src/gromacs/mdlib/shellfc.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) 2001-2008, 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 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "shellfc.h"
  40
  41 #include <stdlib.h>
  42 #include <string.h>
  43
  44 #include <cmath>
  45 #include <cstdint>
  46
  47 #include <algorithm>
  48 #include <array>
  49
  50 #include "gromacs/domdec/dlbtiming.h"
  51 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  52 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  53 #include "gromacs/gmxlib/chargegroup.h"
  54 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  55 #include "gromacs/math/functions.h"
  56 #include "gromacs/math/units.h"
  57 #include "gromacs/math/vec.h"
  58 #include "gromacs/math/vecdump.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  61 #include "gromacs/mdlib/force_flags.h"
  62 #include "gromacs/mdlib/mdrun.h"
  63 #include "gromacs/mdlib/sim_util.h"
  64 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  65 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
  67 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  70 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  71 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  72 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  73 #include "gromacs/topology/mtop_lookup.h"
  74 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  75 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  76 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  77 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  78 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  79 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  80
  81 typedef struct {
  82     int     nnucl;
  83     int     shell;               /* The shell id                                */
  84     int     nucl1, nucl2, nucl3; /* The nuclei connected to the shell   */
  85     /* gmx_bool    bInterCG; */       /* Coupled to nuclei outside cg?        */
  86     real    k;                   /* force constant                      */
  87     real    k_1;                 /* 1 over force constant               */
  88     rvec    xold;
  89     rvec    fold;
  90     rvec    step;
  91 } t_shell;
  92
  93 struct gmx_shellfc_t {
  94     /* Shell counts, indices, parameters and working data */
  95     int          nshell_gl;              /* The number of shells in the system        */
  96     t_shell     *shell_gl;               /* All the shells (for DD only)              */
  97     int         *shell_index_gl;         /* Global shell index (for DD only)          */
  98     gmx_bool     bInterCG;               /* Are there inter charge-group shells?      */
  99     int          nshell;                 /* The number of local shells                */
 100     t_shell     *shell;                  /* The local shells                          */
 101     int          shell_nalloc;           /* The allocation size of shell              */
 102     gmx_bool     bPredict;               /* Predict shell positions                   */
 103     gmx_bool     bRequireInit;           /* Require initialization of shell positions */
 104     int          nflexcon;               /* The number of flexible constraints        */
 105
 106     /* Temporary arrays, should be fixed size 2 when fully converted to C++ */
 107     PaddedRVecVector *x;                 /* Array for iterative minimization          */
 108     PaddedRVecVector *f;                 /* Array for iterative minimization          */
 109
 110     /* Flexible constraint working data */
 111     rvec        *acc_dir;                /* Acceleration direction for flexcon        */
 112     rvec        *x_old;                  /* Old coordinates for flexcon               */
 113     int          flex_nalloc;            /* The allocation size of acc_dir and x_old  */
 114     rvec        *adir_xnold;             /* Work space for init_adir                  */
 115     rvec        *adir_xnew;              /* Work space for init_adir                  */
 116     int          adir_nalloc;            /* Work space for init_adir                  */
 117     std::int64_t numForceEvaluations;    /* Total number of force evaluations         */
 118     int          numConvergedIterations; /* Total number of iterations that converged */
 119 };
 120
 121
 122 static void pr_shell(FILE *fplog, int ns, t_shell s[])
 123 {
 124     int i;
 125
 126     fprintf(fplog, "SHELL DATA\n");
 127     fprintf(fplog, "%5s  %8s  %5s  %5s  %5s\n",
 128             "Shell", "Force k", "Nucl1", "Nucl2", "Nucl3");
 129     for (i = 0; (i < ns); i++)
 130     {
 131         fprintf(fplog, "%5d  %8.3f  %5d", s[i].shell, 1.0/s[i].k_1, s[i].nucl1);
 132         if (s[i].nnucl == 2)
 133         {
 134             fprintf(fplog, "  %5d\n", s[i].nucl2);
 135         }
 136         else if (s[i].nnucl == 3)
 137         {
 138             fprintf(fplog, "  %5d  %5d\n", s[i].nucl2, s[i].nucl3);
 139         }
 140         else
 141         {
 142             fprintf(fplog, "\n");
 143         }
 144     }
 145 }
 146
 147 /* TODO The remain call of this function passes non-NULL mass and NULL
 148  * mtop, so this routine can be simplified.
