674                         {
 675                             if (excl->e[e] == k1)
 676                             {
 677                                 remove_excl(excl, e);
 678                             }
 679                         }
 680
 681                         if (nrexcl >= 3)
 682                         {
 683                             for (l = 0; (l < nnb->nrexcl[k1][1]); l++)
 684                             {
 685                                 /* For all first neighbours of k1 */
 686                                 l1 = nnb->a[k1][1][l];
 687
 688                                 for (e = 0; e < excl->nr; e++)
 689                                 {
 690                                     if (excl->e[e] == l1)
 691                                     {
 692                                         remove_excl(excl, e);
 693                                     }
 694                                 }
 695                             }
 696                         }
 697                     }
 698                 }
 699             }
 700         }
 701     }
 702 }
 703
 704 void generate_excls(t_nextnb *nnb, int nrexcl, t_excls excls[])
 705 {
 706     int      i, j, n, N;
 707     t_excls *excl;
 708
 709     for (N = 1; (N < std::min(nrexcl, nnb->nrex)); N++)
 710     {
 711         /* extract all i-j-k-l neighbours from nnb struct */
 712         for (i = 0; (i < nnb->nr); i++)
 713         {
 714             /* For all particles */
 715             excl      = &excls[i];
 716             n         = excl->nr;
 717             excl->nr += nnb->nrexcl[i][N];
 718             srenew(excl->e, excl->nr);
 719             for (j = 0; (j < nnb->nrexcl[i][N]); j++)
 720             {
 721                 /* For all first neighbours */
 722                 if (nnb->a[i][N][j] != i)
 723                 {
 724                     excl->e[n++] = nnb->a[i][N][j];
 725                 }
 726             }
 727         }
 728     }
 729 }
 730
 731 /* Generate pairs, angles and dihedrals from .rtp settings */
 732 void gen_pad(t_nextnb *nnb, t_atoms *atoms, t_restp rtp[],
 733              t_params plist[], t_excls excls[], t_hackblock hb[],
 734              bool bAllowMissing)
 735 {
 736     t_param    *ang, *dih, *pai, *improper;
 737     t_rbondeds *hbang, *hbdih;
 738     char      **anm;
 739     const char *p;
 740     int         res, minres, maxres;
 741     int         i, j, j1, k, k1, l, l1, m, n, i1, i2;
 742     int         ninc, maxang, maxdih, maxpai;
 743     int         nang, ndih, npai, nimproper, nbd;
 744     int         nFound;
 745     bool        bFound, bExcl;
 746
 747     /* These are the angles, dihedrals and pairs that we generate
 748      * from the bonds. The ones that are already there from the rtp file
 749      * will be retained.
 750      */
 751     nang   = 0;
 752     npai   = 0;
 753     ndih   = 0;
 754     ninc   = 500;
 755     maxang = maxdih = maxpai = ninc;
 756     snew(ang, maxang);
 757     snew(dih, maxdih);
 758     snew(pai, maxpai);
 759
 760     snew(anm, 4);
 761     for (i = 0; i < 4; i++)
 762     {
 763         snew(anm[i], 12);
 764     }
 765
 766     if (hb)
 767     {
 768         gen_excls(atoms, excls, hb, bAllowMissing);
 769         /* mark all entries as not matched yet */
 770         for (i = 0; i < atoms->nres; i++)
 771         {
 772             for (j = 0; j < ebtsNR; j++)
 773             {
 774                 for (k = 0; k < hb[i].rb[j].nb; k++)
 775                 {
 776                     hb[i].rb[j].b[k].match = FALSE;
 777                 }
 778             }
 779         }
 780     }
 781
 782     /* Extract all i-j-k-l neighbours from nnb struct to generate all
 783      * angles and dihedrals. */
 784     for (i = 0; (i < nnb->nr); i++)
 785     {
 786         /* For all particles */
 787         for (j = 0; (j < nnb->nrexcl[i][1]); j++)
 788         {
 789             /* For all first neighbours */
 790             j1 = nnb->a[i][1][j];
 791             for (k = 0; (k < nnb->nrexcl[j1][1]); k++)
 792             {
 793                 /* For all first neighbours of j1 */
 794                 k1 = nnb->a[j1][1][k];
 795                 if (k1 != i)
 796                 {
 797                     /* Generate every angle only once */
 798                     if (i < k1)
 799                     {
 800                         if (nang == maxang)
 801                         {
 802                             maxang += ninc;
 803                             srenew(ang, maxang);
 804                         }
 805                         ang[nang].ai() = i;
 806                         ang[nang].aj() = j1;
 807                         ang[nang].ak() = k1;
 808                         ang[nang].c0() = NOTSET;
 809                         ang[nang].c1() = NOTSET;
 810                         set_p_string(&(ang[nang]), "");
 811                         if (hb)
 812                         {
 813                             minres = atoms->atom[ang[nang].a[0]].resind;
 814                             maxres = minres;
 815                             for (m = 1; m < 3; m++)
 816                             {
 817                                 minres = std::min(minres, atoms->atom[ang[nang].a[m]].resind);
 818                                 maxres = std::max(maxres, atoms->atom[ang[nang].a[m]].resind);
 819                             }
 820                             res = 2*minres-maxres;
