src/gromacs/gmxpreprocess/readpull.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 <string.h>
  42 #include <stdlib.h>
  43
  44 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  45 #include "gromacs/utility/futil.h"
  46 #include "gromacs/math/vec.h"
  47 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  48 #include "typedefs.h"
  49 #include "names.h"
  50 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  51 #include "macros.h"
  52 #include "readinp.h"
  53 #include "readir.h"
  54 #include "mdatoms.h"
  55 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  56 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  57
  58
  59 static char pulldim[STRLEN];
  60
  61 static void string2dvec(const char buf[], dvec nums)
  62 {
  63     double dum;
  64
  65     if (sscanf(buf, "%lf%lf%lf%lf", &nums[0], &nums[1], &nums[2], &dum) != 3)
  66     {
  67         gmx_fatal(FARGS, "Expected three numbers at input line %s", buf);
  68     }
  69 }
  70
  71 static void init_pull_group(t_pull_group *pg,
  72                             const char   *wbuf)
  73 {
  74     double d;
  75     int    n, m;
  76
  77     pg->nweight = 0;
  78     while (sscanf(wbuf, "%lf %n", &d, &n) == 1)
  79     {
  80         if (pg->nweight % 100 == 0)
  81         {
  82             srenew(pg->weight, pg->nweight+100);
  83         }
  84         pg->weight[pg->nweight++] = d;
  85         wbuf += n;
  86     }
  87 }
  88
  89 static void init_pull_coord(t_pull_coord *pcrd, int eGeom,
  90                             const char *origin_buf, const char *vec_buf)
  91 {
  92     int    m;
  93     dvec   origin, vec;
  94
  95     string2dvec(origin_buf, origin);
  96     if (pcrd->group[0] != 0 && dnorm(origin) > 0)
  97     {
  98         gmx_fatal(FARGS, "The pull origin can only be set with an absolute reference");
  99     }
 100
 101     if (eGeom == epullgDIST)
 102     {
 103         clear_dvec(vec);
 104     }
 105     else
 106     {
 107         string2dvec(vec_buf, vec);
 108         if (eGeom == epullgDIR || eGeom == epullgCYL)
 109         {
 110             /* Normalize the direction vector */
 111             dsvmul(1/dnorm(vec), vec, vec);
 112         }
 113     }
 114     for (m = 0; m < DIM; m++)
 115     {
 116         pcrd->origin[m] = origin[m];
 117         pcrd->vec[m]    = vec[m];
 118     }
 119 }
 120
 121 char **read_pullparams(int *ninp_p, t_inpfile **inp_p,
 122                        t_pull *pull, gmx_bool *bStart,
 123                        warninp_t wi)
 124 {
 125     int           ninp, nerror = 0, i, nchar, nscan, m, idum;
 126     t_inpfile    *inp;
 127     const char   *tmp;
 128     char        **grpbuf;
 129     char          dummy[STRLEN], buf[STRLEN], groups[STRLEN], init[STRLEN];
 130     const char   *init_def1 = "0.0", *init_def3 = "0.0 0.0 0.0";
 131     char          wbuf[STRLEN], origin_buf[STRLEN], vec_buf[STRLEN];
 132
 133     t_pull_group *pgrp;
 134     t_pull_coord *pcrd;
 135
 136     ninp   = *ninp_p;
 137     inp    = *inp_p;
 138
 139     /* read pull parameters */
 140     CTYPE("Pull geometry: distance, direction, direction-periodic or cylinder");
 141     EETYPE("pull-geometry",   pull->eGeom, epullg_names);
 142     CTYPE("Select components for the pull vector. default: Y Y Y");
 143     STYPE("pull-dim",         pulldim, "Y Y Y");
 144     CTYPE("Cylinder radius for dynamic reaction force groups (nm)");
 145     RTYPE("pull-r1",          pull->cyl_r1, 1.0);