 149  *
 150  * The other code path supported doing prediction before the MD loop
 151  * started, but even when called, the prediction was always
 152  * over-written by a subsequent call in the MD loop, so has been
 153  * removed. */
 154 static void predict_shells(FILE *fplog, rvec x[], rvec v[], real dt,
 155                            int ns, t_shell s[],
 156                            const real mass[], gmx_mtop_t *mtop, gmx_bool bInit)
 157 {
 158     int                   i, m, s1, n1, n2, n3;
 159     real                  dt_1, fudge, tm, m1, m2, m3;
 160     rvec                 *ptr;
 161
 162     /* We introduce a fudge factor for performance reasons: with this choice
 163      * the initial force on the shells is about a factor of two lower than
 164      * without
 165      */
 166     fudge = 1.0;
 167
 168     if (bInit)
 169     {
 170         if (fplog)
 171         {
 172             fprintf(fplog, "RELAX: Using prediction for initial shell placement\n");
 173         }
 174         ptr  = x;
 175         dt_1 = 1;
 176     }
 177     else
 178     {
 179         ptr  = v;
 180         dt_1 = fudge*dt;
 181     }
 182
 183     int molb = 0;
 184     for (i = 0; (i < ns); i++)
 185     {
 186         s1 = s[i].shell;
 187         if (bInit)
 188         {
 189             clear_rvec(x[s1]);
 190         }
 191         switch (s[i].nnucl)
 192         {
 193             case 1:
 194                 n1 = s[i].nucl1;
 195                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 196                 {
 197                     x[s1][m] += ptr[n1][m]*dt_1;
 198                 }
 199                 break;
 200             case 2:
 201                 n1 = s[i].nucl1;
 202                 n2 = s[i].nucl2;
 203                 if (mass)
 204                 {
 205                     m1 = mass[n1];
 206                     m2 = mass[n2];
 207                 }
 208                 else
 209                 {
 210                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 211                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 212                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 213                 }
 214                 tm = dt_1/(m1+m2);
 215                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 216                 {
 217                     x[s1][m] += (m1*ptr[n1][m]+m2*ptr[n2][m])*tm;
 218                 }
 219                 break;
 220             case 3:
 221                 n1 = s[i].nucl1;
 222                 n2 = s[i].nucl2;
 223                 n3 = s[i].nucl3;
 224                 if (mass)
 225                 {
 226                     m1 = mass[n1];
 227                     m2 = mass[n2];
 228                     m3 = mass[n3];
 229                 }
 230                 else
 231                 {
 232                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 233                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 234                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 235                     m3 = mtopGetAtomMass(mtop, n3, &molb);
 236                 }
 237                 tm = dt_1/(m1+m2+m3);
 238                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 239                 {
 240                     x[s1][m] += (m1*ptr[n1][m]+m2*ptr[n2][m]+m3*ptr[n3][m])*tm;
 241                 }
 242                 break;
 243             default:
 244                 gmx_fatal(FARGS, "Shell %d has %d nuclei!", i, s[i].nnucl);
 245         }
 246     }
 247 }
 248
 249 /*! \brief Count the different particle types in a system
 250  *
 251  * Routine prints a warning to stderr in case an unknown particle type
 252  * is encountered.
 253  * \param[in]  fplog Print what we have found if not NULL
 254  * \param[in]  mtop  Molecular topology.
 255  * \returns Array holding the number of particles of a type
 256  */
 257 static std::array<int, eptNR> countPtypes(FILE             *fplog,
 258                                           const gmx_mtop_t *mtop)
 259 {
 260     std::array<int, eptNR> nptype = { { 0 } };
 261     /* Count number of shells, and find their indices */
 262     for (int i = 0; (i < eptNR); i++)
 263     {
 264         nptype[i] = 0;
 265     }
 266
 267     gmx_mtop_atomloop_block_t  aloopb = gmx_mtop_atomloop_block_init(mtop);
 268     int                        nmol;
 269     const t_atom              *atom;
 270     while (gmx_mtop_atomloop_block_next(aloopb, &atom, &nmol))
 271     {
 272         switch (atom->ptype)
 273         {
 274             case eptAtom:
 275             case eptVSite:
 276             case eptShell:
 277                 nptype[atom->ptype] += nmol;
 278                 break;
 279             default:
 280                 fprintf(stderr, "Warning unsupported particle type %d in countPtypes",
 281                         static_cast<int>(atom->ptype));
 282         }
 283     }
 284     if (fplog)
 285     {
 286         /* Print the number of each particle type */
 287         int n = 0;
 288         for (const auto &i : nptype)
 289         {
 290             if (i != 0)
 291             {
 292                 fprintf(fplog, "There are: %d %ss\n", i, ptype_str[n]);
 293             }
 294             n++;
 295         }
 296     }
 297     return nptype;
 298 }
 299
 300 gmx_shellfc_t *init_shell_flexcon(FILE *fplog,
 301                                   const gmx_mtop_t *mtop, int nflexcon,
 302                                   int nstcalcenergy,
 303                                   bool usingDomainDecomposition)
 304 {
 305     gmx_shellfc_t            *shfc;
 306     t_shell                  *shell;
 307     int                      *shell_index = nullptr, *at2cg;
 308     const t_atom             *atom;
 309
 310     int                       ns, nshell, nsi;
 311     int                       i, j, type, a_offset, cg, mol, ftype, nra;
 312     real                      qS, alpha;
 313     int                       aS, aN = 0; /* Shell and nucleus */
 314     int                       bondtypes[] = { F_BONDS, F_HARMONIC, F_CUBICBONDS, F_POLARIZATION, F_ANHARM_POL, F_WATER_POL };
 315 #define NBT asize(bondtypes)
 316     t_iatom                  *ia;
 317     gmx_mtop_atomloop_all_t   aloop;
 318     const gmx_ffparams_t     *ffparams;
 319
 320     std::array<int, eptNR>    n = countPtypes(fplog, mtop);
 321     nshell = n[eptShell];
 322
 323     if (nshell == 0 && nflexcon == 0)
 324     {
 325         /* We're not doing shells or flexible constraints */
 326         return nullptr;
 327     }
 328
 329     snew(shfc, 1);
 330     shfc->x        = new PaddedRVecVector[2] {};
 331     shfc->f        = new PaddedRVecVector[2] {};
 332     shfc->nflexcon = nflexcon;
 333
 334     if (nshell == 0)
 335     {
 336         /* Only flexible constraints, no shells.
 337          * Note that make_local_shells() does not need to be called.
