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[alexxy/gromacs.git] / src / gromacs / gmxpreprocess / readpull.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, 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
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17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
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20  *
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22  * License along with GROMACS; if not, see
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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 #include "gmxpre.h"
38
39 #include <assert.h>
40 #include <stdlib.h>
41 #include <string.h>
42
43 #include "gromacs/fileio/readinp.h"
44 #include "gromacs/gmxpreprocess/readir.h"
45 #include "gromacs/math/vec.h"
46 #include "gromacs/mdlib/mdatoms.h"
47 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
48 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
49 #include "gromacs/mdtypes/pull-params.h"
50 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
51 #include "gromacs/pulling/pull.h"
52 #include "gromacs/topology/topology.h"
53 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
54 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
55 #include "gromacs/utility/futil.h"
56 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
57
58
59 static void string2dvec(const char buf[], dvec nums)
60 {
61     double dum;
62
63     if (sscanf(buf, "%lf%lf%lf%lf", &nums[0], &nums[1], &nums[2], &dum) != 3)
64     {
65         gmx_fatal(FARGS, "Expected three numbers at input line %s", buf);
66     }
67 }
68
69 static void init_pull_group(t_pull_group *pg,
70                             const char   *wbuf)
71 {
72     double d;
73     int    n;
74
75     pg->nweight = 0;
76     while (sscanf(wbuf, "%lf %n", &d, &n) == 1)
77     {
78         if (pg->nweight % 100 == 0)
79         {
80             srenew(pg->weight, pg->nweight+100);
81         }
82         pg->weight[pg->nweight++] = d;
83         wbuf += n;
84     }
85 }
86
87 static void process_pull_dim(char *dim_buf, ivec dim, const t_pull_coord *pcrd)
88 {
89     int           ndim, d, nchar;
90     char         *ptr, pulldim1[STRLEN];
91
92     ptr  = dim_buf;
93     ndim = 0;
94     for (d = 0; d < DIM; d++)
95     {
96         if (sscanf(ptr, "%s%n", pulldim1, &nchar) != 1)
97         {
98             gmx_fatal(FARGS, "Less than 3 pull dimensions given in pull_dim: '%s'",
99                       dim_buf);
100         }
101
102         if (gmx_strncasecmp(pulldim1, "N", 1) == 0)
103         {
104             dim[d] = 0;
105         }
106         else if (gmx_strncasecmp(pulldim1, "Y", 1) == 0)
107         {
108             dim[d] = 1;
109             ndim++;
110         }
111         else
112         {
113             gmx_fatal(FARGS, "Please use Y(ES) or N(O) for pull_dim only (not %s)",
114                       pulldim1);
115         }
116         ptr += nchar;
117     }
118     if (ndim == 0)
119     {
120         gmx_fatal(FARGS, "All entries in pull dim are N");
121     }
122     if ((pcrd->eGeom == epullgDIHEDRAL) && (ndim < 3))
123     {
124         gmx_fatal(FARGS, "Pull geometry dihedral is only useful with pull-dim = Y Y Y");
125     }
126     if ((pcrd->eGeom == epullgANGLE || pcrd->eGeom == epullgANGLEAXIS ) && (ndim < 2))
127     {
128         gmx_fatal(FARGS, "Pull geometry %s is only useful with pull-dim = Y for at least 2 dimensions",
129                   EPULLGEOM(pcrd->eGeom));
130     }
131 }
132
133 static void init_pull_coord(t_pull_coord *pcrd, int coord_index_for_output,
134                             char *dim_buf,
135                             const char *origin_buf, const char *vec_buf,
