src/gromacs/mdlib/constr.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, 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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "gromacs/legacyheaders/constr.h"
  40
  41 #include <assert.h>
  42 #include <stdlib.h>
  43
  44 #include <cmath>
  45
  46 #include <algorithm>
  47
  48 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  49 #include "gromacs/essentialdynamics/edsam.h"
  50 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  51 #include "gromacs/fileio/gmxfio.h"
  52 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  53 #include "gromacs/legacyheaders/copyrite.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/gmx_omp_nthreads.h"
  55 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/mdrun.h"
  57 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  58 #include "gromacs/legacyheaders/nrnb.h"
  59 #include "gromacs/legacyheaders/splitter.h"
  60 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  61 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  62 #include "gromacs/math/vec.h"
  63 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  64 #include "gromacs/pulling/pull.h"
  65 #include "gromacs/topology/block.h"
  66 #include "gromacs/topology/invblock.h"
  67 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  68 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  69 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  70
  71 typedef struct gmx_constr {
  72     int                ncon_tot;       /* The total number of constraints    */
  73     int                nflexcon;       /* The number of flexible constraints */
  74     int                n_at2con_mt;    /* The size of at2con = #moltypes     */
  75     t_blocka          *at2con_mt;      /* A list of atoms to constraints     */
  76     int                n_at2settle_mt; /* The size of at2settle = #moltypes  */
  77     int              **at2settle_mt;   /* A list of atoms to settles         */
  78     gmx_bool           bInterCGsettles;
  79     gmx_lincsdata_t    lincsd;         /* LINCS data                         */
  80     gmx_shakedata_t    shaked;         /* SHAKE data                         */
  81     gmx_settledata_t   settled;        /* SETTLE data                        */
  82     int                nblocks;        /* The number of SHAKE blocks         */
  83     int               *sblock;         /* The SHAKE blocks                   */
  84     int                sblock_nalloc;  /* The allocation size of sblock      */
  85     real              *lagr;           /* -2 times the Lagrange multipliers for SHAKE */
  86     int                lagr_nalloc;    /* The allocation size of lagr        */
  87     int                maxwarn;        /* The maximum number of warnings     */
  88     int                warncount_lincs;
  89     int                warncount_settle;
  90     gmx_edsam_t        ed;            /* The essential dynamics data        */
  91
  92     tensor            *vir_r_m_dr_th; /* Thread local working data          */
  93     int               *settle_error;  /* Thread local working data          */
  94
  95     gmx_mtop_t        *warn_mtop;     /* Only used for printing warnings    */
  96 } t_gmx_constr;
  97
  98 typedef struct {
  99     atom_id iatom[3];
 100     atom_id blocknr;
 101 } t_sortblock;
 102
 103 static int pcomp(const void *p1, const void *p2)
 104 {
 105     int          db;
 106     atom_id      min1, min2, max1, max2;
 107     t_sortblock *a1 = (t_sortblock *)p1;
 108     t_sortblock *a2 = (t_sortblock *)p2;
 109
 110     db = a1->blocknr-a2->blocknr;
 111
 112     if (db != 0)
 113     {
 114         return db;
 115     }
 116
 117     min1 = std::min(a1->iatom[1], a1->iatom[2]);
 118     max1 = std::max(a1->iatom[1], a1->iatom[2]);
 119     min2 = std::min(a2->iatom[1], a2->iatom[2]);
 120     max2 = std::max(a2->iatom[1], a2->iatom[2]);
 121
 122     if (min1 == min2)
 123     {
 124         return max1-max2;
 125     }
 126     else
 127     {
 128         return min1-min2;
 129     }
 130 }
 131
 132 int n_flexible_constraints(struct gmx_constr *constr)
 133 {
 134     int nflexcon;
 135
 136     if (constr)
 137     {
 138         nflexcon = constr->nflexcon;
 139     }
 140     else
 141     {
 142         nflexcon = 0;
 143     }
 144
 145     return nflexcon;
 146 }
 147
 148 static void clear_constraint_quantity_nonlocal(gmx_domdec_t *dd, rvec *q)
 149 {
 150     int nonlocal_at_start, nonlocal_at_end, at;
 151
 152     dd_get_constraint_range(dd, &nonlocal_at_start, &nonlocal_at_end);
 153
 154     for (at = nonlocal_at_start; at < nonlocal_at_end; at++)
 155     {
 156         clear_rvec(q[at]);
 157     }
 158 }
 159
 160 void too_many_constraint_warnings(int eConstrAlg, int warncount)
 161 {
 162     gmx_fatal(FARGS,
 163               "Too many %s warnings (%d)\n"
 164               "If you know what you are doing you can %s"
 165               "set the environment variable GMX_MAXCONSTRWARN to -1,\n"
 166               "but normally it is better to fix the problem",
 167               (eConstrAlg == econtLINCS) ? "LINCS" : "SETTLE", warncount,
 168               (eConstrAlg == econtLINCS) ?
