src/gromacs/linearalgebra/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) 2012,2014, 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 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  38 #include "nrjac.h"
  39
  40 #include <math.h>
  41
  42 #include "gmx_fatal.h"
  43 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  44
  45 static gmx_inline
  46 void do_rotate(double **a, int i, int j, int k, int l, double tau, double s)
  47 {
  48     double g, h;
  49     g       = a[i][j];
  50     h       = a[k][l];
  51     a[i][j] = g - s * (h + g * tau);
  52     a[k][l] = h + s * (g - h * tau);
  53 }
  54
  55 void jacobi(double **a, int n, double d[], double **v, int *nrot)
  56 {
  57     int    j, i;
  58     int    iq, ip;
  59     double tresh, theta, tau, t, sm, s, h, g, c, *b, *z;
  60
  61     snew(b, n);
  62     snew(z, n);
  63     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  64     {
  65         for (iq = 0; iq < n; iq++)
  66         {
  67             v[ip][iq] = 0.0;
  68         }
  69         v[ip][ip] = 1.0;
  70     }
  71     for (ip = 0; ip < n; ip++)
  72     {
  73         b[ip] = d[ip] = a[ip][ip];
  74         z[ip] = 0.0;
  75     }
  76     *nrot = 0;
  77     for (i = 1; i <= 50; i++)
  78     {
  79         sm = 0.0;
  80         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
  81         {
  82             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
  83             {
  84                 sm += fabs(a[ip][iq]);
  85             }
  86         }
  87         if (sm == 0.0)
  88         {
  89             sfree(z);
  90             sfree(b);
  91             return;
  92         }
  93         if (i < 4)
  94         {
  95             tresh = 0.2*sm/(n*n);
  96         }
  97         else
  98         {
  99             tresh = 0.0;
 100         }
 101         for (ip = 0; ip < n-1; ip++)
 102         {
 103             for (iq = ip+1; iq < n; iq++)
 104             {
 105                 g = 100.0*fabs(a[ip][iq]);
 106                 if (i > 4 && fabs(d[ip])+g == fabs(d[ip])
 107                     && fabs(d[iq])+g == fabs(d[iq]))
 108                 {
 109                     a[ip][iq] = 0.0;
 110                 }
 111                 else if (fabs(a[ip][iq]) > tresh)
 112                 {
 113                     h = d[iq]-d[ip];
 114                     if (fabs(h)+g == fabs(h))
 115                     {
 116                         t = (a[ip][iq])/h;
 117                     }
 118                     else
 119                     {
 120                         theta = 0.5*h/(a[ip][iq]);
 121                         t     = 1.0/(fabs(theta)+sqrt(1.0+theta*theta));
 122                         if (theta < 0.0)
 123                         {
 124                             t = -t;
 125                         }
 126                     }
 127                     c         = 1.0/sqrt(1+t*t);
 128                     s         = t*c;
 129                     tau       = s/(1.0+c);
 130                     h         = t*a[ip][iq];
 131                     z[ip]    -= h;
 132                     z[iq]    += h;
 133                     d[ip]    -= h;
 134                     d[iq]    += h;
 135                     a[ip][iq] = 0.0;
 136                     for (j = 0; j < ip; j++)
 137                     {
 138                         do_rotate(a, j, ip, j, iq, tau, s);
 139                     }
 140                     for (j = ip+1; j < iq; j++)
 141                     {
 142                         do_rotate(a, ip, j, j, iq, tau, s);
 143                     }
 144                     for (j = iq+1; j < n; j++)
 145                     {
 146                         do_rotate(a, ip, j, iq, j, tau, s);
 147                     }
 148                     for (j = 0; j < n; j++)
 149                     {
 150                         do_rotate(v, j, ip, j, iq, tau, s);
 151                     }
 152                     ++(*nrot);
 153                 }
 154             }
 155         }
 156         for (ip = 0; ip < n; ip++)
 157         {
 158             b[ip] +=  z[ip];
 159             d[ip]  =  b[ip];
 160             z[ip]  =  0.0;
 161         }
 162     }
 163     gmx_fatal(FARGS, "Error: Too many iterations in routine JACOBI\n");
 164 }
 165
 166 int m_inv_gen(real **m, int n, real **minv)
 167 {
 168     double **md, **v, *eig, tol, s;
 169     int      nzero, i, j, k, nrot;
 170
 171     snew(md, n);
 172     for (i = 0; i < n; i++)
 173     {
 174         snew(md[i], n);
 175     }
 176     snew(v, n);
 177     for (i = 0; i < n; i++)
 178     {
 179         snew(v[i], n);
 180     }
 181     snew(eig, n);
 182     for (i = 0; i < n; i++)
 183     {
 184         for (j = 0; j < n; j++)
 185         {
 186             md[i][j] = m[i][j];
 187         }
 188     }
 189
 190     tol = 0;
 191     for (i = 0; i < n; i++)
 192     {
 193         tol += fabs(md[i][i]);
 194     }
 195     tol = 1e-6*tol/n;
 196
 197     jacobi(md, n, eig, v, &nrot);
 198
 199     nzero = 0;
 200     for (i = 0; i < n; i++)
 201     {
 202         if (fabs(eig[i]) < tol)
 203         {
 204             eig[i] = 0;
 205             nzero++;
 206         }
 207         else
 208         {
 209             eig[i] = 1.0/eig[i];
 210         }
 211     }
 212
 213     for (i = 0; i < n; i++)
 214     {
 215         for (j = 0; j < n; j++)
 216         {
 217             s = 0;
 218             for (k = 0; k < n; k++)
 219             {
 220                 s += eig[k]*v[i][k]*v[j][k];
 221             }
 222             minv[i][j] = s;
 223         }
 224     }
 225
 226     sfree(eig);
 227     for (i = 0; i < n; i++)
 228     {
 229         sfree(v[i]);
 230     }
 231     sfree(v);
 232     for (i = 0; i < n; i++)
 233     {
 234         sfree(md[i]);
 235     }
 236     sfree(md);
 237
 238     return nzero;
 239 }