 338          */
 339         shfc->nshell   = 0;
 340         shfc->bPredict = FALSE;
 341
 342         return shfc;
 343     }
 344
 345     if (nstcalcenergy != 1)
 346     {
 347         gmx_fatal(FARGS, "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is not supported in combination with shell particles.\nPlease make a new tpr file.", nstcalcenergy);
 348     }
 349     if (usingDomainDecomposition)
 350     {
 351         gmx_fatal(FARGS, "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 352     }
 353
 354     /* We have shells: fill the shell data structure */
 355
 356     /* Global system sized array, this should be avoided */
 357     snew(shell_index, mtop->natoms);
 358
 359     aloop  = gmx_mtop_atomloop_all_init(mtop);
 360     nshell = 0;
 361     while (gmx_mtop_atomloop_all_next(aloop, &i, &atom))
 362     {
 363         if (atom->ptype == eptShell)
 364         {
 365             shell_index[i] = nshell++;
 366         }
 367     }
 368
 369     snew(shell, nshell);
 370
 371     /* Initiate the shell structures */
 372     for (i = 0; (i < nshell); i++)
 373     {
 374         shell[i].shell = -1;
 375         shell[i].nnucl = 0;
 376         shell[i].nucl1 = -1;
 377         shell[i].nucl2 = -1;
 378         shell[i].nucl3 = -1;
 379         /* shell[i].bInterCG=FALSE; */
 380         shell[i].k_1   = 0;
 381         shell[i].k     = 0;
 382     }
 383
 384     ffparams = &mtop->ffparams;
 385
 386     /* Now fill the structures */
 387     shfc->bInterCG = FALSE;
 388     ns             = 0;
 389     a_offset       = 0;
 390     for (size_t mb = 0; mb < mtop->molblock.size(); mb++)
 391     {
 392         const gmx_molblock_t *molb = &mtop->molblock[mb];
 393         const gmx_moltype_t  *molt = &mtop->moltype[molb->type];
 394         const t_block        *cgs  = &molt->cgs;
 395
 396         snew(at2cg, molt->atoms.nr);
 397         for (cg = 0; cg < cgs->nr; cg++)
 398         {
 399             for (i = cgs->index[cg]; i < cgs->index[cg+1]; i++)
 400             {
 401                 at2cg[i] = cg;
 402             }
 403         }
 404
 405         atom = molt->atoms.atom;
 406         for (mol = 0; mol < molb->nmol; mol++)
 407         {
 408             for (j = 0; (j < NBT); j++)
 409             {
 410                 ia = molt->ilist[bondtypes[j]].iatoms;
 411                 for (i = 0; (i < molt->ilist[bondtypes[j]].nr); )
 412                 {
 413                     type  = ia[0];
 414                     ftype = ffparams->functype[type];
 415                     nra   = interaction_function[ftype].nratoms;
 416
 417                     /* Check whether we have a bond with a shell */
 418                     aS = -1;
 419
 420                     switch (bondtypes[j])
 421                     {
 422                         case F_BONDS:
 423                         case F_HARMONIC:
 424                         case F_CUBICBONDS:
 425                         case F_POLARIZATION:
 426                         case F_ANHARM_POL:
 427                             if (atom[ia[1]].ptype == eptShell)
 428                             {
 429                                 aS = ia[1];
 430                                 aN = ia[2];
 431                             }
 432                             else if (atom[ia[2]].ptype == eptShell)
 433                             {
 434                                 aS = ia[2];
 435                                 aN = ia[1];
 436                             }
 437                             break;
 438                         case F_WATER_POL:
 439                             aN    = ia[4]; /* Dummy */
 440                             aS    = ia[5]; /* Shell */
 441                             break;
 442                         default:
 443                             gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 444                     }
 445
 446                     if (aS != -1)
 447                     {
 448                         qS = atom[aS].q;
 449
 450                         /* Check whether one of the particles is a shell... */
 451                         nsi = shell_index[a_offset+aS];
 452                         if ((nsi < 0) || (nsi >= nshell))
 453                         {
 454                             gmx_fatal(FARGS, "nsi is %d should be within 0 - %d. aS = %d",
 455                                       nsi, nshell, aS);
 456                         }
 457                         if (shell[nsi].shell == -1)
 458                         {
 459                             shell[nsi].shell = a_offset + aS;
 460                             ns++;
 461                         }
 462                         else if (shell[nsi].shell != a_offset+aS)
 463                         {
 464                             gmx_fatal(FARGS, "Weird stuff in %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 465                         }
 466
 467                         if      (shell[nsi].nucl1 == -1)
 468                         {
 469                             shell[nsi].nucl1 = a_offset + aN;
 470                         }
 471                         else if (shell[nsi].nucl2 == -1)
 472                         {
 473                             shell[nsi].nucl2 = a_offset + aN;
 474                         }
 475                         else if (shell[nsi].nucl3 == -1)
 476                         {
 477                             shell[nsi].nucl3 = a_offset + aN;
 478                         }
 479                         else
 480                         {
 481                             if (fplog)
 482                             {
 483                                 pr_shell(fplog, ns, shell);
 484                             }
 485                             gmx_fatal(FARGS, "Can not handle more than three bonds per shell\n");
 486                         }
 487                         if (at2cg[aS] != at2cg[aN])
 488                         {
 489                             /* shell[nsi].bInterCG = TRUE; */
 490                             shfc->bInterCG = TRUE;
 491                         }
 492
 493                         switch (bondtypes[j])
 494                         {
 495                             case F_BONDS:
 496                             case F_HARMONIC:
 497                                 shell[nsi].k    += ffparams->iparams[type].harmonic.krA;
 498                                 break;
 499                             case F_CUBICBONDS:
 500                                 shell[nsi].k    += ffparams->iparams[type].cubic.kb;
 501                                 break;
 502                             case F_POLARIZATION:
 503                             case F_ANHARM_POL:
 504                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS*10))
 505                                 {
 506                                     gmx_fatal(FARGS, "polarize can not be used with qA(%e) != qB(%e) for atom %d of molecule block %lu", qS, atom[aS].qB, aS+1, mb+1);
 507                                 }
 508                                 shell[nsi].k    += gmx::square(qS)*ONE_4PI_EPS0/
 509                                     ffparams->iparams[type].polarize.alpha;
 510                                 break;
 511                             case F_WATER_POL:
 512                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS*10))
 513                                 {
 514                                     gmx_fatal(FARGS, "water_pol can not be used with qA(%e) != qB(%e) for atom %d of molecule block %lu", qS, atom[aS].qB, aS+1, mb+1);
 515                                 }
 516                                 alpha          = (ffparams->iparams[type].wpol.al_x+
 517                                                   ffparams->iparams[type].wpol.al_y+
 518                                                   ffparams->iparams[type].wpol.al_z)/3.0;
 519                                 shell[nsi].k  += gmx::square(qS)*ONE_4PI_EPS0/alpha;
 520                                 break;
 521                             default:
 522                                 gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 523                         }
 524                         shell[nsi].nnucl++;
 525                     }
 526                     ia += nra+1;
 527                     i  += nra+1;
 528                 }
 529             }
 530             a_offset += molt->atoms.nr;
 531         }
 532         /* Done with this molecule type */
 533         sfree(at2cg);
 534     }
 535
 536     /* Verify whether it's all correct */
 537     if (ns != nshell)
 538     {
 539         gmx_fatal(FARGS, "Something weird with shells. They may not be bonded to something");
 540     }
 541
 542     for (i = 0; (i < ns); i++)
 543     {
 544         shell[i].k_1 = 1.0/shell[i].k;
 545     }
 546
 547     if (debug)
 548     {
 549         pr_shell(debug, ns, shell);
 550     }
 551
 552
 553     shfc->nshell_gl      = ns;
 554     shfc->shell_gl       = shell;
 555     shfc->shell_index_gl = shell_index;
 556
 557     shfc->bPredict     = (getenv("GMX_NOPREDICT") == nullptr);
 558     shfc->bRequireInit = FALSE;
 559     if (!shfc->bPredict)
 560     {
 561         if (fplog)
 562         {
 563             fprintf(fplog, "\nWill never predict shell positions\n");
 564         }
 565     }
 566     else
 567     {
 568         shfc->bRequireInit = (getenv("GMX_REQUIRE_SHELL_INIT") != nullptr);
 569         if (shfc->bRequireInit && fplog)
 570         {
 571             fprintf(fplog, "\nWill always initiate shell positions\n");
 572         }
 573     }
 574
 575     if (shfc->bPredict)
 576     {
 577         if (shfc->bInterCG)
 578         {
 579             if (fplog)
 580             {
 581                 fprintf(fplog, "\nNOTE: there all shells that are connected to particles outside thier own charge group, will not predict shells positions during the run\n\n");
 582             }
 583             /* Prediction improves performance, so we should implement either:
 584              * 1. communication for the atoms needed for prediction
 585              * 2. prediction using the velocities of shells; currently the
 586              *    shell velocities are zeroed, it's a bit tricky to keep
 587              *    track of the shell displacements and thus the velocity.
 588              */
 589             shfc->bPredict = FALSE;
 590         }
 591     }
 592
 593     return shfc;
 594 }
 595
 596 void make_local_shells(const t_commrec *cr,
 597                        const t_mdatoms *md,
 598                        gmx_shellfc_t   *shfc)
 599 {
 600     t_shell      *shell;
 601     int           a0, a1, *ind, nshell, i;
 602     gmx_domdec_t *dd = nullptr;
 603
 604     if (DOMAINDECOMP(cr))
 605     {
 606         dd = cr->dd;
 607         a0 = 0;
 608         a1 = dd_numHomeAtoms(*dd);
 609     }
 610     else
 611     {
 612         /* Single node: we need all shells, just copy the pointer */
 613         shfc->nshell = shfc->nshell_gl;
 614         shfc->shell  = shfc->shell_gl;
 615
 616         return;
 617     }
 618
 619     ind = shfc->shell_index_gl;
 620
 621     nshell = 0;
 622     shell  = shfc->shell;
 623     for (i = a0; i < a1; i++)
 624     {
 625         if (md->ptype[i] == eptShell)
 626         {
 627             if (nshell+1 > shfc->shell_nalloc)
 628             {
 629                 shfc->shell_nalloc = over_alloc_dd(nshell+1);
 630                 srenew(shell, shfc->shell_nalloc);
 631             }
 632             if (dd)
 633             {
 634                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[dd->globalAtomIndices[i]]];
 635             }
 636             else
 637             {
 638                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[i]];
 639             }
 640
 641             /* With inter-cg shells we can no do shell prediction,
 642              * so we do not need the nuclei numbers.
 643              */
 644             if (!shfc->bInterCG)
 645             {
 646                 shell[nshell].nucl1   = i + shell[nshell].nucl1 - shell[nshell].shell;
 647                 if (shell[nshell].nnucl > 1)
 648                 {
 649                     shell[nshell].nucl2 = i + shell[nshell].nucl2 - shell[nshell].shell;
 650                 }
 651                 if (shell[nshell].nnucl > 2)
 652                 {
 653                     shell[nshell].nucl3 = i + shell[nshell].nucl3 - shell[nshell].shell;
 654                 }
 655             }
 656             shell[nshell].shell = i;
 657             nshell++;
 658         }
 659     }
 660
 661     shfc->nshell = nshell;
 662     shfc->shell  = shell;
 663 }
 664
 665 static void do_1pos(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, real step)
 666 {
 667     real xo, yo, zo;
 668     real dx, dy, dz;
 669
 670     xo = xold[XX];
 671     yo = xold[YY];
 672     zo = xold[ZZ];
 673
 674     dx = f[XX]*step;