136                             warninp_t wi)
137 {
138     int    m;
139     dvec   origin, vec;
140     char   buf[STRLEN];
141
142     if (pcrd->eType == epullCONSTRAINT && (pcrd->eGeom == epullgCYL ||
143                                            pcrd->eGeom == epullgDIRRELATIVE ||
144                                            pcrd->eGeom == epullgANGLE ||
145                                            pcrd->eGeom == epullgANGLEAXIS ||
146                                            pcrd->eGeom == epullgDIHEDRAL))
147     {
148         gmx_fatal(FARGS, "Pulling of type %s can not be combined with geometry %s. Consider using pull type %s.",
149                   epull_names[pcrd->eType],
150                   epullg_names[pcrd->eGeom],
151                   epull_names[epullUMBRELLA]);
152     }
153
154     if (pcrd->eType == epullEXTERNAL)
155     {
156         if (pcrd->externalPotentialProvider[0] == '\0')
157         {
158             sprintf(buf, "The use of pull type '%s' for pull coordinate %d requires that the name of the module providing the potential external is set with the option %s%d%s",
159                     epull_names[pcrd->eType], coord_index_for_output,
160                     "pull-coord", coord_index_for_output, "-potential-provider");
161             warning_error(wi, buf);
162         }
163
164         if (pcrd->rate != 0)
165         {
166             sprintf(buf, "The use of pull type '%s' for pull coordinate %d requires that the pull rate is zero",
167                     epull_names[pcrd->eType], coord_index_for_output);
168             warning_error(wi, buf);
169         }
170
171         if (pcrd->eGeom == epullgCYL)
172         {
173             /* Warn the user of a PBC restriction, caused by the fact that
174              * there is no reference value with an external pull potential.
175              */
176             sprintf(buf, "With pull type '%s' and geometry '%s', the distance component along the cylinder axis between atoms in the cylinder group and the COM of the pull group should be smaller than half the box length",
177                     epull_names[pcrd->eType], epullg_names[pcrd->eGeom]);
178             warning_note(wi, buf);
179         }
180     }
181
182     process_pull_dim(dim_buf, pcrd->dim, pcrd);
183
184     string2dvec(origin_buf, origin);
185     if (pcrd->group[0] != 0 && dnorm(origin) > 0)
186     {
187         gmx_fatal(FARGS, "The pull origin can only be set with an absolute reference");
188     }
189
190     /* Check the given initial reference value and warn for dangerous values */
191     if (pcrd->eGeom == epullgDIST)
192     {
193         if (pcrd->bStart && pcrd->init < 0)
194         {
195             sprintf(buf, "The initial reference distance set by pull-coord-init is set to a negative value (%g) with geometry %s while distances need to be non-negative. "
196                     "This may work, since you have set pull-coord-start to 'yes' which modifies this value, but only for certain starting distances. "
197                     "If this is a mistake you may want to use geometry %s instead.",
198                     pcrd->init, EPULLGEOM(pcrd->eGeom), EPULLGEOM(epullgDIR));
199             warning(wi, buf);
200         }
201     }
202     else if (pcrd->eGeom == epullgANGLE || pcrd->eGeom == epullgANGLEAXIS)
203     {
204         if (pcrd->bStart && (pcrd->init < 0 || pcrd->init > 180))
205         {
206             /* This value of pcrd->init may be ok depending on pcrd->bStart which modifies pcrd->init later on */
207             sprintf(buf, "The initial reference angle set by pull-coord-init (%g) is outside of the allowed range [0, 180] degrees for geometry (%s). "
