src/gromacs/mdlib/groupcoord.h

   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) 2001-2008, 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 /*! \libinternal \file groupcoord.h
  38  * \brief
  39  * Assemble atom positions for comparison with a reference set.
  40  *
  41  * This file contains functions to assemble the positions of a subset of the
  42  * atoms and to do operations on it like determining the center of mass, or
  43  * doing translations and rotations. These functions are useful when
  44  * a subset of the positions needs to be compared to some set of reference
  45  * positions, as e.g. done for essential dynamics.
  46  *
  47  * \inlibraryapi
  48  */
  49
  50 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  51 #include <config.h>
  52 #endif
  53
  54 #include <stdio.h>
  55 #include "typedefs.h"
  56 #include "types/commrec.h"
  57
  58
  59 /*! \brief Select local atoms of a group.
  60  *
  61  * Selects the indices of local atoms of a group and stores them in anrs_loc[0..nr_loc].
  62  * If you need the positions of the group's atoms on all nodes, provide a coll_ind[0..nr]
  63  * array and pass it on to communicate_group_positions. Thus the collective array
  64  * will always have the same atom order (ascending indices).
  65  *
  66  *  \param[in]     ga2la      Global to local atom index conversion data.
  67  *  \param[in]     nr         The total number of atoms that the group contains.
  68  *  \param[in]     anrs       The global atom number of the group's atoms.
  69  *  \param[out]    nr_loc     The number of group atoms present on the local node.
  70  *  \param[out]    anrs_loc   The local atom numbers of the group.
  71  *  \param[in,out] nalloc_loc Local allocation size of anrs_loc array.
  72  *  \param[out]    coll_ind   If not NULL this array must be of size nr. It stores
  73  *                            for each local atom where it belongs in the global
  74  *                            (collective) array such that it can be gmx_summed
  75  *                            in the communicate_group_positions routine.
  76  */
  77 extern void dd_make_local_group_indices(gmx_ga2la_t ga2la,
  78                                         const int nr, int anrs[], int *nr_loc,
  79                                         int *anrs_loc[], int *nalloc_loc,
  80                                         int coll_ind[]);
  81
  82
  83 /*! \brief Assemble local positions into a collective array present on all nodes.
  84  *
  85  * Communicate the positions of the group's atoms such that every node has all of
  86  * them. Unless running on huge number of cores, this is not a big performance impact
  87  * as long as the collective subset [0..nr] is kept small. The atom indices are
  88  * retrieved from anrs_loc[0..nr_loc]. If you call the routine for the serial case,
  89  * provide an array coll_ind[i] = i for i in 1..nr.
  90  *
  91  * \param[in]     cr           Pointer to MPI communication data.
  92  * \param[out]    xcoll        Collective array of positions, idential on all nodes
  93  *                             after this routine has been called.
  94  * \param[in,out] shifts       Collective array of shifts for xcoll, needed to make
  95  *                             the group whole. This array remembers the shifts
  96  *                             since the start of the simulation (where the group
  97  *                             is whole) and must therefore not be changed outside
  98  *                             of this routine!
  99  * \param[out]    extra_shifts Extra shifts since last time step, only needed as
 100  *                             buffer variable [0..nr].
 101  * \param[in]     bNS          Neighborsearching/domain redecomposition has been
 102  *                             performed at the begin of this time step such that
 103  *                             the shifts have changed and need to be updated.
 104  * \param[in]     x_loc        Pointer to the local atom positions this node has.
 105  * \param[in]     nr           Total number of atoms in the group.
 106  * \param[in]     nr_loc       Number of group atoms on the local node.
 107  * \param[in]     anrs_loc     Array of the local atom indices.
 108  * \param[in]     coll_ind     This array of size nr stores for each local atom where
 109  *                             it belongs in the collective array so that the local
 110  *                             contributions can be gmx_summed. It is provided by
 111  *                             dd_make_local_group_indices.
