src/gromacs/mdlib/mdebin_bar.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) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, 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
  38 #ifndef _mdebin_bar_h
  39 #define _mdebin_bar_h
  40
  41 #include "gromacs/mdlib/mdebin.h"
  42
  43 /* The functions & data structures here describe writing
  44    energy differences (or their histogram )for use with g_bar */
  45
  46 class delta_h_history_t;
  47
  48 /* Data for one foreign lambda, or derivative. */
  49 typedef struct
  50 {
  51     real        *dh;                    /* the raw energy data. */
  52     float       *dhf;                   /* raw difference data -- in floats, for storage. */
  53     unsigned int ndh;                   /* number of data points */
  54     unsigned int ndhmax;                /* the maximum number of points */
  55
  56     int          nhist;                 /* the number of histograms. There can either be
  57                                            0 (for no histograms)
  58                                            1 (for 'foreign lambda' histograms)
  59                                            2 (for derivative histograms: there's
  60                                               a 'forward' and 'backward' histogram
  61                                               containing the minimum and maximum
  62                                               values, respectively). */
  63     int            *bin[2];             /* the histogram(s) */
  64     double          dx;                 /* the histogram spacing in kJ/mol. This is the
  65                                            same for the two histograms? */
  66     unsigned int    nbins;              /* the number of bins in the histograms*/
  67     gmx_int64_t     x0[2];              /* the starting point in units of spacing
  68                                                of the histogram */
  69     unsigned int    maxbin[2];          /* highest bin number with data */
  70
  71     int             type;               /* the block type according to dhbtDH, etc. */
  72     int             derivative;         /* The derivative direction (as an index in the lambda
  73                                            vector) if this delta_h contains derivatives */
  74     double         *lambda;             /* lambda vector (or NULL if not applicable) */
  75     int             nlambda;            /* length of the lambda vector */
  76     gmx_bool        written;            /* whether this data has already been written out */
  77
  78     gmx_int64_t     subblock_meta_l[5]; /* metadata for an mdebin subblock for
  79                                                I/O: for histogram counts, etc.*/
  80     double         *subblock_meta_d;    /* metadata subblock for I/O, used for
  81                                            communicating doubles (i.e. the lambda
  82                                            vector) */
  83     int subblock_meta_i[4];             /* metadata subblock for I/O, used for
  84                                            communicating ints (i.e. derivative indices,
  85                                            etc.) */
  86 } t_mde_delta_h;
  87
  88 /* the type definition is in mdebin_bar.h */
  89 struct t_mde_delta_h_coll
  90 {
  91     t_mde_delta_h *dh;                 /* the delta h data */
  92     int            ndh;                /* the number of delta_h structures */
  93
  94     int            nlambda;            /* number of bar dU delta_h structures */
  95     t_mde_delta_h *dh_du;              /* the delta h data (pointer into dh) */
  96
  97     int            ndhdl;              /* number of bar dU delta_h structures */
  98     t_mde_delta_h *dh_dhdl;            /* the dhdl data (pointer into dh) */
  99
 100     t_mde_delta_h *dh_energy;          /* energy output block (pointer into dh) */
 101     t_mde_delta_h *dh_pv;              /* pV output block (pointer into dh) */
 102     t_mde_delta_h *dh_expanded;        /* expanded ensemble output block (pointer
 103                                           into dh) */
 104
 105     double   start_time;               /* start time of the current dh collection */
 106     double   delta_time;               /* time difference between samples */
 107     gmx_bool start_time_set;           /* whether the start time has been set */
 108     double   start_lambda;             /* starting lambda for continuous motion of state*/
 109     double   delta_lambda;             /* delta lambda, for continuous motion of state */
 110     double   temperature;              /* the temperature of the samples*/
 111
 112     double  *native_lambda_vec;        /* The lambda vector describing the current
 113                                           lambda state if it is set (NULL otherwise) */
 114     int      n_lambda_vec;             /* the size of the native lambda vector */
 115     int     *native_lambda_components; /* the native lambda (and by extension,
 116                                           foreign lambda) components in terms
 117                                           of efptFEP, efptMASS, etc. */
 118     int     lambda_index;              /* the lambda_fep_state */
 119
 120     double *subblock_d;                /* for writing a metadata mdebin subblock for I/O */
 121     int    *subblock_i;                /* for writing a metadata mdebin subblock for I/O */
 122
 123     double *lambda_vec_subblock;       /* native lambda vector data subblock for
 124                                           I/O */
 125     int    *lambda_index_subblock;     /* lambda vector index data subblock for I/O */
 126 };
 127
 128
 129
 130 /* initialize a collection of delta h histograms/sets
 131     dhc = the collection
 132     ir = the input record */
 133
 134 void mde_delta_h_coll_init(t_mde_delta_h_coll *dhc,
 135                            const t_inputrec   *ir);
 136
 137 //! Destructor
 138 void done_mde_delta_h_coll(t_mde_delta_h_coll *dhc);
 139
 140 /* add a bunch of samples to the delta_h collection
 141     dhc = the collection
 142     dhdl = the hamiltonian derivatives
 143     U = the array with energies: from enerd->enerpart_lambda.
 144     time = the current simulation time.
 145     current_lambda = current lambda values : primarily useful for continuous processes
 146     fep_state = current fep_state
 147  */
 148
 149 /* add a bunch of samples - note fep_state is double to allow for better data storage */
 150 void mde_delta_h_coll_add_dh(t_mde_delta_h_coll *dhc,
 151                              double              fep_state,
 152                              double              energy,
 153                              double              pV,
 154                              double             *dhdl,
 155                              double             *foreign_dU,
 156                              double              time);
 157
 158 /* write the data associated with the du blocks collection as a collection
 159     of mdebin blocks.
 160     dhc = the collection
 161     fr = the enxio frame
 162     nblock = the current number of blocks */
 163 void mde_delta_h_coll_handle_block(t_mde_delta_h_coll *dhc,
 164                                    t_enxframe *fr, int nblock);
 165
 166
 167 /* reset the collection of delta_h buffers for a new round of
 168    data gathering */
 169 void mde_delta_h_coll_reset(t_mde_delta_h_coll *dhc);
 170
 171
 172 /* set the energyhistory variables to save state */
 173 void mde_delta_h_coll_update_energyhistory(const t_mde_delta_h_coll *dhc,
 174                                            energyhistory_t          *enerhist);
 175
 176 /* restore the variables from an energyhistory */
 177 void mde_delta_h_coll_restore_energyhistory(t_mde_delta_h_coll      *dhc,
 178                                             const delta_h_history_t *deltaH);
 179
 180 #endif  /* _mdebin_bar_h */