208                     "This may work, since you have set pull-coord-start to 'yes' which modifies this value, but only for certain starting angles.",
209                     pcrd->init, EPULLGEOM(pcrd->eGeom));
210             warning(wi, buf);
211         }
212     }
213     else if (pcrd->eGeom == epullgDIHEDRAL)
214     {
215         if (pcrd->bStart && (pcrd->init < -180 || pcrd->init > 180))
216         {
217             sprintf(buf, "The initial reference angle set by pull-coord-init (%g) is outside of the allowed range [-180, 180] degrees for geometry (%s). "
218                     "This may work, since you have set pull-coord-start to 'yes' which modifies this value, but only for certain starting angles.",
219                     pcrd->init, EPULLGEOM(pcrd->eGeom));
220             warning(wi, buf);
221         }
222     }
223
224     /* Check and set the pull vector */
225     clear_dvec(vec);
226     string2dvec(vec_buf, vec);
227
228     if (pcrd->eGeom == epullgDIR || pcrd->eGeom == epullgCYL || pcrd->eGeom == epullgDIRPBC || pcrd->eGeom == epullgANGLEAXIS)
229     {
230         if (dnorm2(vec) == 0)
231         {
232             gmx_fatal(FARGS, "With pull geometry %s the pull vector can not be 0,0,0",
233                       epullg_names[pcrd->eGeom]);
234         }
235         for (int d = 0; d < DIM; d++)
236         {
237             if (vec[d] != 0 && pcrd->dim[d] == 0)
238             {
239                 gmx_fatal(FARGS, "pull-coord-vec has non-zero %c-component while pull_dim for the %c-dimension is set to N", 'x'+d, 'x'+d);
240             }
241         }
242
243         /* Normalize the direction vector */
244         dsvmul(1/dnorm(vec), vec, vec);
245     }
246     else /* This case is for are all the geometries where the pull vector is not used */
247     {
248         if (dnorm2(vec) > 0)
249         {
250             sprintf(buf, "A pull vector is given (%g  %g  %g) but will not be used with geometry %s. If you really want to use this "
251                     "vector, consider using geometry %s instead.",
252                     vec[0], vec[1], vec[2], EPULLGEOM(pcrd->eGeom),
253                     pcrd->eGeom == epullgANGLE ? EPULLGEOM(epullgANGLEAXIS) : EPULLGEOM(epullgDIR));
254             warning(wi, buf);
255         }
256     }
257     for (m = 0; m < DIM; m++)
258     {
259         pcrd->origin[m] = origin[m];
260         pcrd->vec[m]    = vec[m];
261     }
262 }
263
264 char **read_pullparams(int *ninp_p, t_inpfile **inp_p,
265                        pull_params_t *pull,
266                        warninp_t wi)
267 {
268     int           ninp, nscan, idum;
269     t_inpfile    *inp;
270     const char   *tmp;
271     char        **grpbuf;
272     char          buf[STRLEN];
273     char          provider[STRLEN], groups[STRLEN], dim_buf[STRLEN];
274     char          wbuf[STRLEN], origin_buf[STRLEN], vec_buf[STRLEN];
275
276     t_pull_group *pgrp;
277     t_pull_coord *pcrd;
278
279     ninp   = *ninp_p;
280     inp    = *inp_p;
281
282     /* read pull parameters */
283     CTYPE("Cylinder radius for dynamic reaction force groups (nm)");
284     RTYPE("pull-cylinder-r",  pull->cylinder_r, 1.5);
285     RTYPE("pull-constr-tol",  pull->constr_tol, 1E-6);
286     EETYPE("pull-print-com", pull->bPrintCOM, yesno_names);
287     EETYPE("pull-print-ref-value", pull->bPrintRefValue, yesno_names);
288     EETYPE("pull-print-components", pull->bPrintComp, yesno_names);
289     ITYPE("pull-nstxout",     pull->nstxout, 50);
290     ITYPE("pull-nstfout",     pull->nstfout, 50);
291     CTYPE("Number of pull groups");
292     ITYPE("pull-ngroups",     pull->ngroup, 1);
293     CTYPE("Number of pull coordinates");
294     ITYPE("pull-ncoords",     pull->ncoord, 1);
295
296     if (pull->ngroup < 1)
297     {