 169               "adjust the lincs warning threshold in your mdp file\nor " : "\n");
 170 }
 171
 172 static void write_constr_pdb(const char *fn, const char *title,
 173                              gmx_mtop_t *mtop,
 174                              int start, int homenr, t_commrec *cr,
 175                              rvec x[], matrix box)
 176 {
 177     char          fname[STRLEN];
 178     FILE         *out;
 179     int           dd_ac0 = 0, dd_ac1 = 0, i, ii, resnr;
 180     gmx_domdec_t *dd;
 181     char         *anm, *resnm;
 182
 183     dd = NULL;
 184     if (DOMAINDECOMP(cr))
 185     {
 186         dd = cr->dd;
 187         dd_get_constraint_range(dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
 188         start  = 0;
 189         homenr = dd_ac1;
 190     }
 191
 192     if (PAR(cr))
 193     {
 194         sprintf(fname, "%s_n%d.pdb", fn, cr->sim_nodeid);
 195     }
 196     else
 197     {
 198         sprintf(fname, "%s.pdb", fn);
 199     }
 200
 201     out = gmx_fio_fopen(fname, "w");
 202
 203     fprintf(out, "TITLE     %s\n", title);
 204     gmx_write_pdb_box(out, -1, box);
 205     for (i = start; i < start+homenr; i++)
 206     {
 207         if (dd != NULL)
 208         {
 209             if (i >= dd->nat_home && i < dd_ac0)
 210             {
 211                 continue;
 212             }
 213             ii = dd->gatindex[i];
 214         }
 215         else
 216         {
 217             ii = i;
 218         }
 219         gmx_mtop_atominfo_global(mtop, ii, &anm, &resnr, &resnm);
 220         gmx_fprintf_pdb_atomline(out, epdbATOM, ii+1, anm, ' ', resnm, ' ', resnr, ' ',
 221                                  10*x[i][XX], 10*x[i][YY], 10*x[i][ZZ], 1.0, 0.0, "");
 222     }
 223     fprintf(out, "TER\n");
 224
 225     gmx_fio_fclose(out);
 226 }
 227
 228 static void dump_confs(FILE *fplog, gmx_int64_t step, gmx_mtop_t *mtop,
 229                        int start, int homenr, t_commrec *cr,
 230                        rvec x[], rvec xprime[], matrix box)
 231 {
 232     char  buf[256], buf2[22];
 233
 234     char *env = getenv("GMX_SUPPRESS_DUMP");
 235     if (env)
 236     {
 237         return;
 238     }
 239
 240     sprintf(buf, "step%sb", gmx_step_str(step, buf2));
 241     write_constr_pdb(buf, "initial coordinates",
 242                      mtop, start, homenr, cr, x, box);
 243     sprintf(buf, "step%sc", gmx_step_str(step, buf2));
 244     write_constr_pdb(buf, "coordinates after constraining",
 245                      mtop, start, homenr, cr, xprime, box);
 246     if (fplog)
 247     {
 248         fprintf(fplog, "Wrote pdb files with previous and current coordinates\n");
 249     }
 250     fprintf(stderr, "Wrote pdb files with previous and current coordinates\n");
 251 }
 252
 253 static void pr_sortblock(FILE *fp, const char *title, int nsb, t_sortblock sb[])
 254 {
 255     int i;
 256
 257     fprintf(fp, "%s\n", title);
 258     for (i = 0; (i < nsb); i++)
 259     {
 260         fprintf(fp, "i: %5d, iatom: (%5d %5d %5d), blocknr: %5d\n",
 261                 i, sb[i].iatom[0], sb[i].iatom[1], sb[i].iatom[2],
 262                 sb[i].blocknr);
 263     }
 264 }
 265
 266 gmx_bool constrain(FILE *fplog, gmx_bool bLog, gmx_bool bEner,
 267                    struct gmx_constr *constr,
 268                    t_idef *idef, t_inputrec *ir,
 269                    t_commrec *cr,
 270                    gmx_int64_t step, int delta_step,
 271                    real step_scaling,
 272                    t_mdatoms *md,
 273                    rvec *x, rvec *xprime, rvec *min_proj,
 274                    gmx_bool bMolPBC, matrix box,
 275                    real lambda, real *dvdlambda,
 276                    rvec *v, tensor *vir,
 277                    t_nrnb *nrnb, int econq)
 278 {
 279     gmx_bool    bOK, bDump;
 280     int         start, homenr;
 281     int         i, j;
 282     int         settle_error;
 283     tensor      vir_r_m_dr;
 284     real        scaled_delta_t;
 285     real        invdt, vir_fac = 0, t;
 286     t_ilist    *settle;
 287     int         nsettle;
 288     t_pbc       pbc, *pbc_null;
 289     char        buf[22];
 290     int         nth, th;
 291
 292     if (econq == econqForceDispl && !EI_ENERGY_MINIMIZATION(ir->eI))
 293     {
 294         gmx_incons("constrain called for forces displacements while not doing energy minimization, can not do this while the LINCS and SETTLE constraint connection matrices are mass weighted");
 295     }
 296
 297     bOK   = TRUE;
 298     bDump = FALSE;
 299
 300     start  = 0;
 301     homenr = md->homenr;
 302
 303     scaled_delta_t = step_scaling * ir->delta_t;
 304
 305     /* Prepare time step for use in constraint implementations, and
 306        avoid generating inf when ir->delta_t = 0. */
 307     if (ir->delta_t == 0)
 308     {
 309         invdt = 0.0;
 310     }
 311     else
 312     {
 313         invdt = 1.0/scaled_delta_t;
 314     }
 315
 316     if (ir->efep != efepNO && EI_DYNAMICS(ir->eI))
 317     {
 318         /* Set the constraint lengths for the step at which this configuration
 319          * is meant to be. The invmasses should not be changed.
 320          */
 321         lambda += delta_step*ir->fepvals->delta_lambda;
 322     }
 323
 324     if (vir != NULL)
 325     {
 326         clear_mat(vir_r_m_dr);
 327     }
 328
 329     where();
 330
 331     settle  = &idef->il[F_SETTLE];
 332     nsettle = settle->nr/(1+NRAL(F_SETTLE));
 333
 334     if (nsettle > 0)
 335     {
 336         nth = gmx_omp_nthreads_get(emntSETTLE);
 337     }
 338     else
 339     {
 340         nth = 1;
 341     }
 342
 343     if (nth > 1 && constr->vir_r_m_dr_th == NULL)
 344     {
 345         snew(constr->vir_r_m_dr_th, nth);
 346         snew(constr->settle_error, nth);
 347     }
 348
 349     settle_error = -1;
 350
 351     /* We do not need full pbc when constraints do not cross charge groups,
 352      * i.e. when dd->constraint_comm==NULL.
 353      * Note that PBC for constraints is different from PBC for bondeds.
 354      * For constraints there is both forward and backward communication.
 355      */
 356     if (ir->ePBC != epbcNONE &&
 357         (cr->dd || bMolPBC) && !(cr->dd && cr->dd->constraint_comm == NULL))
 358     {
 359         /* With pbc=screw the screw has been changed to a shift
 360          * by the constraint coordinate communication routine,
 361          * so that here we can use normal pbc.
 362          */
 363         pbc_null = set_pbc_dd(&pbc, ir->ePBC, cr->dd, FALSE, box);
 364     }
 365     else
 366     {
 367         pbc_null = NULL;
 368     }
 369
 370     /* Communicate the coordinates required for the non-local constraints
 371      * for LINCS and/or SETTLE.
 372      */
 373     if (cr->dd)
 374     {
 375         dd_move_x_constraints(cr->dd, box, x, xprime, econq == econqCoord);
 376
 377         if (v != NULL)
 378         {
 379             /* We need to initialize the non-local components of v.
 380              * We never actually use these values, but we do increment them,
 381              * so we should avoid uninitialized variables and overflows.
