src/gromacs/mdlib/mdatom.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include "typedefs.h"
  40 #include "mdatoms.h"
  41 #include "smalloc.h"
  42 #include "main.h"
  43 #include "qmmm.h"
  44 #include "mtop_util.h"
  45
  46 #define ALMOST_ZERO 1e-30
  47
  48 t_mdatoms *init_mdatoms(FILE *fp,gmx_mtop_t *mtop,gmx_bool bFreeEnergy)
  49 {
  50   int    mb,a,g,nmol;
  51   double tmA,tmB;
  52   t_atom *atom;
  53   t_mdatoms *md;
  54   gmx_mtop_atomloop_all_t aloop;
  55   t_ilist *ilist;
  56
  57   snew(md,1);
  58
  59   md->nenergrp = mtop->groups.grps[egcENER].nr;
  60   md->bVCMgrps = FALSE;
  61   tmA = 0.0;
  62   tmB = 0.0;
  63
  64   aloop = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
  65   while(gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop,&a,&atom)) {
  66     if (ggrpnr(&mtop->groups,egcVCM,a) > 0)
  67       md->bVCMgrps = TRUE;
  68
  69     if (bFreeEnergy && PERTURBED(*atom)) {
  70       md->nPerturbed++;
  71       if (atom->mB != atom->m)
  72         md->nMassPerturbed++;
  73       if (atom->qB != atom->q)
  74         md->nChargePerturbed++;
  75     }
  76
  77     tmA += atom->m;
  78     tmB += atom->mB;
  79   }
  80
  81   md->tmassA = tmA;
  82   md->tmassB = tmB;
  83
  84   if (bFreeEnergy && fp)
  85     fprintf(fp,
  86             "There are %d atoms and %d charges for free energy perturbation\n",
  87             md->nPerturbed,md->nChargePerturbed);
  88
  89   md->bOrires = gmx_mtop_ftype_count(mtop,F_ORIRES);
  90
  91   return md;
  92 }
  93
  94 void atoms2md(gmx_mtop_t *mtop,t_inputrec *ir,
  95               int nindex,int *index,
  96               int start,int homenr,
  97               t_mdatoms *md)
  98 {
  99   t_atoms   *atoms_mol;
 100   int       i,g,ag,as,ae,molb;
 101   real      mA,mB,fac;
 102   t_atom    *atom;
 103   t_grpopts *opts;
 104   gmx_groups_t *groups;
 105   gmx_molblock_t *molblock;
 106
 107   opts = &ir->opts;
 108
 109   groups = &mtop->groups;
 110
 111   molblock = mtop->molblock;
 112
 113   /* Index==NULL indicates particle decomposition,
 114    * unless we have an empty DD node, so also check for homenr and start.
 115    * This should be signaled properly with an extra parameter or nindex==-1.
 116    */
 117   if (index == NULL && (homenr > 0 || start > 0)) {
 118     md->nr = mtop->natoms;
 119   } else {
 120     md->nr = nindex;
 121   }
 122
 123   if (md->nr > md->nalloc) {
 124     md->nalloc = over_alloc_dd(md->nr);
 125
 126     if (md->nMassPerturbed) {
 127       srenew(md->massA,md->nalloc);
 128       srenew(md->massB,md->nalloc);
 129     }
 130     srenew(md->massT,md->nalloc);
 131     srenew(md->invmass,md->nalloc);
 132     srenew(md->chargeA,md->nalloc);
 133     if (md->nPerturbed) {
 134       srenew(md->chargeB,md->nalloc);
 135     }
 136     srenew(md->typeA,md->nalloc);
 137     if (md->nPerturbed) {
 138       srenew(md->typeB,md->nalloc);
 139     }
 140     srenew(md->ptype,md->nalloc);
 141     if (opts->ngtc > 1) {
 142       srenew(md->cTC,md->nalloc);
 143       /* We always copy cTC with domain decomposition */
 144     }
 145     srenew(md->cENER,md->nalloc);
 146     if (opts->ngacc > 1)
 147       srenew(md->cACC,md->nalloc);
 148     if (opts->nFreeze &&
 149         (opts->ngfrz > 1 ||
 150          opts->nFreeze[0][XX] || opts->nFreeze[0][YY] || opts->nFreeze[0][ZZ]))
 151       srenew(md->cFREEZE,md->nalloc);
 152     if (md->bVCMgrps)
 153       srenew(md->cVCM,md->nalloc);
 154     if (md->bOrires)
 155       srenew(md->cORF,md->nalloc);
 156     if (md->nPerturbed)
 157       srenew(md->bPerturbed,md->nalloc);
 158
 159     /* Note that these user t_mdatoms array pointers are NULL
 160      * when there is only one group present.