298         gmx_fatal(FARGS, "pull-ngroups should be >= 1");
299     }
300     /* We always add an absolute reference group (index 0), even if not used */
301     pull->ngroup += 1;
302
303     if (pull->ncoord < 1)
304     {
305         gmx_fatal(FARGS, "pull-ncoords should be >= 1");
306     }
307
308     snew(pull->group, pull->ngroup);
309
310     snew(pull->coord, pull->ncoord);
311
312     /* pull group options */
313     CTYPE("Group and coordinate parameters");
314
315     /* Read the pull groups */
316     snew(grpbuf, pull->ngroup);
317     /* Group 0 is the absolute reference, we don't read anything for 0 */
318     for (int groupNum = 1; groupNum < pull->ngroup; groupNum++)
319     {
320         pgrp = &pull->group[groupNum];
321         snew(grpbuf[groupNum], STRLEN);
322         sprintf(buf, "pull-group%d-name", groupNum);
323         STYPE(buf,              grpbuf[groupNum], "");
324         sprintf(buf, "pull-group%d-weights", groupNum);
325         STYPE(buf,              wbuf, "");
326         sprintf(buf, "pull-group%d-pbcatom", groupNum);
327         ITYPE(buf,              pgrp->pbcatom, 0);
328
329         /* Initialize the pull group */
330         init_pull_group(pgrp, wbuf);
331     }
332
333     /* Read the pull coordinates */
334     for (int coordNum = 1; coordNum < pull->ncoord + 1; coordNum++)
335     {
336         pcrd = &pull->coord[coordNum - 1];
337         sprintf(buf, "pull-coord%d-type", coordNum);
338         EETYPE(buf,             pcrd->eType, epull_names);
339         sprintf(buf, "pull-coord%d-potential-provider", coordNum);
340         STYPE(buf,              provider, "");
341         pcrd->externalPotentialProvider = gmx_strdup(provider);
342         sprintf(buf, "pull-coord%d-geometry", coordNum);
343         EETYPE(buf,             pcrd->eGeom, epullg_names);
344         sprintf(buf, "pull-coord%d-groups", coordNum);
345         STYPE(buf,              groups, "");
346
347         switch (pcrd->eGeom)
348         {
349             case epullgDIHEDRAL:
350                 pcrd->ngroup = 6; break;
351             case epullgDIRRELATIVE:
352             case epullgANGLE:
353                 pcrd->ngroup = 4; break;
354             default:
355                 pcrd->ngroup = 2; break;
356         }
357
358         nscan = sscanf(groups, "%d %d %d %d %d %d %d",
359                        &pcrd->group[0], &pcrd->group[1], &pcrd->group[2], &pcrd->group[3],
360                        &pcrd->group[4], &pcrd->group[5], &idum);
361         if (nscan != pcrd->ngroup)
362         {
363             sprintf(wbuf, "%s should contain %d pull group indices with geometry %s",
364                     buf, pcrd->ngroup, epullg_names[pcrd->eGeom]);
365             set_warning_line(wi, NULL, -1);
366             warning_error(wi, wbuf);
367         }
368         for (int g = 0; g < pcrd->ngroup; g++)
369         {
370             if (pcrd->group[g] < 0 || pcrd->group[g] >= pull->ngroup)
371             {
372                 /* Quit with a fatal error to avoid invalid memory access */
373                 gmx_fatal(FARGS, "%s contains an invalid pull group %d, you should have %d <= group <= %d",
374                           buf, pcrd->group[g], 0, pull->ngroup - 1);
375             }
376         }
377
378         sprintf(buf, "pull-coord%d-dim", coordNum);
379         STYPE(buf,              dim_buf,     "Y Y Y");
380         sprintf(buf, "pull-coord%d-origin", coordNum);
381         STYPE(buf,              origin_buf,  "0.0 0.0 0.0");
382         sprintf(buf, "pull-coord%d-vec", coordNum);
383         STYPE(buf,              vec_buf,     "0.0 0.0 0.0");
384         sprintf(buf, "pull-coord%d-start", coordNum);
385         EETYPE(buf,             pcrd->bStart, yesno_names);