 382              */
 383             clear_constraint_quantity_nonlocal(cr->dd, v);
 384         }
 385     }
 386
 387     if (constr->lincsd != NULL)
 388     {
 389         bOK = constrain_lincs(fplog, bLog, bEner, ir, step, constr->lincsd, md, cr,
 390                               x, xprime, min_proj,
 391                               box, pbc_null, lambda, dvdlambda,
 392                               invdt, v, vir != NULL, vir_r_m_dr,
 393                               econq, nrnb,
 394                               constr->maxwarn, &constr->warncount_lincs);
 395         if (!bOK && constr->maxwarn >= 0)
 396         {
 397             if (fplog != NULL)
 398             {
 399                 fprintf(fplog, "Constraint error in algorithm %s at step %s\n",
 400                         econstr_names[econtLINCS], gmx_step_str(step, buf));
 401             }
 402             bDump = TRUE;
 403         }
 404     }
 405
 406     if (constr->nblocks > 0)
 407     {
 408         switch (econq)
 409         {
 410             case (econqCoord):
 411                 bOK = bshakef(fplog, constr->shaked,
 412                               md->invmass, constr->nblocks, constr->sblock,
 413                               idef, ir, x, xprime, nrnb,
 414                               constr->lagr, lambda, dvdlambda,
 415                               invdt, v, vir != NULL, vir_r_m_dr,
 416                               constr->maxwarn >= 0, econq);
 417                 break;
 418             case (econqVeloc):
 419                 bOK = bshakef(fplog, constr->shaked,
 420                               md->invmass, constr->nblocks, constr->sblock,
 421                               idef, ir, x, min_proj, nrnb,
 422                               constr->lagr, lambda, dvdlambda,
 423                               invdt, NULL, vir != NULL, vir_r_m_dr,
 424                               constr->maxwarn >= 0, econq);
 425                 break;
 426             default:
 427                 gmx_fatal(FARGS, "Internal error, SHAKE called for constraining something else than coordinates");
 428                 break;
 429         }
 430
 431         if (!bOK && constr->maxwarn >= 0)
 432         {
 433             if (fplog != NULL)
 434             {
 435                 fprintf(fplog, "Constraint error in algorithm %s at step %s\n",
 436                         econstr_names[econtSHAKE], gmx_step_str(step, buf));
 437             }
 438             bDump = TRUE;
 439         }
 440     }
 441
 442     if (nsettle > 0)
 443     {
 444         int calcvir_atom_end;
 445
 446         if (vir == NULL)
 447         {
 448             calcvir_atom_end = 0;
 449         }
 450         else
 451         {
 452             calcvir_atom_end = md->homenr;
 453         }
 454
 455         switch (econq)
 456         {
 457             case econqCoord:
 458 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
 459                 for (th = 0; th < nth; th++)
 460                 {
 461                     int start_th, end_th;
 462
 463                     if (th > 0)
 464                     {
 465                         clear_mat(constr->vir_r_m_dr_th[th]);
 466                     }
 467
 468                     start_th = (nsettle* th   )/nth;
 469                     end_th   = (nsettle*(th+1))/nth;
 470                     if (start_th >= 0 && end_th - start_th > 0)
 471                     {
 472                         csettle(constr->settled,
 473                                 end_th-start_th,
 474                                 settle->iatoms+start_th*(1+NRAL(F_SETTLE)),
 475                                 pbc_null,
 476                                 x[0], xprime[0],
 477                                 invdt, v ? v[0] : NULL, calcvir_atom_end,
 478                                 th == 0 ? vir_r_m_dr : constr->vir_r_m_dr_th[th],
 479                                 th == 0 ? &settle_error : &constr->settle_error[th]);
 480                     }
 481                 }
 482                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SETTLE, nsettle);
 483                 if (v != NULL)
 484                 {
 485                     inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_V, nsettle*3);
 486                 }
 487                 if (vir != NULL)
 488                 {
 489                     inc_nrnb(nrnb, eNR_CONSTR_VIR, nsettle*3);
 490                 }
 491                 break;
 492             case econqVeloc:
 493             case econqDeriv:
 494             case econqForce:
 495             case econqForceDispl:
 496 #pragma omp parallel for num_threads(nth) schedule(static)
 497                 for (th = 0; th < nth; th++)
 498                 {
 499                     int start_th, end_th;
 500
 501                     if (th > 0)
 502                     {
 503                         clear_mat(constr->vir_r_m_dr_th[th]);
 504                     }
 505
 506                     start_th = (nsettle* th   )/nth;
 507                     end_th   = (nsettle*(th+1))/nth;
 508
 509                     if (start_th >= 0 && end_th - start_th > 0)
 510                     {
 511                         settle_proj(constr->settled, econq,
 512                                     end_th-start_th,
 513                                     settle->iatoms+start_th*(1+NRAL(F_SETTLE)),
 514                                     pbc_null,
 515                                     x,
 516                                     xprime, min_proj, calcvir_atom_end,
 517                                     th == 0 ? vir_r_m_dr : constr->vir_r_m_dr_th[th]);
 518                     }
 519                 }
 520                 /* This is an overestimate */
 521                 inc_nrnb(nrnb, eNR_SETTLE, nsettle);
 522                 break;
 523             case econqDeriv_FlexCon:
 524                 /* Nothing to do, since the are no flexible constraints in settles */
 525                 break;
 526             default:
 527                 gmx_incons("Unknown constraint quantity for settle");
 528         }
 529     }
 530
 531     if (settle->nr > 0)
 532     {
 533         /* Combine virial and error info of the other threads */
 534         for (i = 1; i < nth; i++)
 535         {
 536             settle_error = constr->settle_error[i];
 537         }
 538         if (vir != NULL)
 539         {
 540             for (i = 1; i < nth; i++)
 541             {
 542                 m_add(vir_r_m_dr, constr->vir_r_m_dr_th[i], vir_r_m_dr);
 543             }
 544         }
 545
 546         if (econq == econqCoord && settle_error >= 0)
 547         {
 548             bOK = FALSE;
 549             if (constr->maxwarn >= 0)
 550             {
 551                 char buf[256];
 552                 sprintf(buf,
 553                         "\nstep " "%" GMX_PRId64 ": Water molecule starting at atom %d can not be "
 554                         "settled.\nCheck for bad contacts and/or reduce the timestep if appropriate.\n",
 555                         step, ddglatnr(cr->dd, settle->iatoms[settle_error*(1+NRAL(F_SETTLE))+1]));
 556                 if (fplog)
 557                 {
 558                     fprintf(fplog, "%s", buf);
 559                 }
 560                 fprintf(stderr, "%s", buf);
 561                 constr->warncount_settle++;
 562                 if (constr->warncount_settle > constr->maxwarn)
 563                 {
 564                     too_many_constraint_warnings(-1, constr->warncount_settle);
 565                 }
 566                 bDump = TRUE;
 567             }
 568         }
 569     }
 570
 571     if (vir != NULL)
 572     {
 573         /* The normal uses of constrain() pass step_scaling = 1.0.