 675     dy = f[YY]*step;
 676     dz = f[ZZ]*step;
 677
 678     xnew[XX] = xo+dx;
 679     xnew[YY] = yo+dy;
 680     xnew[ZZ] = zo+dz;
 681 }
 682
 683 static void do_1pos3(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, const rvec step)
 684 {
 685     real xo, yo, zo;
 686     real dx, dy, dz;
 687
 688     xo = xold[XX];
 689     yo = xold[YY];
 690     zo = xold[ZZ];
 691
 692     dx = f[XX]*step[XX];
 693     dy = f[YY]*step[YY];
 694     dz = f[ZZ]*step[ZZ];
 695
 696     xnew[XX] = xo+dx;
 697     xnew[YY] = yo+dy;
 698     xnew[ZZ] = zo+dz;
 699 }
 700
 701 static void directional_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xold,
 702                            gmx::ArrayRef<gmx::RVec> xnew,
 703                            const rvec acc_dir[], int homenr, real step)
 704 {
 705     const rvec *xo = as_rvec_array(xold.data());
 706     rvec       *xn = as_rvec_array(xnew.data());
 707
 708     for (int i = 0; i < homenr; i++)
 709     {
 710         do_1pos(xn[i], xo[i], acc_dir[i], step);
 711     }
 712 }
 713
 714 static void shell_pos_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xcur,
 715                          gmx::ArrayRef<gmx::RVec> xnew,
 716                          gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> f,
 717                          int ns, t_shell s[], int count)
 718 {
 719     const real step_scale_min       = 0.8,
 720                step_scale_increment = 0.2,
 721                step_scale_max       = 1.2,
 722                step_scale_multiple  = (step_scale_max - step_scale_min) / step_scale_increment;
 723     int        i, shell, d;
 724     real       dx, df, k_est;
 725     const real zero = 0;
 726 #ifdef PRINT_STEP
 727     real       step_min, step_max;
 728
 729     step_min = 1e30;
 730     step_max = 0;
 731 #endif
 732     for (i = 0; (i < ns); i++)
 733     {
 734         shell = s[i].shell;
 735         if (count == 1)
 736         {
 737             for (d = 0; d < DIM; d++)
 738             {
 739                 s[i].step[d] = s[i].k_1;
 740 #ifdef PRINT_STEP
 741                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 742                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 743 #endif
 744             }
 745         }
 746         else
 747         {
 748             for (d = 0; d < DIM; d++)
 749             {
 750                 dx = xcur[shell][d] - s[i].xold[d];
 751                 df =    f[shell][d] - s[i].fold[d];
 752                 /* -dx/df gets used to generate an interpolated value, but would
 753                  * cause a NaN if df were binary-equal to zero. Values close to
 754                  * zero won't cause problems (because of the min() and max()), so
 755                  * just testing for binary inequality is OK. */
 756                 if (zero != df)
 757                 {
 758                     k_est = -dx/df;
 759                     /* Scale the step size by a factor interpolated from
 760                      * step_scale_min to step_scale_max, as k_est goes from 0 to
 761                      * step_scale_multiple * s[i].step[d] */
 762                     s[i].step[d] =
 763                         step_scale_min * s[i].step[d] +
 764                         step_scale_increment * std::min(step_scale_multiple * s[i].step[d], std::max(k_est, zero));
 765                 }
 766                 else
 767                 {
 768                     /* Here 0 == df */
 769                     if (gmx_numzero(dx)) /* 0 == dx */
 770                     {
 771                         /* Likely this will never happen, but if it does just
 772                          * don't scale the step. */
 773                     }
 774                     else /* 0 != dx */
 775                     {
 776                         s[i].step[d] *= step_scale_max;
 777                     }
 778                 }
 779 #ifdef PRINT_STEP
 780                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 781                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 782 #endif
 783             }
 784         }
 785         copy_rvec(xcur [shell], s[i].xold);
 786         copy_rvec(f[shell],   s[i].fold);
 787
 788         do_1pos3(xnew[shell], xcur[shell], f[shell], s[i].step);
 789
 790         if (gmx_debug_at)
 791         {
 792             fprintf(debug, "shell[%d] = %d\n", i, shell);
 793             pr_rvec(debug, 0, "fshell", f[shell], DIM, TRUE);
 794             pr_rvec(debug, 0, "xold", xcur[shell], DIM, TRUE);
 795             pr_rvec(debug, 0, "step", s[i].step, DIM, TRUE);
 796             pr_rvec(debug, 0, "xnew", xnew[shell], DIM, TRUE);
 797         }
 798     }
 799 #ifdef PRINT_STEP
 800     printf("step %.3e %.3e\n", step_min, step_max);
 801 #endif
 802 }
 803
 804 static void decrease_step_size(int nshell, t_shell s[])
 805 {
 806     int i;
 807
 808     for (i = 0; i < nshell; i++)
 809     {
 810         svmul(0.8, s[i].step, s[i].step);
 811     }
 812 }
 813
 814 static void print_epot(FILE *fp, int64_t mdstep, int count, real epot, real df,
 815                        int ndir, real sf_dir)
 816 {
 817     char buf[22];
 818
 819     fprintf(fp, "MDStep=%5s/%2d EPot: %12.8e, rmsF: %6.2e",
 820             gmx_step_str(mdstep, buf), count, epot, df);
 821     if (ndir)
 822     {
 823         fprintf(fp, ", dir. rmsF: %6.2e\n", std::sqrt(sf_dir/ndir));
 824     }
 825     else
 826     {
 827         fprintf(fp, "\n");
 828     }
 829 }
 830
 831
 832 static real rms_force(const t_commrec *cr, gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> force, int ns, t_shell s[],
 833                       int ndir, real *sf_dir, real *Epot)
 834 {
 835     double      buf[4];
 836     const rvec *f = as_rvec_array(force.data());
 837
 838     buf[0] = *sf_dir;
 839     for (int i = 0; i < ns; i++)
 840     {
 841         int shell  = s[i].shell;
 842         buf[0]    += norm2(f[shell]);
 843     }
 844     int ntot = ns;
 845
 846     if (PAR(cr))
 847     {
 848         buf[1] = ntot;
 849         buf[2] = *sf_dir;
 850         buf[3] = *Epot;
 851         gmx_sumd(4, buf, cr);
 852         ntot    = (int)(buf[1] + 0.5);
 853         *sf_dir = buf[2];
 854         *Epot   = buf[3];
 855     }
 856     ntot += ndir;
 857
 858     return (ntot ? std::sqrt(buf[0]/ntot) : 0);
 859 }
 860
 861 static void check_pbc(FILE *fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> x, int shell)
 862 {