 821                             do
 822                             {
 823                                 res += maxres-minres;
 824                                 get_atomnames_min(3, anm, res, atoms, ang[nang].a);
 825                                 hbang = &hb[res].rb[ebtsANGLES];
 826                                 for (l = 0; (l < hbang->nb); l++)
 827                                 {
 828                                     if (strcmp(anm[1], hbang->b[l].aj()) == 0)
 829                                     {
 830                                         bFound = FALSE;
 831                                         for (m = 0; m < 3; m += 2)
 832                                         {
 833                                             bFound = (bFound ||
 834                                                       ((strcmp(anm[m], hbang->b[l].ai()) == 0) &&
 835                                                        (strcmp(anm[2-m], hbang->b[l].ak()) == 0)));
 836                                         }
 837                                         if (bFound)
 838                                         {
 839                                             set_p_string(&(ang[nang]), hbang->b[l].s);
 840                                             /* Mark that we found a match for this entry */
 841                                             hbang->b[l].match = TRUE;
 842                                         }
 843                                     }
 844                                 }
 845                             }
 846                             while (res < maxres);
 847                         }
 848                         nang++;
 849                     }
 850                     /* Generate every dihedral, 1-4 exclusion and 1-4 interaction
 851                        only once */
 852                     if (j1 < k1)
 853                     {
 854                         for (l = 0; (l < nnb->nrexcl[k1][1]); l++)
 855                         {
 856                             /* For all first neighbours of k1 */
 857                             l1 = nnb->a[k1][1][l];
 858                             if ((l1 != i) && (l1 != j1))
 859                             {
 860                                 if (ndih == maxdih)
 861                                 {
 862                                     maxdih += ninc;
 863                                     srenew(dih, maxdih);
 864                                 }
 865                                 dih[ndih].ai() = i;
 866                                 dih[ndih].aj() = j1;
 867                                 dih[ndih].ak() = k1;
 868                                 dih[ndih].al() = l1;
 869                                 for (m = 0; m < MAXFORCEPARAM; m++)
 870                                 {
 871                                     dih[ndih].c[m] = NOTSET;
 872                                 }
 873                                 set_p_string(&(dih[ndih]), "");
 874                                 nFound = 0;
 875                                 if (hb)
 876                                 {
 877                                     minres = atoms->atom[dih[ndih].a[0]].resind;
 878                                     maxres = minres;
 879                                     for (m = 1; m < 4; m++)
 880                                     {
 881                                         minres = std::min(minres, atoms->atom[dih[ndih].a[m]].resind);
 882                                         maxres = std::max(maxres, atoms->atom[dih[ndih].a[m]].resind);
 883                                     }
 884                                     res = 2*minres-maxres;
 885                                     do
 886                                     {
 887                                         res += maxres-minres;
 888                                         get_atomnames_min(4, anm, res, atoms, dih[ndih].a);
 889                                         hbdih = &hb[res].rb[ebtsPDIHS];
 890                                         for (n = 0; (n < hbdih->nb); n++)
 891                                         {
 892                                             bFound = FALSE;
 893                                             for (m = 0; m < 2; m++)
 894                                             {
 895                                                 bFound = (bFound ||
 896                                                           ((strcmp(anm[3*m],  hbdih->b[n].ai()) == 0) &&
 897                                                            (strcmp(anm[1+m],  hbdih->b[n].aj()) == 0) &&
 898                                                            (strcmp(anm[2-m],  hbdih->b[n].ak()) == 0) &&
 899                                                            (strcmp(anm[3-3*m], hbdih->b[n].al()) == 0)));
 900                                             }
 901                                             if (bFound)
 902                                             {
 903                                                 set_p_string(&dih[ndih], hbdih->b[n].s);
 904                                                 /* Mark that we found a match for this entry */
 905                                                 hbdih->b[n].match = TRUE;
 906
 907                                                 /* Set the last parameter to be able to see
 908                                                    if the dihedral was in the rtp list.