 574          * The call to constrain() for SD1 that passes step_scaling =
 575          * 0.5 also passes vir = NULL, so cannot reach this
 576          * assertion. This assertion should remain until someone knows
 577          * that this path works for their intended purpose, and then
 578          * they can use scaled_delta_t instead of ir->delta_t
 579          * below. */
 580         assert(gmx_within_tol(step_scaling, 1.0, GMX_REAL_EPS));
 581         switch (econq)
 582         {
 583             case econqCoord:
 584                 vir_fac = 0.5/(ir->delta_t*ir->delta_t);
 585                 break;
 586             case econqVeloc:
 587                 vir_fac = 0.5/ir->delta_t;
 588                 break;
 589             case econqForce:
 590             case econqForceDispl:
 591                 vir_fac = 0.5;
 592                 break;
 593             default:
 594                 gmx_incons("Unsupported constraint quantity for virial");
 595         }
 596
 597         if (EI_VV(ir->eI))
 598         {
 599             vir_fac *= 2;  /* only constraining over half the distance here */
 600         }
 601         for (i = 0; i < DIM; i++)
 602         {
 603             for (j = 0; j < DIM; j++)
 604             {
 605                 (*vir)[i][j] = vir_fac*vir_r_m_dr[i][j];
 606             }
 607         }
 608     }
 609
 610     if (bDump)
 611     {
 612         dump_confs(fplog, step, constr->warn_mtop, start, homenr, cr, x, xprime, box);
 613     }
 614
 615     if (econq == econqCoord)
 616     {
 617         if (ir->ePull == epullCONSTRAINT)
 618         {
 619             if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
 620             {
 621                 t = ir->init_t + (step + delta_step)*ir->delta_t;
 622             }
 623             else
 624             {
 625                 t = ir->init_t;
 626             }
 627             set_pbc(&pbc, ir->ePBC, box);
 628             pull_constraint(ir->pull, md, &pbc, cr, ir->delta_t, t, x, xprime, v, *vir);
 629         }
 630         if (constr->ed && delta_step > 0)
 631         {
 632             /* apply the essential dynamcs constraints here */
 633             do_edsam(ir, step, cr, xprime, v, box, constr->ed);
 634         }
 635     }
 636
 637     return bOK;
 638 }
 639
 640 real *constr_rmsd_data(struct gmx_constr *constr)
 641 {
 642     if (constr->lincsd)
 643     {
 644         return lincs_rmsd_data(constr->lincsd);
 645     }
 646     else
 647     {
 648         return NULL;
 649     }
 650 }
 651
 652 real constr_rmsd(struct gmx_constr *constr, gmx_bool bSD2)
 653 {
 654     if (constr->lincsd)
 655     {
 656         return lincs_rmsd(constr->lincsd, bSD2);
 657     }
 658     else
 659     {
 660         return 0;
 661     }
 662 }
 663
 664 static void make_shake_sblock_serial(struct gmx_constr *constr,
 665                                      t_idef *idef, t_mdatoms *md)
 666 {
 667     int          i, j, m, ncons;
 668     int          bstart, bnr;
 669     t_blocka     sblocks;
 670     t_sortblock *sb;
 671     t_iatom     *iatom;
 672     atom_id     *inv_sblock;
 673
 674     /* Since we are processing the local topology,
 675      * the F_CONSTRNC ilist has been concatenated to the F_CONSTR ilist.
 676      */
 677     ncons = idef->il[F_CONSTR].nr/3;
 678
 679     init_blocka(&sblocks);
 680     gen_sblocks(NULL, 0, md->homenr, idef, &sblocks, FALSE);
 681
 682     /*
 683        bstart=(idef->nodeid > 0) ? blocks->multinr[idef->nodeid-1] : 0;
 684        nblocks=blocks->multinr[idef->nodeid] - bstart;
 685      */
 686     bstart          = 0;
 687     constr->nblocks = sblocks.nr;
 688     if (debug)
 689     {
 690         fprintf(debug, "ncons: %d, bstart: %d, nblocks: %d\n",
 691                 ncons, bstart, constr->nblocks);
 692     }
 693
 694     /* Calculate block number for each atom */
 695     inv_sblock = make_invblocka(&sblocks, md->nr);
 696
 697     done_blocka(&sblocks);
 698
 699     /* Store the block number in temp array and
 700      * sort the constraints in order of the sblock number
 701      * and the atom numbers, really sorting a segment of the array!