 863     int m, now;
 864
 865     now = shell-4;
 866     for (m = 0; (m < DIM); m++)
 867     {
 868         if (std::fabs(x[shell][m]-x[now][m]) > 0.3)
 869         {
 870             pr_rvecs(fp, 0, "SHELL-X", as_rvec_array(x.data())+now, 5);
 871             break;
 872         }
 873     }
 874 }
 875
 876 static void dump_shells(FILE *fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> x, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> f, real ftol, int ns, t_shell s[])
 877 {
 878     int  i, shell;
 879     real ft2, ff2;
 880
 881     ft2 = gmx::square(ftol);
 882
 883     for (i = 0; (i < ns); i++)
 884     {
 885         shell = s[i].shell;
 886         ff2   = iprod(f[shell], f[shell]);
 887         if (ff2 > ft2)
 888         {
 889             fprintf(fp, "SHELL %5d, force %10.5f  %10.5f  %10.5f, |f| %10.5f\n",
 890                     shell, f[shell][XX], f[shell][YY], f[shell][ZZ], std::sqrt(ff2));
 891         }
 892         check_pbc(fp, x, shell);
 893     }
 894 }
 895
 896 static void init_adir(gmx_shellfc_t            *shfc,
 897                       gmx::Constraints         *constr,
 898                       const t_inputrec         *ir,
 899                       const t_commrec          *cr,
 900                       int                       dd_ac1,
 901                       int64_t                   step,
 902                       const t_mdatoms          *md,
 903                       int                       end,
 904                       rvec                     *x_old,
 905                       rvec                     *x_init,
 906                       rvec                     *x,
 907                       rvec                     *f,
 908                       rvec                     *acc_dir,
 909                       matrix                    box,
 910                       gmx::ArrayRef<const real> lambda,
 911                       real                     *dvdlambda)
 912 {
 913     rvec           *xnold, *xnew;
 914     double          dt, w_dt;
 915     int             n, d;
 916     unsigned short *ptype;
 917
 918     if (DOMAINDECOMP(cr))
 919     {
 920         n = dd_ac1;
 921     }
 922     else
 923     {
 924         n = end;
 925     }
 926     if (n > shfc->adir_nalloc)
 927     {
 928         shfc->adir_nalloc = over_alloc_dd(n);
 929         srenew(shfc->adir_xnold, shfc->adir_nalloc);
 930         srenew(shfc->adir_xnew, shfc->adir_nalloc);
 931     }
 932     xnold = shfc->adir_xnold;
 933     xnew  = shfc->adir_xnew;
 934
 935     ptype = md->ptype;
 936
 937     dt = ir->delta_t;
 938
 939     /* Does NOT work with freeze or acceleration groups (yet) */
 940     for (n = 0; n < end; n++)
 941     {
 942         w_dt = md->invmass[n]*dt;
 943
 944         for (d = 0; d < DIM; d++)
 945         {
 946             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 947             {
 948                 xnold[n][d] = x[n][d] - (x_init[n][d] - x_old[n][d]);
 949                 xnew[n][d]  = 2*x[n][d] - x_old[n][d] + f[n][d]*w_dt*dt;
 950             }
 951             else
 952             {
 953                 xnold[n][d] = x[n][d];
 954                 xnew[n][d]  = x[n][d];
 955             }
 956         }
 957     }
 958     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0,
 959                   x, xnold, nullptr, box,
 960                   lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 961                   nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 962     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0,
 963                   x, xnew, nullptr, box,
 964                   lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 965                   nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 966
 967     for (n = 0; n < end; n++)
 968     {
 969         for (d = 0; d < DIM; d++)
 970         {
 971             xnew[n][d] =
 972                 -(2*x[n][d]-xnold[n][d]-xnew[n][d])/gmx::square(dt)
 973                 - f[n][d]*md->invmass[n];
 974         }
 975         clear_rvec(acc_dir[n]);
 976     }
 977
 978     /* Project the acceleration on the old bond directions */
 979     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0,
 980                   x_old, xnew, acc_dir, box,
 981                   lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 982                   nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Deriv_FlexCon);
 983 }
 984
 985 void relax_shell_flexcon(FILE                                     *fplog,
 986                          const t_commrec                          *cr,
 987                          const gmx_multisim_t                     *ms,
 988                          gmx_bool                                  bVerbose,
 989                          gmx_enfrot                               *enforcedRotation,
 990                          int64_t                                   mdstep,
 991                          const t_inputrec                         *inputrec,
 992                          gmx_bool                                  bDoNS,
 993                          int                                       force_flags,
 994                          gmx_localtop_t                           *top,
 995                          gmx::Constraints                         *constr,
 996                          gmx_enerdata_t                           *enerd,
 997                          t_fcdata                                 *fcd,
 998                          t_state                                  *state,
 999                          gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec>            f,
1000                          tensor                                    force_vir,
1001                          const t_mdatoms                          *md,
1002                          t_nrnb                                   *nrnb,
1003                          gmx_wallcycle_t                           wcycle,
1004                          t_graph                                  *graph,
1005                          const gmx_groups_t                       *groups,
1006                          gmx_shellfc_t                            *shfc,
1007                          t_forcerec                               *fr,
1008                          double                                    t,
1009                          rvec                                      mu_tot,