 909                                                  */
 910                                                 dih[ndih].c[MAXFORCEPARAM-1] = DIHEDRAL_WAS_SET_IN_RTP;
 911                                                 nFound++;
 912                                                 ndih++;
 913                                                 /* Set the next direct in case the rtp contains
 914                                                    multiple entries for this dihedral.
 915                                                  */
 916                                                 if (ndih == maxdih)
 917                                                 {
 918                                                     maxdih += ninc;
 919                                                     srenew(dih, maxdih);
 920                                                 }
 921                                                 dih[ndih].ai() = i;
 922                                                 dih[ndih].aj() = j1;
 923                                                 dih[ndih].ak() = k1;
 924                                                 dih[ndih].al() = l1;
 925                                                 for (m = 0; m < MAXFORCEPARAM; m++)
 926                                                 {
 927                                                     dih[ndih].c[m] = NOTSET;
 928                                                 }
 929                                             }
 930                                         }
 931                                     }
 932                                     while (res < maxres);
 933                                 }
 934                                 if (nFound == 0)
 935                                 {
 936                                     if (ndih == maxdih)
 937                                     {
 938                                         maxdih += ninc;
 939                                         srenew(dih, maxdih);
 940                                     }
 941                                     dih[ndih].ai() = i;
 942                                     dih[ndih].aj() = j1;
 943                                     dih[ndih].ak() = k1;
 944                                     dih[ndih].al() = l1;
 945                                     for (m = 0; m < MAXFORCEPARAM; m++)
 946                                     {
 947                                         dih[ndih].c[m] = NOTSET;
 948                                     }
 949                                     set_p_string(&(dih[ndih]), "");
 950                                     ndih++;
 951                                 }
 952
 953                                 nbd = nb_dist(nnb, i, l1);
 954                                 if (nbd == 3)
 955                                 {
 956                                     i1    = std::min(i, l1);
 957                                     i2    = std::max(i, l1);
 958                                     bExcl = FALSE;
 959                                     for (m = 0; m < excls[i1].nr; m++)
 960                                     {
 961                                         bExcl = bExcl || excls[i1].e[m] == i2;
 962                                     }
 963                                     if (!bExcl)
 964                                     {
 965                                         if (rtp[0].bGenerateHH14Interactions ||
 966                                             !(is_hydro(atoms, i1) && is_hydro(atoms, i2)))
 967                                         {
 968                                             if (npai == maxpai)
 969                                             {
 970                                                 maxpai += ninc;
 971                                                 srenew(pai, maxpai);
 972                                             }
 973                                             pai[npai].ai() = i1;
 974                                             pai[npai].aj() = i2;
 975                                             pai[npai].c0() = NOTSET;
 976                                             pai[npai].c1() = NOTSET;
 977                                             set_p_string(&(pai[npai]), "");
 978                                             npai++;
 979                                         }
 980                                     }
 981                                 }
 982                             }
 983                         }
 984                     }
 985                 }
 986             }
 987         }
 988     }
 989
 990     if (hb)
 991     {
 992         /* The above approach is great in that we double-check that e.g. an angle
 993          * really corresponds to three atoms connected by bonds, but this is not
 994          * generally true. Go through the angle and dihedral hackblocks to add
 995          * entries that we have not yet marked as matched when going through bonds.