 146     CTYPE("Switch from r1 to r0 in case of dynamic reaction force");
 147     RTYPE("pull-r0",          pull->cyl_r0, 1.5);
 148     RTYPE("pull_constr_tol",  pull->constr_tol, 1E-6);
 149     EETYPE("pull-start",      *bStart, yesno_names);
 150     EETYPE("pull-print-reference", pull->bPrintRef, yesno_names);
 151     ITYPE("pull-nstxout",     pull->nstxout, 10);
 152     ITYPE("pull-nstfout",     pull->nstfout,  1);
 153     CTYPE("Number of pull groups");
 154     ITYPE("pull-ngroups",     pull->ngroup, 1);
 155     CTYPE("Number of pull coordinates");
 156     ITYPE("pull-ncoords",     pull->ncoord, 1);
 157
 158     if (pull->cyl_r1 > pull->cyl_r0)
 159     {
 160         warning_error(wi, "pull-r1 > pull_r0");
 161     }
 162
 163     if (pull->ngroup < 1)
 164     {
 165         gmx_fatal(FARGS, "pull-ngroups should be >= 1");
 166     }
 167     /* We always add an absolute reference group (index 0), even if not used */
 168     pull->ngroup += 1;
 169
 170     if (pull->ncoord < 1)
 171     {
 172         gmx_fatal(FARGS, "pull-ncoords should be >= 1");
 173     }
 174
 175     snew(pull->group, pull->ngroup);
 176
 177     snew(pull->coord, pull->ncoord);
 178
 179     /* pull group options */
 180     CTYPE("Group name, weight (default all 1), vector, init, rate (nm/ps), kJ/(mol*nm^2)");
 181
 182     /* Read the pull groups */
 183     snew(grpbuf, pull->ngroup);
 184     /* Group 0 is the absolute reference, we don't read anything for 0 */
 185     for (i = 1; i < pull->ngroup; i++)
 186     {
 187         pgrp = &pull->group[i];
 188         snew(grpbuf[i], STRLEN);
 189         sprintf(buf, "pull-group%d-name", i);
 190         STYPE(buf,              grpbuf[i], "");
 191         sprintf(buf, "pull-group%d-weights", i);
 192         STYPE(buf,              wbuf, "");
 193         sprintf(buf, "pull-group%d-pbcatom", i);
 194         ITYPE(buf,              pgrp->pbcatom, 0);
 195
 196         /* Initialize the pull group */
 197         init_pull_group(pgrp, wbuf);
 198     }
 199
 200     /* Read the pull coordinates */
 201     for (i = 1; i < pull->ncoord + 1; i++)
 202     {
 203         pcrd = &pull->coord[i-1];
 204         sprintf(buf, "pull-coord%d-groups", i);
 205         STYPE(buf,              groups, "");
 206         nscan = sscanf(groups, "%d %d %d", &pcrd->group[0], &pcrd->group[1], &idum);
 207         if (nscan != 2)
 208         {
 209             fprintf(stderr, "ERROR: %s should have %d components\n", buf, 2);
 210             nerror++;
 211         }
 212         sprintf(buf, "pull-coord%d-origin", i);
 213         STYPE(buf,              origin_buf, "0.0 0.0 0.0");
 214         sprintf(buf, "pull-coord%d-vec", i);
 215         STYPE(buf,              vec_buf,    "0.0 0.0 0.0");
 216         sprintf(buf, "pull-coord%d-init", i);
 217         RTYPE(buf,              pcrd->init, 0.0);
 218         sprintf(buf, "pull-coord%d-rate", i);
 219         RTYPE(buf,              pcrd->rate, 0.0);
 220         sprintf(buf, "pull-coord%d-k", i);
 221         RTYPE(buf,              pcrd->k, 0.0);
 222         sprintf(buf, "pull-coord%d-kB", i);
 223         RTYPE(buf,              pcrd->kB, pcrd->k);
 224
 225         /* Initialize the pull coordinate */
 226         init_pull_coord(pcrd, pull->eGeom, origin_buf, vec_buf);
 227     }
 228
 229     *ninp_p   = ninp;
 230     *inp_p    = inp;
 231
 232     return grpbuf;
 233 }
 234
 235 void make_pull_groups(t_pull *pull,