386         sprintf(buf, "pull-coord%d-init", coordNum);
387         RTYPE(buf,              pcrd->init,  0.0);
388         sprintf(buf, "pull-coord%d-rate", coordNum);
389         RTYPE(buf,              pcrd->rate,  0.0);
390         sprintf(buf, "pull-coord%d-k", coordNum);
391         RTYPE(buf,              pcrd->k,     0.0);
392         sprintf(buf, "pull-coord%d-kB", coordNum);
393         RTYPE(buf,              pcrd->kB,    pcrd->k);
394
395         /* Initialize the pull coordinate */
396         init_pull_coord(pcrd, coordNum, dim_buf, origin_buf, vec_buf, wi);
397     }
398
399     *ninp_p   = ninp;
400     *inp_p    = inp;
401
402     return grpbuf;
403 }
404
405 void make_pull_groups(pull_params_t *pull,
406                       char **pgnames,
407                       const t_blocka *grps, char **gnames)
408 {
409     int           g, ig = -1, i;
410     t_pull_group *pgrp;
411
412     /* Absolute reference group (might not be used) is special */
413     pgrp          = &pull->group[0];
414     pgrp->nat     = 0;
415     pgrp->pbcatom = -1;
416
417     for (g = 1; g < pull->ngroup; g++)
418     {
419         pgrp = &pull->group[g];
420
421         if (strcmp(pgnames[g], "") == 0)
422         {
423             gmx_fatal(FARGS, "Pull option pull_group%d required by grompp has not been set.", g);
424         }
425
426         ig        = search_string(pgnames[g], grps->nr, gnames);
427         pgrp->nat = grps->index[ig+1] - grps->index[ig];
428
429         fprintf(stderr, "Pull group %d '%s' has %d atoms\n",
430                 g, pgnames[g], pgrp->nat);
431
432         if (pgrp->nat == 0)
433         {
434             gmx_fatal(FARGS, "Pull group %d '%s' is empty", g, pgnames[g]);
435         }
436
437         snew(pgrp->ind, pgrp->nat);
438         for (i = 0; i < pgrp->nat; i++)
439         {
440             pgrp->ind[i] = grps->a[grps->index[ig]+i];
441         }
442
443         if (pgrp->nweight > 0 && pgrp->nweight != pgrp->nat)
444         {
445             gmx_fatal(FARGS, "Number of weights (%d) for pull group %d '%s' does not match the number of atoms (%d)",
446                       pgrp->nweight, g, pgnames[g], pgrp->nat);
447         }
448
449         if (pgrp->nat == 1)
450         {
451             /* No pbc is required for this group */
452             pgrp->pbcatom = -1;
453         }
454         else
455         {
456             if (pgrp->pbcatom > 0)
457             {
458                 pgrp->pbcatom -= 1;
459             }
460             else if (pgrp->pbcatom == 0)
461             {
462                 pgrp->pbcatom = pgrp->ind[(pgrp->nat-1)/2];
463             }
464             else
465             {
466                 /* Use cosine weighting */
467                 pgrp->pbcatom = -1;
468             }
469         }
470     }
471 }
472
473 void make_pull_coords(pull_params_t *pull)
474 {
475     int           c;
476     t_pull_coord *pcrd;
477
478     for (c = 0; c < pull->ncoord; c++)
479     {
480         pcrd = &pull->coord[c];
481
482         if (pcrd->group[0] < 0 || pcrd->group[0] >= pull->ngroup ||
483             pcrd->group[1] < 0 || pcrd->group[1] >= pull->ngroup)
484         {
485             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);
486         }
487
488         if (pcrd->group[0] == pcrd->group[1])
489         {
490             gmx_fatal(FARGS, "Identical pull group indices in pull-coord%d-groups", c+1);
491         }
492
493         if (pcrd->eGeom == epullgCYL)
494         {
495             if (pull->group[pcrd->group[0]].nweight > 0)
496             {
497                 gmx_fatal(FARGS, "Weights are not supported for the reference group with cylinder pulling");
498             }
499         }
500     }
501 }
502