 996          */
 997         for (i = 0; i < atoms->nres; i++)
 998         {
 999             /* Add remaining angles from hackblock */
1000             hbang = &hb[i].rb[ebtsANGLES];
1001             for (j = 0; j < hbang->nb; j++)
1002             {
1003                 if (hbang->b[j].match == TRUE)
1004                 {
1005                     /* We already used this entry, continue to the next */
1006                     continue;
1007                 }
1008                 /* Hm - entry not used, let's see if we can find all atoms */
1009                 if (nang == maxang)
1010                 {
1011                     maxang += ninc;
1012                     srenew(ang, maxang);
1013                 }
1014                 bFound = TRUE;
1015                 for (k = 0; k < 3 && bFound; k++)
1016                 {
1017                     p   = hbang->b[j].a[k];
1018                     res = i;
1019                     if (p[0] == '-')
1020                     {
1021                         p++;
1022                         res--;
1023                     }
1024                     else if (p[0] == '+')
1025                     {
1026                         p++;
1027                         res++;
1028                     }
1029                     ang[nang].a[k] = search_res_atom(p, res, atoms, "angle", TRUE);
1030                     bFound         = (ang[nang].a[k] != -1);
1031                 }
1032                 ang[nang].c0() = NOTSET;
1033                 ang[nang].c1() = NOTSET;
1034
1035                 if (bFound)
1036                 {
1037                     set_p_string(&(ang[nang]), hbang->b[j].s);
1038                     hbang->b[j].match = TRUE;
1039                     /* Incrementing nang means we save this angle */
1040                     nang++;
1041                 }
1042             }
1043
1044             /* Add remaining dihedrals from hackblock */
1045             hbdih = &hb[i].rb[ebtsPDIHS];
1046             for (j = 0; j < hbdih->nb; j++)
1047             {
1048                 if (hbdih->b[j].match == TRUE)
1049                 {
1050                     /* We already used this entry, continue to the next */
1051                     continue;
1052                 }
1053                 /* Hm - entry not used, let's see if we can find all atoms */
1054                 if (ndih == maxdih)
1055                 {
1056                     maxdih += ninc;
1057                     srenew(dih, maxdih);
1058                 }
1059                 bFound = TRUE;
1060                 for (k = 0; k < 4 && bFound; k++)
1061                 {
1062                     p   = hbdih->b[j].a[k];
1063                     res = i;
1064                     if (p[0] == '-')
1065                     {
1066                         p++;
1067                         res--;
1068                     }
1069                     else if (p[0] == '+')
1070                     {
1071                         p++;
1072                         res++;
1073                     }
1074                     dih[ndih].a[k] = search_res_atom(p, res, atoms, "dihedral", TRUE);
1075                     bFound         = (dih[ndih].a[k] != -1);
1076                 }
1077                 for (m = 0; m < MAXFORCEPARAM; m++)
1078                 {
1079                     dih[ndih].c[m] = NOTSET;
1080                 }
1081
1082                 if (bFound)
1083                 {
1084                     set_p_string(&(dih[ndih]), hbdih->b[j].s);
1085                     hbdih->b[j].match = TRUE;
1086                     /* Incrementing ndih means we save this dihedral */
1087                     ndih++;
1088                 }
1089             }
1090         }
1091     }
1092
1093     /* Sort angles with respect to j-i-k (middle atom first) */
1094     if (nang > 1)
1095     {
1096         qsort(ang, nang, static_cast<size_t>(sizeof(ang[0])), acomp);
1097     }
1098
1099     /* Sort dihedrals with respect to j-k-i-l (middle atoms first) */
1100     if (ndih > 1)
1101     {
1102         qsort(dih, ndih, static_cast<size_t>(sizeof(dih[0])), dcomp);
1103     }
1104
1105     /* Sort the pairs */
1106     if (npai > 1)
1107     {
1108         qsort(pai, npai, static_cast<size_t>(sizeof(pai[0])), pcomp);
1109     }
1110     if (npai > 0)
1111     {
1112         /* Remove doubles, could occur in 6-rings, such as phenyls,
1113            maybe one does not want this when fudgeQQ < 1.
1114          */
1115         fprintf(stderr, "Before cleaning: %d pairs\n", npai);
1116         rm2par(pai, &npai, preq);
1117     }
1118
1119     /* Get the impropers from the database */
1120     nimproper = get_impropers(atoms, hb, &improper, bAllowMissing);
1121
1122     /* Sort the impropers */
1123     sort_id(nimproper, improper);
1124
1125     if (ndih > 0)
1126     {
1127         fprintf(stderr, "Before cleaning: %d dihedrals\n", ndih);
1128         clean_dih(dih, &ndih, improper, nimproper, atoms,
1129                   rtp[0].bKeepAllGeneratedDihedrals,
1130                   rtp[0].bRemoveDihedralIfWithImproper);
1131     }
1132
1133     /* Now we have unique lists of angles and dihedrals
1134      * Copy them into the destination struct
1135      */
1136     cppar(ang, nang, plist, F_ANGLES);
1137     cppar(dih, ndih, plist, F_PDIHS);
1138     cppar(improper, nimproper, plist, F_IDIHS);
1139     cppar(pai, npai, plist, F_LJ14);
1140
1141     /* Remove all exclusions which are within nrexcl */
1142     clean_excls(nnb, rtp[0].nrexcl, excls);
1143
1144     sfree(ang);
1145     sfree(dih);
1146     sfree(improper);
1147     sfree(pai);
1148 }