 702      */
 703 #ifdef DEBUGIDEF
 704     pr_idef(fplog, 0, "Before Sort", idef);
 705 #endif
 706     iatom = idef->il[F_CONSTR].iatoms;
 707     snew(sb, ncons);
 708     for (i = 0; (i < ncons); i++, iatom += 3)
 709     {
 710         for (m = 0; (m < 3); m++)
 711         {
 712             sb[i].iatom[m] = iatom[m];
 713         }
 714         sb[i].blocknr = inv_sblock[iatom[1]];
 715     }
 716
 717     /* Now sort the blocks */
 718     if (debug)
 719     {
 720         pr_sortblock(debug, "Before sorting", ncons, sb);
 721         fprintf(debug, "Going to sort constraints\n");
 722     }
 723
 724     qsort(sb, ncons, (size_t)sizeof(*sb), pcomp);
 725
 726     if (debug)
 727     {
 728         pr_sortblock(debug, "After sorting", ncons, sb);
 729     }
 730
 731     iatom = idef->il[F_CONSTR].iatoms;
 732     for (i = 0; (i < ncons); i++, iatom += 3)
 733     {
 734         for (m = 0; (m < 3); m++)
 735         {
 736             iatom[m] = sb[i].iatom[m];
 737         }
 738     }
 739 #ifdef DEBUGIDEF
 740     pr_idef(fplog, 0, "After Sort", idef);
 741 #endif
 742
 743     j = 0;
 744     snew(constr->sblock, constr->nblocks+1);
 745     bnr = -2;
 746     for (i = 0; (i < ncons); i++)
 747     {
 748         if (sb[i].blocknr != bnr)
 749         {
 750             bnr                 = sb[i].blocknr;
 751             constr->sblock[j++] = 3*i;
 752         }
 753     }
 754     /* Last block... */
 755     constr->sblock[j++] = 3*ncons;
 756
 757     if (j != (constr->nblocks+1))
 758     {
 759         fprintf(stderr, "bstart: %d\n", bstart);
 760         fprintf(stderr, "j: %d, nblocks: %d, ncons: %d\n",
 761                 j, constr->nblocks, ncons);
 762         for (i = 0; (i < ncons); i++)
 763         {
 764             fprintf(stderr, "i: %5d  sb[i].blocknr: %5d\n", i, sb[i].blocknr);
 765         }
 766         for (j = 0; (j <= constr->nblocks); j++)
 767         {
 768             fprintf(stderr, "sblock[%3d]=%5d\n", j, (int)constr->sblock[j]);
 769         }
 770         gmx_fatal(FARGS, "DEATH HORROR: "
 771                   "sblocks does not match idef->il[F_CONSTR]");
 772     }
 773     sfree(sb);
 774     sfree(inv_sblock);
 775 }
 776
 777 static void make_shake_sblock_dd(struct gmx_constr *constr,
 778                                  t_ilist *ilcon, t_block *cgs,
 779                                  gmx_domdec_t *dd)
 780 {
 781     int      ncons, c, cg;
 782     t_iatom *iatom;
 783
 784     if (dd->ncg_home+1 > constr->sblock_nalloc)
 785     {
 786         constr->sblock_nalloc = over_alloc_dd(dd->ncg_home+1);
 787         srenew(constr->sblock, constr->sblock_nalloc);
 788     }
 789
 790     ncons           = ilcon->nr/3;
 791     iatom           = ilcon->iatoms;
 792     constr->nblocks = 0;
 793     cg              = 0;
 794     for (c = 0; c < ncons; c++)
 795     {
 796         if (c == 0 || iatom[1] >= cgs->index[cg+1])
 797         {
 798             constr->sblock[constr->nblocks++] = 3*c;
 799             while (iatom[1] >= cgs->index[cg+1])
 800             {
 801                 cg++;
 802             }
 803         }
 804         iatom += 3;
 805     }
 806     constr->sblock[constr->nblocks] = 3*ncons;
 807 }
 808
 809 t_blocka make_at2con(int start, int natoms,
 810                      t_ilist *ilist, t_iparams *iparams,
 811                      gmx_bool bDynamics, int *nflexiblecons)
 812 {
 813     int      *count, ncon, con, con_tot, nflexcon, ftype, i, a;
 814     t_iatom  *ia;
 815     t_blocka  at2con;
 816     gmx_bool  bFlexCon;
 817
 818     snew(count, natoms);
 819     nflexcon = 0;
 820     for (ftype = F_CONSTR; ftype <= F_CONSTRNC; ftype++)
 821     {
 822         ncon = ilist[ftype].nr/3;
 823         ia   = ilist[ftype].iatoms;
 824         for (con = 0; con < ncon; con++)
 825         {
 826             bFlexCon = (iparams[ia[0]].constr.dA == 0 &&
 827                         iparams[ia[0]].constr.dB == 0);
 828             if (bFlexCon)
 829             {
 830                 nflexcon++;
 831             }
 832             if (bDynamics || !bFlexCon)
 833             {
 834                 for (i = 1; i < 3; i++)
 835                 {
 836                     a = ia[i] - start;
 837                     count[a]++;
 838                 }
 839             }
 840             ia += 3;
 841         }
 842     }
 843     *nflexiblecons = nflexcon;
 844
 845     at2con.nr           = natoms;
 846     at2con.nalloc_index = at2con.nr+1;
 847     snew(at2con.index, at2con.nalloc_index);
 848     at2con.index[0] = 0;
 849     for (a = 0; a < natoms; a++)
 850     {
 851         at2con.index[a+1] = at2con.index[a] + count[a];
 852         count[a]          = 0;
 853     }
 854     at2con.nra      = at2con.index[natoms];
 855     at2con.nalloc_a = at2con.nra;
 856     snew(at2con.a, at2con.nalloc_a);
 857
 858     /* The F_CONSTRNC constraints have constraint numbers
 859      * that continue after the last F_CONSTR constraint.
 860      */
 861     con_tot = 0;
 862     for (ftype = F_CONSTR; ftype <= F_CONSTRNC; ftype++)
 863     {
 864         ncon = ilist[ftype].nr/3;
 865         ia   = ilist[ftype].iatoms;
 866         for (con = 0; con < ncon; con++)
 867         {
 868             bFlexCon = (iparams[ia[0]].constr.dA == 0 &&
 869                         iparams[ia[0]].constr.dB == 0);
 870             if (bDynamics || !bFlexCon)
 871             {
 872                 for (i = 1; i < 3; i++)
 873                 {
 874                     a = ia[i] - start;
 875                     at2con.a[at2con.index[a]+count[a]++] = con_tot;
 876                 }
 877             }
 878             con_tot++;
 879             ia += 3;
 880         }
 881     }
 882
 883     sfree(count);
 884
 885     return at2con;
 886 }
 887
 888 static int *make_at2settle(int natoms, const t_ilist *ilist)
 889 {
 890     int *at2s;
 891     int  a, stride, s;
 892
 893     snew(at2s, natoms);
 894     /* Set all to no settle */
 895     for (a = 0; a < natoms; a++)
 896     {
 897         at2s[a] = -1;
 898     }
 899
 900     stride = 1 + NRAL(F_SETTLE);
 901
 902     for (s = 0; s < ilist->nr; s += stride)
 903     {
 904         at2s[ilist->iatoms[s+1]] = s/stride;
 905         at2s[ilist->iatoms[s+2]] = s/stride;
 906         at2s[ilist->iatoms[s+3]] = s/stride;
 907     }
 908
 909     return at2s;
 910 }
 911
 912 void set_constraints(struct gmx_constr *constr,
 913                      gmx_localtop_t *top, t_inputrec *ir,
 914                      t_mdatoms *md, t_commrec *cr)
 915 {
 916     t_idef  *idef;
 917     int      ncons;
 918     t_ilist *settle;
 919     int      iO, iH;
 920
 921     idef = &top->idef;
 922
 923     if (constr->ncon_tot > 0)
 924     {
 925         /* We are using the local topology,
 926          * so there are only F_CONSTR constraints.
 927          */
 928         ncons = idef->il[F_CONSTR].nr/3;
 929
 930         /* With DD we might also need to call LINCS with ncons=0 for
 931          * communicating coordinates to other nodes that do have constraints.