1010                          const gmx_vsite_t                        *vsite,
1011                          DdOpenBalanceRegionBeforeForceComputation ddOpenBalanceRegion,
1012                          DdCloseBalanceRegionAfterForceComputation ddCloseBalanceRegion)
1013 {
1014     int           nshell;
1015     t_shell      *shell;
1016     const t_idef *idef;
1017     rvec         *acc_dir = nullptr, *x_old = nullptr;
1018     real          Epot[2], df[2];
1019     real          sf_dir, invdt;
1020     real          ftol, dum = 0;
1021     char          sbuf[22];
1022     gmx_bool      bCont, bInit, bConverged;
1023     int           nat, dd_ac0, dd_ac1 = 0, i;
1024     int           homenr = md->homenr, end = homenr, cg0, cg1;
1025     int           nflexcon, number_steps, d, Min = 0, count = 0;
1026 #define  Try (1-Min)             /* At start Try = 1 */
1027
1028     bCont        = (mdstep == inputrec->init_step) && inputrec->bContinuation;
1029     bInit        = (mdstep == inputrec->init_step) || shfc->bRequireInit;
1030     ftol         = inputrec->em_tol;
1031     number_steps = inputrec->niter;
1032     nshell       = shfc->nshell;
1033     shell        = shfc->shell;
1034     nflexcon     = shfc->nflexcon;
1035
1036     idef = &top->idef;
1037
1038     if (DOMAINDECOMP(cr))
1039     {
1040         nat = dd_natoms_vsite(cr->dd);
1041         if (nflexcon > 0)
1042         {
1043             dd_get_constraint_range(cr->dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
1044             nat = std::max(nat, dd_ac1);
1045         }
1046     }
1047     else
1048     {
1049         nat = state->natoms;
1050     }
1051
1052     for (i = 0; (i < 2); i++)
1053     {
1054         shfc->x[i].resize(gmx::paddedRVecVectorSize(nat));
1055         shfc->f[i].resize(gmx::paddedRVecVectorSize(nat));
1056     }
1057
1058     /* Create views that we can swap */
1059     gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> pos[2];
1060     gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> force[2];
1061     for (i = 0; (i < 2); i++)
1062     {
1063         pos[i]   = shfc->x[i];
1064         force[i] = shfc->f[i];
1065     }
1066
1067     if (bDoNS && inputrec->ePBC != epbcNONE && !DOMAINDECOMP(cr))
1068     {
1069         /* This is the only time where the coordinates are used
1070          * before do_force is called, which normally puts all
1071          * charge groups in the box.
1072          */
1073         if (inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1074         {
1075             auto xRef = makeArrayRef(state->x);
1076             put_atoms_in_box_omp(fr->ePBC, state->box, xRef.subArray(0, md->homenr));
1077         }
1078         else
1079         {
1080             cg0 = 0;
1081             cg1 = top->cgs.nr;
1082             put_charge_groups_in_box(fplog, cg0, cg1, fr->ePBC, state->box,
1083                                      &(top->cgs), as_rvec_array(state->x.data()), fr->cg_cm);
1084         }
1085
1086         if (graph)
1087         {
1088             mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1089         }
1090     }
1091
1092     /* After this all coordinate arrays will contain whole charge groups */
1093     if (graph)
1094     {
1095         shift_self(graph, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1096     }
1097
1098     if (nflexcon)
1099     {
1100         if (nat > shfc->flex_nalloc)
1101         {
1102             shfc->flex_nalloc = over_alloc_dd(nat);
1103             srenew(shfc->acc_dir, shfc->flex_nalloc);
1104             srenew(shfc->x_old, shfc->flex_nalloc);
1105         }
1106         acc_dir = shfc->acc_dir;
1107         x_old   = shfc->x_old;
1108         for (i = 0; i < homenr; i++)
1109         {
1110             for (d = 0; d < DIM; d++)
1111             {
1112                 shfc->x_old[i][d] =
1113                     state->x[i][d] - state->v[i][d]*inputrec->delta_t;
1114             }
1115         }
1116     }
1117
1118     /* Do a prediction of the shell positions, when appropriate.
1119      * Without velocities (EM, NM, BD) we only do initial prediction.
1120      */
1121     if (shfc->bPredict && !bCont && (EI_STATE_VELOCITY(inputrec->eI) || bInit))
1122     {
1123         predict_shells(fplog, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(state->v.data()), inputrec->delta_t, nshell, shell,
1124                        md->massT, nullptr, bInit);
1125     }
1126
1127     /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1128     if (graph)
1129     {
1130         unshift_self(graph, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1131     }
1132
1133     /* Calculate the forces first time around */
1134     if (gmx_debug_at)
1135     {
1136         pr_rvecs(debug, 0, "x b4 do_force", as_rvec_array(state->x.data()), homenr);
1137     }
1138     do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation,
1139              mdstep, nrnb, wcycle, top, groups,
1140              state->box, state->x, &state->hist,
1141              force[Min], force_vir, md, enerd, fcd,
1142              state->lambda, graph,
1143              fr, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1144              (bDoNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | force_flags,
1145              ddOpenBalanceRegion, ddCloseBalanceRegion);
1146
1147     sf_dir = 0;
1148     if (nflexcon)
1149     {
1150         init_adir(shfc,
1151                   constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end,
1152                   shfc->x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(force[Min].data()),
1153                   shfc->acc_dir,
1154                   state->box, state->lambda, &dum);
1155
1156         for (i = 0; i < end; i++)
1157         {
1158             sf_dir += md->massT[i]*norm2(shfc->acc_dir[i]);
1159         }
1160     }
1161
1162     Epot[Min] = enerd->term[F_EPOT];
1163
1164     df[Min] = rms_force(cr, shfc->f[Min], nshell, shell, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Min]);
1165     df[Try] = 0;
1166     if (debug)
1167     {
1168         fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1169     }
1170
1171     if (gmx_debug_at)
1172     {
1173         pr_rvecs(debug, 0, "force0", as_rvec_array(force[Min].data()), md->nr);
1174     }
1175
1176     if (nshell+nflexcon > 0)
1177     {
1178         /* Copy x to pos[Min] & pos[Try]: during minimization only the
1179          * shell positions are updated, therefore the other particles must
1180          * be set here.