 161      * Therefore, when adding code, the user should use something like:
 162      * gprnrU1 = (md->cU1==NULL ? 0 : md->cU1[localatindex])
 163      */
 164     if (mtop->groups.grpnr[egcUser1] != NULL)
 165       srenew(md->cU1,md->nalloc);
 166     if (mtop->groups.grpnr[egcUser2] != NULL)
 167       srenew(md->cU2,md->nalloc);
 168
 169     if (ir->bQMMM)
 170       srenew(md->bQM,md->nalloc);
 171     if (ir->bAdress)
 172       srenew(md->wf,md->nalloc);
 173       srenew(md->tf_table_index,md->nalloc);
 174
 175       md->purecg = FALSE;
 176       md->pureex = FALSE;
 177   }
 178
 179   for(i=0; (i<md->nr); i++) {
 180     if (index == NULL) {
 181       ag = i;
 182       gmx_mtop_atomnr_to_atom(mtop,ag,&atom);
 183     } else {
 184       ag   = index[i];
 185       molb = -1;
 186       ae   = 0;
 187       do {
 188         molb++;
 189         as = ae;
 190         ae = as + molblock[molb].nmol*molblock[molb].natoms_mol;
 191       } while (ag >= ae);
 192       atoms_mol = &mtop->moltype[molblock[molb].type].atoms;
 193       atom = &atoms_mol->atom[(ag - as) % atoms_mol->nr];
 194     }
 195
 196     if (md->cFREEZE) {
 197       md->cFREEZE[i] = ggrpnr(groups,egcFREEZE,ag);
 198     }
 199     if (EI_ENERGY_MINIMIZATION(ir->eI)) {
 200       mA = 1.0;
 201       mB = 1.0;
 202     } else if (ir->eI == eiBD) {
 203       /* Make the mass proportional to the friction coefficient for BD.
 204        * This is necessary for the constraint algorithms.
 205        */
 206       if (ir->bd_fric) {
 207         mA = ir->bd_fric*ir->delta_t;
 208         mB = ir->bd_fric*ir->delta_t;
 209       } else {
 210         fac = ir->delta_t/opts->tau_t[md->cTC ? groups->grpnr[egcTC][ag] : 0];
 211         mA = atom->m*fac;
 212         mB = atom->mB*fac;
 213       }
 214     } else {
 215       mA = atom->m;
 216       mB = atom->mB;
 217     }
 218     if (md->nMassPerturbed) {
 219       md->massA[i]      = mA;
 220       md->massB[i]      = mB;
 221     }
 222     md->massT[i]        = mA;
 223     if (mA == 0.0) {
 224       md->invmass[i]    = 0;
 225     } else if (md->cFREEZE) {
 226       g = md->cFREEZE[i];
 227       if (opts->nFreeze[g][XX] && opts->nFreeze[g][YY] && opts->nFreeze[g][ZZ])
 228         /* Set the mass of completely frozen particles to ALMOST_ZERO iso 0
 229          * to avoid div by zero in lincs or shake.
 230          * Note that constraints can still move a partially frozen particle.
 231          */
 232         md->invmass[i]  = ALMOST_ZERO;
 233       else
 234         md->invmass[i]  = 1.0/mA;
 235     } else {
 236       md->invmass[i]    = 1.0/mA;
 237     }
 238     md->chargeA[i]      = atom->q;
 239     md->typeA[i]        = atom->type;
 240     if (md->nPerturbed) {
 241       md->chargeB[i]    = atom->qB;
 242       md->typeB[i]      = atom->typeB;
 243       md->bPerturbed[i] = PERTURBED(*atom);
 244     }
 245     md->ptype[i]        = atom->ptype;
 246     if (md->cTC)
 247       md->cTC[i]        = groups->grpnr[egcTC][ag];
 248     md->cENER[i]        =
 249       (groups->grpnr[egcENER] ? groups->grpnr[egcENER][ag] : 0);
 250     if (md->cACC)
 251       md->cACC[i]       = groups->grpnr[egcACC][ag];
 252     if (md->cVCM)
 253       md->cVCM[i]       = groups->grpnr[egcVCM][ag];
 254     if (md->cORF)
 255       md->cORF[i]       = groups->grpnr[egcORFIT][ag];
 256
 257     if (md->cU1)
 258       md->cU1[i]        = groups->grpnr[egcUser1][ag];
 259     if (md->cU2)
 260       md->cU2[i]        = groups->grpnr[egcUser2][ag];
 261
 262     if (ir->bQMMM) {
 263       if (groups->grpnr[egcQMMM] == 0 ||
 264           groups->grpnr[egcQMMM][ag] < groups->grps[egcQMMM].nr-1) {
 265         md->bQM[i]      = TRUE;
 266       } else {
 267         md->bQM[i]      = FALSE;
 268       }
 269     }
 270     /* Initialize AdResS weighting functions to adressw */
 271     if (ir->bAdress){
 272        md->wf[i]           = 1.0;
 273         /* if no tf table groups specified, use default table */
 274        md->tf_table_index[i] = DEFAULT_TF_TABLE;
 275        if (ir->adress->n_tf_grps > 0){
 276             /* if tf table groups specified, tf is only applied to thoose energy groups*/
 277             md->tf_table_index[i] = NO_TF_TABLE;
 278             /* check wether atom is in one of the relevant energy groups and assign a table index */
 279             for (g=0; g<ir->adress->n_tf_grps; g++){
 280                 if (md->cENER[i] == ir->adress->tf_table_index[g]){
 281                    md->tf_table_index[i] = g;
 282                 }
 283             }
 284         }
 285     }
 286   }
 287
 288   md->start  = start;
 289   md->homenr = homenr;
 290   md->lambda = 0;
 291 }
 292
 293 void update_mdatoms(t_mdatoms *md,real lambda)
 294 {
 295   int    al,end;
 296   real   L1=1.0-lambda;
 297
 298   end=md->nr;
 299
 300   if (md->nMassPerturbed) {
 301     for(al=0; (al<end); al++) {
 302       if (md->bPerturbed[al]) {
 303         md->massT[al] = L1*md->massA[al]+ lambda*md->massB[al];
 304         if (md->invmass[al] > 1.1*ALMOST_ZERO)
 305           md->invmass[al] = 1.0/md->massT[al];
 306       }
 307     }
 308     md->tmass = L1*md->tmassA + lambda*md->tmassB;
 309   } else {
 310     md->tmass = md->tmassA;
 311   }
 312   md->lambda = lambda;
 313 }