 932          */
 933         if (ir->eConstrAlg == econtLINCS)
 934         {
 935             set_lincs(idef, md, EI_DYNAMICS(ir->eI), cr, constr->lincsd);
 936         }
 937         if (ir->eConstrAlg == econtSHAKE)
 938         {
 939             if (cr->dd)
 940             {
 941                 make_shake_sblock_dd(constr, &idef->il[F_CONSTR], &top->cgs, cr->dd);
 942             }
 943             else
 944             {
 945                 make_shake_sblock_serial(constr, idef, md);
 946             }
 947             if (ncons > constr->lagr_nalloc)
 948             {
 949                 constr->lagr_nalloc = over_alloc_dd(ncons);
 950                 srenew(constr->lagr, constr->lagr_nalloc);
 951             }
 952         }
 953     }
 954
 955     if (idef->il[F_SETTLE].nr > 0 && constr->settled == NULL)
 956     {
 957         settle          = &idef->il[F_SETTLE];
 958         iO              = settle->iatoms[1];
 959         iH              = settle->iatoms[2];
 960         constr->settled =
 961             settle_init(md->massT[iO], md->massT[iH],
 962                         md->invmass[iO], md->invmass[iH],
 963                         idef->iparams[settle->iatoms[0]].settle.doh,
 964                         idef->iparams[settle->iatoms[0]].settle.dhh);
 965     }
 966
 967     /* Make a selection of the local atoms for essential dynamics */
 968     if (constr->ed && cr->dd)
 969     {
 970         dd_make_local_ed_indices(cr->dd, constr->ed);
 971     }
 972 }
 973
 974 static void constr_recur(t_blocka *at2con,
 975                          t_ilist *ilist, t_iparams *iparams, gmx_bool bTopB,
 976                          int at, int depth, int nc, int *path,
 977                          real r0, real r1, real *r2max,
 978                          int *count)
 979 {
 980     int      ncon1;
 981     t_iatom *ia1, *ia2;
 982     int      c, con, a1;
 983     gmx_bool bUse;
 984     t_iatom *ia;
 985     real     len, rn0, rn1;
 986
 987     (*count)++;
 988
 989     ncon1 = ilist[F_CONSTR].nr/3;
 990     ia1   = ilist[F_CONSTR].iatoms;
 991     ia2   = ilist[F_CONSTRNC].iatoms;
 992
 993     /* Loop over all constraints connected to this atom */
 994     for (c = at2con->index[at]; c < at2con->index[at+1]; c++)
 995     {
 996         con = at2con->a[c];
 997         /* Do not walk over already used constraints */
 998         bUse = TRUE;
 999         for (a1 = 0; a1 < depth; a1++)
1000         {
1001             if (con == path[a1])
1002             {
1003                 bUse = FALSE;
1004             }
1005         }
1006         if (bUse)
1007         {
1008             ia = constr_iatomptr(ncon1, ia1, ia2, con);
1009             /* Flexible constraints currently have length 0, which is incorrect */
1010             if (!bTopB)
1011             {
1012                 len = iparams[ia[0]].constr.dA;
1013             }
1014             else
1015             {
1016                 len = iparams[ia[0]].constr.dB;
1017             }
1018             /* In the worst case the bond directions alternate */
1019             if (nc % 2 == 0)
1020             {
1021                 rn0 = r0 + len;
1022                 rn1 = r1;
1023             }
1024             else
1025             {
1026                 rn0 = r0;
1027                 rn1 = r1 + len;
1028             }
1029             /* Assume angles of 120 degrees between all bonds */
1030             if (rn0*rn0 + rn1*rn1 + rn0*rn1 > *r2max)
1031             {
1032                 *r2max = rn0*rn0 + rn1*rn1 + r0*rn1;
1033                 if (debug)
1034                 {
1035                     fprintf(debug, "Found longer constraint distance: r0 %5.3f r1 %5.3f rmax %5.3f\n", rn0, rn1, sqrt(*r2max));
1036                     for (a1 = 0; a1 < depth; a1++)
1037                     {
1038                         fprintf(debug, " %d %5.3f",
1039                                 path[a1],
1040                                 iparams[constr_iatomptr(ncon1, ia1, ia2, con)[0]].constr.dA);
1041                     }
1042                     fprintf(debug, " %d %5.3f\n", con, len);
1043                 }
1044             }
1045             /* Limit the number of recursions to 1000*nc,
1046              * so a call does not take more than a second,
1047              * even for highly connected systems.
1048              */
1049             if (depth + 1 < nc && *count < 1000*nc)
1050             {
1051                 if (ia[1] == at)
1052                 {
1053                     a1 = ia[2];
1054                 }
1055                 else
1056                 {
1057                     a1 = ia[1];
1058                 }
1059                 /* Recursion */
1060                 path[depth] = con;
1061                 constr_recur(at2con, ilist, iparams,
1062                              bTopB, a1, depth+1, nc, path, rn0, rn1, r2max, count);
1063                 path[depth] = -1;
1064             }
1065         }
1066     }
1067 }
1068
1069 static real constr_r_max_moltype(gmx_moltype_t *molt, t_iparams *iparams,
1070                                  t_inputrec *ir)
1071 {
1072     int      natoms, nflexcon, *path, at, count;
1073
1074     t_blocka at2con;
1075     real     r0, r1, r2maxA, r2maxB, rmax, lam0, lam1;
1076
1077     if (molt->ilist[F_CONSTR].nr   == 0 &&
1078         molt->ilist[F_CONSTRNC].nr == 0)
1079     {
1080         return 0;
1081     }
1082
1083     natoms = molt->atoms.nr;
1084
1085     at2con = make_at2con(0, natoms, molt->ilist, iparams,
1086                          EI_DYNAMICS(ir->eI), &nflexcon);
1087     snew(path, 1+ir->nProjOrder);
1088     for (at = 0; at < 1+ir->nProjOrder; at++)
1089     {
1090         path[at] = -1;
1091     }
1092
1093     r2maxA = 0;
1094     for (at = 0; at < natoms; at++)
1095     {
1096         r0 = 0;
1097         r1 = 0;
1098
1099         count = 0;
1100         constr_recur(&at2con, molt->ilist, iparams,
1101                      FALSE, at, 0, 1+ir->nProjOrder, path, r0, r1, &r2maxA, &count);
1102     }
1103     if (ir->efep == efepNO)
1104     {
1105         rmax = sqrt(r2maxA);
1106     }
1107     else
1108     {
1109         r2maxB = 0;
1110         for (at = 0; at < natoms; at++)
1111         {
1112             r0    = 0;
1113             r1    = 0;
