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 <cstdint>
  45
  46 #include <algorithm>
  47 #include <array>
  48
  49 #include "gromacs/domdec/dlbtiming.h"
  50 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  51 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  52 #include "gromacs/gmxlib/chargegroup.h"
  53 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  54 #include "gromacs/math/functions.h"
  55 #include "gromacs/math/units.h"
  56 #include "gromacs/math/vec.h"
  57 #include "gromacs/math/vecdump.h"
  58 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/mdrun.h"
  61 #include "gromacs/mdlib/sim_util.h"
  62 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  63 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  64 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  65 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  67 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  68 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  69 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  70 #include "gromacs/topology/mtop_lookup.h"
  71 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  72 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  73 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  74 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  75 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  76 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  77
  78 typedef struct {
  79     int     nnucl;
  80     int     shell;               /* The shell id                                */
  81     int     nucl1, nucl2, nucl3; /* The nuclei connected to the shell   */
  82     /* gmx_bool    bInterCG; */       /* Coupled to nuclei outside cg?        */
  83     real    k;                   /* force constant                      */
  84     real    k_1;                 /* 1 over force constant               */
  85     rvec    xold;
  86     rvec    fold;
  87     rvec    step;
  88 } t_shell;
  89
  90 struct gmx_shellfc_t {
  91     /* Shell counts, indices, parameters and working data */
  92     int          nshell_gl;              /* The number of shells in the system        */
  93     t_shell     *shell_gl;               /* All the shells (for DD only)              */
  94     int         *shell_index_gl;         /* Global shell index (for DD only)          */
  95     gmx_bool     bInterCG;               /* Are there inter charge-group shells?      */
  96     int          nshell;                 /* The number of local shells                */
  97     t_shell     *shell;                  /* The local shells                          */
  98     int          shell_nalloc;           /* The allocation size of shell              */
  99     gmx_bool     bPredict;               /* Predict shell positions                   */
 100     gmx_bool     bRequireInit;           /* Require initialization of shell positions */
 101     int          nflexcon;               /* The number of flexible constraints        */
 102
 103     /* Temporary arrays, should be fixed size 2 when fully converted to C++ */
 104     PaddedRVecVector *x;                 /* Array for iterative minimization          */
 105     PaddedRVecVector *f;                 /* Array for iterative minimization          */
 106
 107     /* Flexible constraint working data */
 108     rvec        *acc_dir;                /* Acceleration direction for flexcon        */
 109     rvec        *x_old;                  /* Old coordinates for flexcon               */
 110     int          flex_nalloc;            /* The allocation size of acc_dir and x_old  */
 111     rvec        *adir_xnold;             /* Work space for init_adir                  */
 112     rvec        *adir_xnew;              /* Work space for init_adir                  */
 113     int          adir_nalloc;            /* Work space for init_adir                  */
 114     std::int64_t numForceEvaluations;    /* Total number of force evaluations         */
 115     int          numConvergedIterations; /* Total number of iterations that converged */
 116 };
 117
 118
 119 static void pr_shell(FILE *fplog, int ns, t_shell s[])
 120 {
 121     int i;
 122
 123     fprintf(fplog, "SHELL DATA\n");
 124     fprintf(fplog, "%5s  %8s  %5s  %5s  %5s\n",
 125             "Shell", "Force k", "Nucl1", "Nucl2", "Nucl3");
 126     for (i = 0; (i < ns); i++)
 127     {
 128         fprintf(fplog, "%5d  %8.3f  %5d", s[i].shell, 1.0/s[i].k_1, s[i].nucl1);
 129         if (s[i].nnucl == 2)
 130         {
 131             fprintf(fplog, "  %5d\n", s[i].nucl2);
 132         }
 133         else if (s[i].nnucl == 3)
 134         {
 135             fprintf(fplog, "  %5d  %5d\n", s[i].nucl2, s[i].nucl3);
 136         }
 137         else
 138         {
 139             fprintf(fplog, "\n");
 140         }
 141     }
 142 }
 143
 144 /* TODO The remain call of this function passes non-NULL mass and NULL
 145  * mtop, so this routine can be simplified.