 236                       char **pgnames,
 237                       const t_blocka *grps, char **gnames)
 238 {
 239     int           g, ig = -1, i;
 240     t_pull_group *pgrp;
 241
 242     /* Absolute reference group (might not be used) is special */
 243     pgrp          = &pull->group[0];
 244     pgrp->nat     = 0;
 245     pgrp->pbcatom = -1;
 246
 247     for (g = 1; g < pull->ngroup; g++)
 248     {
 249         pgrp = &pull->group[g];
 250
 251         ig        = search_string(pgnames[g], grps->nr, gnames);
 252         pgrp->nat = grps->index[ig+1] - grps->index[ig];
 253
 254         fprintf(stderr, "Pull group %d '%s' has %d atoms\n",
 255                 g, pgnames[g], pgrp->nat);
 256
 257         if (pgrp->nat == 0)
 258         {
 259             gmx_fatal(FARGS, "Pull group %d '%s' is empty", g, pgnames[g]);
 260         }
 261
 262         snew(pgrp->ind, pgrp->nat);
 263         for (i = 0; i < pgrp->nat; i++)
 264         {
 265             pgrp->ind[i] = grps->a[grps->index[ig]+i];
 266         }
 267
 268         if (pull->eGeom == epullgCYL && g == 1 && pgrp->nweight > 0)
 269         {
 270             gmx_fatal(FARGS, "Weights are not supported for the reference group with cylinder pulling");
 271         }
 272         if (pgrp->nweight > 0 && pgrp->nweight != pgrp->nat)
 273         {
 274             gmx_fatal(FARGS, "Number of weights (%d) for pull group %d '%s' does not match the number of atoms (%d)",
 275                       pgrp->nweight, g, pgnames[g], pgrp->nat);
 276         }
 277
 278         if (pgrp->nat == 1)
 279         {
 280             /* No pbc is required for this group */
 281             pgrp->pbcatom = -1;
 282         }
 283         else
 284         {
 285             if (pgrp->pbcatom > 0)
 286             {
 287                 pgrp->pbcatom -= 1;
 288             }
 289             else if (pgrp->pbcatom == 0)
 290             {
 291                 pgrp->pbcatom = pgrp->ind[(pgrp->nat-1)/2];
 292             }
 293             else
 294             {
 295                 /* Use cosine weighting */
 296                 pgrp->pbcatom = -1;
 297             }
 298         }
 299     }
 300 }
 301
 302 void make_pull_coords(t_pull *pull)
 303 {
 304     int           ndim, d, nchar, c;
 305     char         *ptr, pulldim1[STRLEN];
 306     t_pull_coord *pcrd;
 307
 308     ptr  = pulldim;
 309     ndim = 0;
 310     for (d = 0; d < DIM; d++)
 311     {
 312         if (sscanf(ptr, "%s%n", pulldim1, &nchar) != 1)
 313         {
 314             gmx_fatal(FARGS, "Less than 3 pull dimensions given in pull_dim: '%s'",
 315                       pulldim);
 316         }
 317
 318         if (gmx_strncasecmp(pulldim1, "N", 1) == 0)
 319         {
 320             pull->dim[d] = 0;
 321         }
 322         else if (gmx_strncasecmp(pulldim1, "Y", 1) == 0)
 323         {
 324             pull->dim[d] = 1;
 325             ndim++;
 326         }
 327         else
 328         {
 329             gmx_fatal(FARGS, "Please use Y(ES) or N(O) for pull_dim only (not %s)",
 330                       pulldim1);
 331         }
 332         ptr += nchar;
 333     }
 334     if (ndim == 0)
 335     {
 336         gmx_fatal(FARGS, "All entries in pull_dim are N");
 337     }
 338
 339     for (c = 0; c < pull->ncoord; c++)
 340     {
 341         pcrd = &pull->coord[c];
 342
 343         if (pcrd->group[0] < 0 || pcrd->group[0] >= pull->ngroup ||
 344             pcrd->group[1] < 0 || pcrd->group[1] >= pull->ngroup)