 112  * \param[in,out] xcoll_old    Positions from the last time step, used to make the
 113  *                             group whole.
 114  * \param[in]     box          Simulation box matrix, needed to shift xcoll such that
 115  *                             the group becomes whole.
 116  */
 117 extern void communicate_group_positions(t_commrec *cr, rvec *xcoll, ivec *shifts,
 118                                         ivec *extra_shifts, const gmx_bool bNS,
 119                                         rvec *x_loc, const int nr, const int nr_loc,
 120                                         int *anrs_loc, int *coll_ind, rvec *xcoll_old,
 121                                         matrix box);
 122
 123
 124 /*! \brief Calculates the center of the positions x locally.
 125  *
 126  * Calculates the center of mass (if masses are given in the weight array) or
 127  * the geometrical center (if NULL is passed as weight).
 128  *
 129  * \param[in]   x            Positions.
 130  * \param[in]   weight       Can be NULL or an array of weights. If masses are
 131  *                           given as weights, the COM is calculated.
 132  * \param[in]   nr           Number of positions and weights if present.
 133  * \param[out]  center       The (weighted) center of the positions.
 134  *
 135  */
 136 extern void get_center(rvec x[], real weight[], const int nr, rvec center);
 137
 138
 139 /*! \brief Calculates the sum of the positions x locally.
 140  *
 141  * Calculates the (weighted) sum of position vectors and returns the sum of
 142  * weights, which is needed when local contributions shall be summed to a
 143  * global weighted center.
 144  *
 145  * \param[in]   x            Array of positions.
 146  * \param[in]   weight       Can be NULL or an array of weights.
 147  * \param[in]   nr           Number of positions and weights if present.
 148  * \param[out]  dsumvec      The (weighted) sum of the positions.
 149  * \return Sum of weights.
 150  *
 151  */
 152 extern double get_sum_of_positions(rvec x[], real weight[], const int nr, dvec dsumvec);
 153
 154
 155 /*! \brief Calculates the global center of all local arrays x.
 156  *
 157  * Get the center from local positions [0..nr_loc], this involves communication.
 158  * Not that the positions must already have the correct PBC representation. Use
 159  * this routine if no collective coordinates are assembled from which the center
 160  * could be calculated without communication.
 161  *
 162  * \param[in]   cr           Pointer to MPI communication data.
 163  * \param[in]   x_loc        Array of local positions [0..nr_loc].
 164  * \param[in]   weight_loc   Array of local weights, these are the masses if the
 165  *                           center of mass is to be calculated.
 166  * \param[in]   nr_loc       The number of positions on the local node.
 167  * \param[in]   nr_group     The number of positions in the whole group. Since
 168  *                           this is known anyway, we do not need to communicate
 169  *                           and sum nr_loc if we pass it over.
 170  * \param[out]  center       The (weighted) center of all x_loc from all the
 171  *                           nodes.
 172  */
 173 extern void get_center_comm(t_commrec *cr, rvec x_loc[], real weight_loc[],
 174                             int nr_loc, int nr_group, rvec center);
 175
 176
 177 /*! \brief Translate positions.
 178  *
 179  * Add a translation vector to the positions x.
 180  *
 181  * \param[in,out] x          Array of positions.
 182  * \param[in]     nr         Number of entries in the position array.
 183  * \param[in]     transvec   Translation vector to be added to all positions.
 184  *
 185  */
 186 extern void translate_x(rvec x[], const int nr, const rvec transvec);
 187
 188
 189 /*! \brief Rotate positions.
 190  *
 191  * Rotate the positions with the rotation matrix.
 192  *
 193  * \param[in,out] x          Array of positions.
 194  * \param[in]     nr         Number of entries in the position array.
 195  * \param[in]     rmat       Rotation matrix to operate on all positions.
 196  *
 197  */
 198 extern void rotate_x(rvec x[], const int nr, matrix rmat);