1181          */
1182         pos[Min] = state->x;
1183         pos[Try] = state->x;
1184     }
1185
1186     if (bVerbose && MASTER(cr))
1187     {
1188         print_epot(stdout, mdstep, 0, Epot[Min], df[Min], nflexcon, sf_dir);
1189     }
1190
1191     if (debug)
1192     {
1193         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1194                 interaction_function[F_EKIN].longname, enerd->term[F_EKIN]);
1195         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1196                 interaction_function[F_EPOT].longname, enerd->term[F_EPOT]);
1197         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1198                 interaction_function[F_ETOT].longname, enerd->term[F_ETOT]);
1199         fprintf(debug, "SHELLSTEP %s\n", gmx_step_str(mdstep, sbuf));
1200     }
1201
1202     /* First check whether we should do shells, or whether the force is
1203      * low enough even without minimization.
1204      */
1205     bConverged = (df[Min] < ftol);
1206
1207     for (count = 1; (!(bConverged) && (count < number_steps)); count++)
1208     {
1209         if (vsite)
1210         {
1211             construct_vsites(vsite, as_rvec_array(pos[Min].data()),
1212                              inputrec->delta_t, as_rvec_array(state->v.data()),
1213                              idef->iparams, idef->il,
1214                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
1215         }
1216
1217         if (nflexcon)
1218         {
1219             init_adir(shfc,
1220                       constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end,
1221                       x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(pos[Min].data()), as_rvec_array(force[Min].data()), acc_dir,
1222                       state->box, state->lambda, &dum);
1223
1224             directional_sd(pos[Min], pos[Try], acc_dir, end, fr->fc_stepsize);
1225         }
1226
1227         /* New positions, Steepest descent */
1228         shell_pos_sd(pos[Min], pos[Try], force[Min], nshell, shell, count);
1229
1230         /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1231         if (graph)
1232         {
1233             unshift_self(graph, state->box, as_rvec_array(pos[Try].data()));
1234         }
1235
1236         if (gmx_debug_at)
1237         {
1238             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Min]  ", as_rvec_array(pos[Min].data()), homenr);
1239             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Try]  ", as_rvec_array(pos[Try].data()), homenr);
1240         }
1241         /* Try the new positions */
1242         do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation,
1243                  1, nrnb, wcycle,
1244                  top, groups, state->box, pos[Try], &state->hist,
1245                  force[Try], force_vir,
1246                  md, enerd, fcd, state->lambda, graph,
1247                  fr, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1248                  force_flags,
1249                  ddOpenBalanceRegion, ddCloseBalanceRegion);
1250
1251         if (gmx_debug_at)
1252         {
1253             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Min]", as_rvec_array(force[Min].data()), homenr);
1254             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Try]", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1255         }
1256         sf_dir = 0;
1257         if (nflexcon)
1258         {
1259             init_adir(shfc,
1260                       constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end,
1261                       x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(pos[Try].data()), as_rvec_array(force[Try].data()), acc_dir,
1262                       state->box, state->lambda, &dum);
1263
1264             for (i = 0; i < end; i++)
1265             {
1266                 sf_dir += md->massT[i]*norm2(acc_dir[i]);
1267             }
1268         }
1269
1270         Epot[Try] = enerd->term[F_EPOT];
1271
1272         df[Try] = rms_force(cr, force[Try], nshell, shell, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Try]);
1273
1274         if (debug)
1275         {
1276             fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1277         }
1278
1279         if (debug)
1280         {
1281             if (gmx_debug_at)
1282             {
1283                 pr_rvecs(debug, 0, "F na do_force", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1284             }
1285             if (gmx_debug_at)
1286             {
1287                 fprintf(debug, "SHELL ITER %d\n", count);
1288                 dump_shells(debug, pos[Try], force[Try], ftol, nshell, shell);
1289             }
1290         }
1291
1292         if (bVerbose && MASTER(cr))
1293         {
1294             print_epot(stdout, mdstep, count, Epot[Try], df[Try], nflexcon, sf_dir);
1295         }
1296
1297         bConverged = (df[Try] < ftol);
1298
1299         if ((df[Try] < df[Min]))
1300         {
1301             if (debug)
1302             {
1303                 fprintf(debug, "Swapping Min and Try\n");
1304             }
1305             if (nflexcon)
1306             {
1307                 /* Correct the velocities for the flexible constraints */
1308                 invdt = 1/inputrec->delta_t;
1309                 for (i = 0; i < end; i++)
1310                 {
1311                     for (d = 0; d < DIM; d++)
1312                     {
1313                         state->v[i][d] += (pos[Try][i][d] - pos[Min][i][d])*invdt;
1314                     }
1315                 }
1316             }
1317             Min  = Try;
1318         }
1319         else
1320         {
1321             decrease_step_size(nshell, shell);
1322         }
1323     }
1324     shfc->numForceEvaluations += count;
1325     if (bConverged)
1326     {
1327         shfc->numConvergedIterations++;
1328     }
1329     if (MASTER(cr) && !(bConverged))
1330     {
1331         /* Note that the energies and virial are incorrect when not converged */
1332         if (fplog)
1333         {
1334             fprintf(fplog,
1335                     "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %.3f\n",
1336                     gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1337         }
1338         fprintf(stderr,
1339                 "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %.3f\n",
1340                 gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1341     }
1342
1343     /* Copy back the coordinates and the forces */
1344     std::copy(pos[Min].begin(), pos[Min].end(), state->x.begin());
1345     std::copy(force[Min].begin(), force[Min].end(), f.begin());
1346 }
1347
1348 void done_shellfc(FILE *fplog, gmx_shellfc_t *shfc, int64_t numSteps)
1349 {
1350     if (shfc && fplog && numSteps > 0)
1351     {
1352         double numStepsAsDouble = static_cast<double>(numSteps);
1353         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1354                 (shfc->numConvergedIterations*100.0)/numStepsAsDouble);
1355         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1356                 shfc->numForceEvaluations/numStepsAsDouble);
1357     }
1358
1359     // TODO Deallocate memory in shfc
1360 }