503 pull_t *set_pull_init(t_inputrec *ir, const gmx_mtop_t *mtop,
504                       rvec *x, matrix box, real lambda,
505                       const gmx_output_env_t *oenv)
506 {
507     pull_params_t *pull;
508     pull_t        *pull_work;
509     t_mdatoms     *md;
510     t_pbc          pbc;
511     int            c;
512     double         t_start;
513
514     pull      = ir->pull;
515     pull_work = init_pull(NULL, pull, ir, 0, NULL, mtop, NULL, oenv, lambda, FALSE, 0);
516     md        = init_mdatoms(NULL, mtop, ir->efep);
517     atoms2md(mtop, ir, 0, NULL, mtop->natoms, md);
518     if (ir->efep)
519     {
520         update_mdatoms(md, lambda);
521     }
522
523     set_pbc(&pbc, ir->ePBC, box);
524
525     t_start = ir->init_t + ir->init_step*ir->delta_t;
526
527     pull_calc_coms(NULL, pull_work, md, &pbc, t_start, x, NULL);
528
529     fprintf(stderr, "Pull group  natoms  pbc atom  distance at start  reference at t=0\n");
530     for (c = 0; c < pull->ncoord; c++)
531     {
532         t_pull_coord *pcrd;
533         t_pull_group *pgrp0, *pgrp1;
534         double        value;
535         real          init = 0;
536
537         pcrd  = &pull->coord[c];
538
539         pgrp0 = &pull->group[pcrd->group[0]];
540         pgrp1 = &pull->group[pcrd->group[1]];
541         fprintf(stderr, "%8d  %8d  %8d\n",
542                 pcrd->group[0], pgrp0->nat, pgrp0->pbcatom+1);
543         fprintf(stderr, "%8d  %8d  %8d ",
544                 pcrd->group[1], pgrp1->nat, pgrp1->pbcatom+1);
545
546         if (pcrd->bStart)
547         {
548             init       = pcrd->init;
549             pcrd->init = 0;
550         }
551
552         get_pull_coord_value(pull_work, c, &pbc, &value);
553
554         value *= pull_conversion_factor_internal2userinput(pcrd);
555         fprintf(stderr, " %10.3f %s", value, pull_coordinate_units(pcrd));
556
557         if (pcrd->bStart)
558         {
559             pcrd->init = value + init;
560         }
561
562         if (pcrd->eGeom == epullgDIST)
563         {
564             if (pcrd->init < 0)
565             {
566                 gmx_fatal(FARGS, "The initial pull distance (%g) needs to be non-negative with geometry %s. If you want a signed distance, use geometry %s instead.",
567                           pcrd->init, EPULLGEOM(pcrd->eGeom), EPULLGEOM(epullgDIR));
568             }
569
570             /* TODO: With a positive init but a negative rate things could still
571              * go wrong, but it might be fine if you don't pull too far.
572              * We should give a warning or note when there is only one pull dim
573              * active, since that is usually the problematic case when you should
574              * be using direction. We will do this later, since an already planned
575              * generalization of the pull code makes pull dim available here.
576              */
577         }
578         else if (pcrd->eGeom == epullgANGLE || pcrd->eGeom == epullgANGLEAXIS)
579         {
580             if (pcrd->init < 0 || pcrd->init > 180)
581             {
582                 gmx_fatal(FARGS,  "The initial pull reference angle (%g) is outside of the allowed range [0, 180] degrees.", pcrd->init);
583             }
584         }
585         else if (pcrd->eGeom == epullgDIHEDRAL)
586         {
587             if (pcrd->init < -180 || pcrd->init > 180)
588             {
589                 gmx_fatal(FARGS,  "The initial pull reference angle (%g) is outside of the allowed range [-180, 180] degrees.",
590                           pcrd->init);
591             }
592         }
593
594
595         fprintf(stderr, "     %10.3f %s\n", pcrd->init, pull_coordinate_units(pcrd));
596     }
597
598     return pull_work;
599 }