1114             count = 0;
1115             constr_recur(&at2con, molt->ilist, iparams,
1116                          TRUE, at, 0, 1+ir->nProjOrder, path, r0, r1, &r2maxB, &count);
1117         }
1118         lam0 = ir->fepvals->init_lambda;
1119         if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
1120         {
1121             lam0 += ir->init_step*ir->fepvals->delta_lambda;
1122         }
1123         rmax = (1 - lam0)*sqrt(r2maxA) + lam0*sqrt(r2maxB);
1124         if (EI_DYNAMICS(ir->eI))
1125         {
1126             lam1 = ir->fepvals->init_lambda + (ir->init_step + ir->nsteps)*ir->fepvals->delta_lambda;
1127             rmax = std::max(rmax, (1 - lam1)*std::sqrt(r2maxA) + lam1*std::sqrt(r2maxB));
1128         }
1129     }
1130
1131     done_blocka(&at2con);
1132     sfree(path);
1133
1134     return rmax;
1135 }
1136
1137 real constr_r_max(FILE *fplog, gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir)
1138 {
1139     int  mt;
1140     real rmax;
1141
1142     rmax = 0;
1143     for (mt = 0; mt < mtop->nmoltype; mt++)
1144     {
1145         rmax = std::max(rmax,
1146                         constr_r_max_moltype(&mtop->moltype[mt],
1147                                              mtop->ffparams.iparams, ir));
1148     }
1149
1150     if (fplog)
1151     {
1152         fprintf(fplog, "Maximum distance for %d constraints, at 120 deg. angles, all-trans: %.3f nm\n", 1+ir->nProjOrder, rmax);
1153     }
1154
1155     return rmax;
1156 }
1157
1158 gmx_constr_t init_constraints(FILE *fplog,
1159                               gmx_mtop_t *mtop, t_inputrec *ir,
1160                               gmx_edsam_t ed, t_state *state,
1161                               t_commrec *cr)
1162 {
1163     int                  ncon, nset, nmol, settle_type, i, mt, nflexcon;
1164     struct gmx_constr   *constr;
1165     char                *env;
1166     t_ilist             *ilist;
1167     gmx_mtop_ilistloop_t iloop;
1168
1169     ncon =
1170         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTR) +
1171         gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_CONSTRNC);
1172     nset = gmx_mtop_ftype_count(mtop, F_SETTLE);
1173
1174     if (ncon+nset == 0 && ir->ePull != epullCONSTRAINT && ed == NULL)
1175     {
1176         return NULL;
1177     }
1178
1179     snew(constr, 1);
1180
1181     constr->ncon_tot = ncon;
1182     constr->nflexcon = 0;
1183     if (ncon > 0)
1184     {
1185         constr->n_at2con_mt = mtop->nmoltype;
1186         snew(constr->at2con_mt, constr->n_at2con_mt);
1187         for (mt = 0; mt < mtop->nmoltype; mt++)
1188         {
1189             constr->at2con_mt[mt] = make_at2con(0, mtop->moltype[mt].atoms.nr,
1190                                                 mtop->moltype[mt].ilist,
1191                                                 mtop->ffparams.iparams,
1192                                                 EI_DYNAMICS(ir->eI), &nflexcon);
1193             for (i = 0; i < mtop->nmolblock; i++)
1194             {
1195                 if (mtop->molblock[i].type == mt)
1196                 {
1197                     constr->nflexcon += mtop->molblock[i].nmol*nflexcon;
1198                 }
1199             }
1200         }
1201
1202         if (constr->nflexcon > 0)
1203         {
1204             if (fplog)
1205             {
1206                 fprintf(fplog, "There are %d flexible constraints\n",
1207                         constr->nflexcon);
1208                 if (ir->fc_stepsize == 0)
1209                 {
1210                     fprintf(fplog, "\n"
1211                             "WARNING: step size for flexible constraining = 0\n"
1212                             "         All flexible constraints will be rigid.\n"
1213                             "         Will try to keep all flexible constraints at their original length,\n"
1214                             "         but the lengths may exhibit some drift.\n\n");
1215                     constr->nflexcon = 0;
1216                 }
1217             }
1218             if (constr->nflexcon > 0)
1219             {
1220                 please_cite(fplog, "Hess2002");
1221             }
1222         }
1223
1224         if (ir->eConstrAlg == econtLINCS)
1225         {
1226             constr->lincsd = init_lincs(fplog, mtop,
1227                                         constr->nflexcon, constr->at2con_mt,
1228                                         DOMAINDECOMP(cr) && cr->dd->bInterCGcons,
1229                                         ir->nLincsIter, ir->nProjOrder);
1230         }
1231
1232         if (ir->eConstrAlg == econtSHAKE)
1233         {
1234             if (DOMAINDECOMP(cr) && cr->dd->bInterCGcons)
1235             {
1236                 gmx_fatal(FARGS, "SHAKE is not supported with domain decomposition and constraint that cross charge group boundaries, use LINCS");
1237             }
1238             if (constr->nflexcon)
1239             {
1240                 gmx_fatal(FARGS, "For this system also velocities and/or forces need to be constrained, this can not be done with SHAKE, you should select LINCS");
1241             }
1242             please_cite(fplog, "Ryckaert77a");
1243             if (ir->bShakeSOR)
1244             {
1245                 please_cite(fplog, "Barth95a");
1246             }
1247
1248             constr->shaked = shake_init();
1249         }
1250     }
1251
1252     if (nset > 0)
1253     {
1254         please_cite(fplog, "Miyamoto92a");
1255
1256         constr->bInterCGsettles = inter_charge_group_settles(mtop);
1257
1258         /* Check that we have only one settle type */
1259         settle_type = -1;
1260         iloop       = gmx_mtop_ilistloop_init(mtop);
1261         while (gmx_mtop_ilistloop_next(iloop, &ilist, &nmol))
1262         {
1263             for (i = 0; i < ilist[F_SETTLE].nr; i += 4)
1264             {
1265                 if (settle_type == -1)
1266                 {
1267                     settle_type = ilist[F_SETTLE].iatoms[i];
1268                 }
1269                 else if (ilist[F_SETTLE].iatoms[i] != settle_type)
1270                 {
1271                     gmx_fatal(FARGS,
1272                               "The [molecules] section of your topology specifies more than one block of\n"