 345         {
 346             gmx_fatal(FARGS, "Pull group index in pull-coord%d-groups out of range, should be between %d and %d", c+1, 0, pull->ngroup+1);
 347         }
 348
 349         if (pcrd->group[0] == pcrd->group[1])
 350         {
 351             gmx_fatal(FARGS, "Identical pull group indices in pull-coord%d-groups", c+1);
 352         }
 353
 354         if (pull->eGeom == epullgCYL && pcrd->group[0] != 1)
 355         {
 356             gmx_fatal(FARGS, "With pull geometry %s, the first pull group should always be 1", EPULLGEOM(pull->eGeom));
 357         }
 358
 359         if (pull->eGeom != epullgDIST)
 360         {
 361             for (d = 0; d < DIM; d++)
 362             {
 363                 if (pcrd->vec[d] != 0 && pull->dim[d] == 0)
 364                 {
 365                     gmx_fatal(FARGS, "ERROR: pull-group%d-vec has non-zero %c-component while pull_dim for the %c-dimension is N\n", c+1, 'x'+d, 'x'+d);
 366                 }
 367             }
 368         }
 369
 370         if ((pull->eGeom == epullgDIR || pull->eGeom == epullgCYL) &&
 371             norm2(pcrd->vec) == 0)
 372         {
 373             gmx_fatal(FARGS, "pull-group%d-vec can not be zero with geometry %s",
 374                       c+1, EPULLGEOM(pull->eGeom));
 375         }
 376     }
 377 }
 378
 379 void set_pull_init(t_inputrec *ir, gmx_mtop_t *mtop, rvec *x, matrix box, real lambda,
 380                    const output_env_t oenv, gmx_bool bStart)
 381 {
 382     t_mdatoms    *md;
 383     t_pull       *pull;
 384     t_pull_coord *pcrd;
 385     t_pull_group *pgrp0, *pgrp1;
 386     t_pbc         pbc;
 387     int           c, m;
 388     double        t_start, tinvrate;
 389     real          init;
 390     dvec          dr;
 391     double        dev;
 392
 393     init_pull(NULL, ir, 0, NULL, mtop, NULL, oenv, lambda, FALSE, 0);
 394     md = init_mdatoms(NULL, mtop, ir->efep);
 395     atoms2md(mtop, ir, 0, NULL, mtop->natoms, md);
 396     if (ir->efep)
 397     {
 398         update_mdatoms(md, lambda);
 399     }
 400     pull = ir->pull;
 401
 402     set_pbc(&pbc, ir->ePBC, box);
 403
 404     t_start = ir->init_t + ir->init_step*ir->delta_t;
 405
 406     pull_calc_coms(NULL, pull, md, &pbc, t_start, x, NULL);
 407
 408     fprintf(stderr, "Pull group  natoms  pbc atom  distance at start     reference at t=0\n");
 409     for (c = 0; c < pull->ncoord; c++)
 410     {
 411         pcrd  = &pull->coord[c];
 412
 413         pgrp0 = &pull->group[pcrd->group[0]];
 414         pgrp1 = &pull->group[pcrd->group[1]];
 415         fprintf(stderr, "%8d  %8d  %8d\n",
 416                 pcrd->group[0], pgrp0->nat, pgrp0->pbcatom+1);
 417         fprintf(stderr, "%8d  %8d  %8d ",
 418                 pcrd->group[1], pgrp1->nat, pgrp1->pbcatom+1);
 419
 420         init       = pcrd->init;
 421         pcrd->init = 0;
 422
 423         if (pcrd->rate == 0)
 424         {
 425             tinvrate = 0;
 426         }
 427         else
 428         {
 429             tinvrate = t_start/pcrd->rate;
 430         }
 431         get_pull_coord_distance(pull, c, &pbc, 0, dr, &dev);
 432         fprintf(stderr, " %6.3f ", dev);
 433
 434         if (bStart)
 435         {
 436             pcrd->init = init + dev - tinvrate;
 437         }
 438         else
 439         {
 440             pcrd->init = init;
 441         }
 442         fprintf(stderr, " %6.3f\n", pcrd->init);
 443     }
 444 }