1273                               "a [moleculetype] with a [settles] block. Only one such is allowed. If you\n"
1274                               "are trying to partition your solvent into different *groups* (e.g. for\n"
1275                               "freezing, T-coupling, etc.) then you are using the wrong approach. Index\n"
1276                               "files specify groups. Otherwise, you may wish to change the least-used\n"
1277                               "block of molecules with SETTLE constraints into 3 normal constraints.");
1278                 }
1279             }
1280         }
1281
1282         constr->n_at2settle_mt = mtop->nmoltype;
1283         snew(constr->at2settle_mt, constr->n_at2settle_mt);
1284         for (mt = 0; mt < mtop->nmoltype; mt++)
1285         {
1286             constr->at2settle_mt[mt] =
1287                 make_at2settle(mtop->moltype[mt].atoms.nr,
1288                                &mtop->moltype[mt].ilist[F_SETTLE]);
1289         }
1290     }
1291
1292     if ((ncon + nset) > 0 && ir->epc == epcMTTK)
1293     {
1294         gmx_fatal(FARGS, "Constraints are not implemented with MTTK pressure control.");
1295     }
1296
1297     constr->maxwarn = 999;
1298     env             = getenv("GMX_MAXCONSTRWARN");
1299     if (env)
1300     {
1301         constr->maxwarn = 0;
1302         sscanf(env, "%8d", &constr->maxwarn);
1303         if (fplog)
1304         {
1305             fprintf(fplog,
1306                     "Setting the maximum number of constraint warnings to %d\n",
1307                     constr->maxwarn);
1308         }
1309         if (MASTER(cr))
1310         {
1311             fprintf(stderr,
1312                     "Setting the maximum number of constraint warnings to %d\n",
1313                     constr->maxwarn);
1314         }
1315     }
1316     if (constr->maxwarn < 0 && fplog)
1317     {
1318         fprintf(fplog, "maxwarn < 0, will not stop on constraint errors\n");
1319     }
1320     constr->warncount_lincs  = 0;
1321     constr->warncount_settle = 0;
1322
1323     /* Initialize the essential dynamics sampling.
1324      * Put the pointer to the ED struct in constr */
1325     constr->ed = ed;
1326     if (ed != NULL || state->edsamstate.nED > 0)
1327     {
1328         init_edsam(mtop, ir, cr, ed, state->x, state->box, &state->edsamstate);
1329     }
1330
1331     constr->warn_mtop = mtop;
1332
1333     return constr;
1334 }
1335
1336 const t_blocka *atom2constraints_moltype(gmx_constr_t constr)
1337 {
1338     return constr->at2con_mt;
1339 }
1340
1341 const int **atom2settle_moltype(gmx_constr_t constr)
1342 {
1343     return (const int **)constr->at2settle_mt;
1344 }
1345
1346
1347 gmx_bool inter_charge_group_constraints(const gmx_mtop_t *mtop)
1348 {
1349     const gmx_moltype_t *molt;
1350     const t_block       *cgs;
1351     const t_ilist       *il;
1352     int                  mb;
1353     int                 *at2cg, cg, a, ftype, i;
1354     gmx_bool             bInterCG;
1355
1356     bInterCG = FALSE;
1357     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock && !bInterCG; mb++)
1358     {
1359         molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
1360
1361         if (molt->ilist[F_CONSTR].nr   > 0 ||
1362             molt->ilist[F_CONSTRNC].nr > 0 ||
1363             molt->ilist[F_SETTLE].nr > 0)
1364         {
1365             cgs  = &molt->cgs;
1366             snew(at2cg, molt->atoms.nr);
1367             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
1368             {
1369                 for (a = cgs->index[cg]; a < cgs->index[cg+1]; a++)
1370                 {
1371                     at2cg[a] = cg;
1372                 }
1373             }
1374
1375             for (ftype = F_CONSTR; ftype <= F_CONSTRNC; ftype++)
1376             {
1377                 il = &molt->ilist[ftype];
1378                 for (i = 0; i < il->nr && !bInterCG; i += 1+NRAL(ftype))
1379                 {
1380                     if (at2cg[il->iatoms[i+1]] != at2cg[il->iatoms[i+2]])
1381                     {
1382                         bInterCG = TRUE;
1383                     }
1384                 }
1385             }
1386
1387             sfree(at2cg);
1388         }
1389     }
1390
1391     return bInterCG;
1392 }
1393
1394 gmx_bool inter_charge_group_settles(const gmx_mtop_t *mtop)
1395 {
1396     const gmx_moltype_t *molt;
1397     const t_block       *cgs;
1398     const t_ilist       *il;
1399     int                  mb;
1400     int                 *at2cg, cg, a, ftype, i;
1401     gmx_bool             bInterCG;
1402
1403     bInterCG = FALSE;
1404     for (mb = 0; mb < mtop->nmolblock && !bInterCG; mb++)
1405     {
1406         molt = &mtop->moltype[mtop->molblock[mb].type];
1407
1408         if (molt->ilist[F_SETTLE].nr > 0)
1409         {
1410             cgs  = &molt->cgs;
1411             snew(at2cg, molt->atoms.nr);
1412             for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
1413             {
1414                 for (a = cgs->index[cg]; a < cgs->index[cg+1]; a++)
1415                 {
1416                     at2cg[a] = cg;
1417                 }
1418             }
1419
1420             for (ftype = F_SETTLE; ftype <= F_SETTLE; ftype++)
1421             {
1422                 il = &molt->ilist[ftype];
1423                 for (i = 0; i < il->nr && !bInterCG; i += 1+NRAL(F_SETTLE))
1424                 {
1425                     if (at2cg[il->iatoms[i+1]] != at2cg[il->iatoms[i+2]] ||
1426                         at2cg[il->iatoms[i+1]] != at2cg[il->iatoms[i+3]])
1427                     {
1428                         bInterCG = TRUE;
1429                     }
1430                 }
1431             }
1432
1433             sfree(at2cg);
1434         }
1435     }
1436
1437     return bInterCG;
1438 }
1439
1440 /* helper functions for andersen temperature control, because the
1441  * gmx_constr construct is only defined in constr.c. Return the list
1442  * of blocks (get_sblock) and the number of blocks (get_nblocks).  */
1443
1444 extern int *get_sblock(struct gmx_constr *constr)
1445 {
1446     return constr->sblock;
1447 }
1448
1449 extern int get_nblocks(struct gmx_constr *constr)
1450 {
1451     return constr->nblocks;
1452 }