 146  *
 147  * The other code path supported doing prediction before the MD loop
 148  * started, but even when called, the prediction was always
 149  * over-written by a subsequent call in the MD loop, so has been
 150  * removed. */
 151 static void predict_shells(FILE *fplog, rvec x[], rvec v[], real dt,
 152                            int ns, t_shell s[],
 153                            real mass[], gmx_mtop_t *mtop, gmx_bool bInit)
 154 {
 155     int                   i, m, s1, n1, n2, n3;
 156     real                  dt_1, fudge, tm, m1, m2, m3;
 157     rvec                 *ptr;
 158
 159     /* We introduce a fudge factor for performance reasons: with this choice
 160      * the initial force on the shells is about a factor of two lower than
 161      * without
 162      */
 163     fudge = 1.0;
 164
 165     if (bInit)
 166     {
 167         if (fplog)
 168         {
 169             fprintf(fplog, "RELAX: Using prediction for initial shell placement\n");
 170         }
 171         ptr  = x;
 172         dt_1 = 1;
 173     }
 174     else
 175     {
 176         ptr  = v;
 177         dt_1 = fudge*dt;
 178     }
 179
 180     int molb = 0;
 181     for (i = 0; (i < ns); i++)
 182     {
 183         s1 = s[i].shell;
 184         if (bInit)
 185         {
 186             clear_rvec(x[s1]);
 187         }
 188         switch (s[i].nnucl)
 189         {
 190             case 1:
 191                 n1 = s[i].nucl1;
 192                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 193                 {
 194                     x[s1][m] += ptr[n1][m]*dt_1;
 195                 }
 196                 break;
 197             case 2:
 198                 n1 = s[i].nucl1;
 199                 n2 = s[i].nucl2;
 200                 if (mass)
 201                 {
 202                     m1 = mass[n1];
 203                     m2 = mass[n2];
 204                 }
 205                 else
 206                 {
 207                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 208                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 209                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 210                 }
 211                 tm = dt_1/(m1+m2);
 212                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 213                 {
 214                     x[s1][m] += (m1*ptr[n1][m]+m2*ptr[n2][m])*tm;
 215                 }
 216                 break;
 217             case 3:
 218                 n1 = s[i].nucl1;
 219                 n2 = s[i].nucl2;
 220                 n3 = s[i].nucl3;
 221                 if (mass)
 222                 {
 223                     m1 = mass[n1];
 224                     m2 = mass[n2];
 225                     m3 = mass[n3];
 226                 }
 227                 else
 228                 {
 229                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 230                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 231                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 232                     m3 = mtopGetAtomMass(mtop, n3, &molb);
 233                 }
 234                 tm = dt_1/(m1+m2+m3);
 235                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 236                 {
 237                     x[s1][m] += (m1*ptr[n1][m]+m2*ptr[n2][m]+m3*ptr[n3][m])*tm;
 238                 }
 239                 break;
 240             default:
 241                 gmx_fatal(FARGS, "Shell %d has %d nuclei!", i, s[i].nnucl);
 242         }
 243     }
 244 }
 245
 246 /*! \brief Count the different particle types in a system
 247  *
 248  * Routine prints a warning to stderr in case an unknown particle type
 249  * is encountered.
 250  * \param[in]  fplog Print what we have found if not NULL
 251  * \param[in]  mtop  Molecular topology.
 252  * \returns Array holding the number of particles of a type
 253  */
 254 static std::array<int, eptNR> countPtypes(FILE       *fplog,
 255                                           gmx_mtop_t *mtop)
 256 {
 257     std::array<int, eptNR> nptype = { { 0 } };
 258     /* Count number of shells, and find their indices */
 259     for (int i = 0; (i < eptNR); i++)
 260     {
 261         nptype[i] = 0;
 262     }
 263
 264     gmx_mtop_atomloop_block_t  aloopb = gmx_mtop_atomloop_block_init(mtop);
 265     int                        nmol;
 266     const t_atom              *atom;
 267     while (gmx_mtop_atomloop_block_next(aloopb, &atom, &nmol))
 268     {
 269         switch (atom->ptype)
 270         {
 271             case eptAtom:
 272             case eptVSite:
 273             case eptShell:
 274                 nptype[atom->ptype] += nmol;
 275                 break;
 276             default:
 277                 fprintf(stderr, "Warning unsupported particle type %d in countPtypes",
 278                         static_cast<int>(atom->ptype));
 279         }
 280     }
 281     if (fplog)
 282     {
 283         /* Print the number of each particle type */
 284         int n = 0;
 285         for (const auto &i : nptype)
 286         {
 287             if (i != 0)
 288             {
 289                 fprintf(fplog, "There are: %d %ss\n", i, ptype_str[n]);
 290             }
 291             n++;
 292         }
 293     }
 294     return nptype;
 295 }
 296
 297 gmx_shellfc_t *init_shell_flexcon(FILE *fplog,
 298                                   gmx_mtop_t *mtop, int nflexcon,
 299                                   int nstcalcenergy,
 300                                   bool usingDomainDecomposition)
 301 {
 302     gmx_shellfc_t            *shfc;
 303     t_shell                  *shell;
 304     int                      *shell_index = nullptr, *at2cg;
 305     const t_atom             *atom;
 306
 307     int                       ns, nshell, nsi;
 308     int                       i, j, type, mb, a_offset, cg, mol, ftype, nra;
 309     real                      qS, alpha;
 310     int                       aS, aN = 0; /* Shell and nucleus */
 311     int                       bondtypes[] = { F_BONDS, F_HARMONIC, F_CUBICBONDS, F_POLARIZATION, F_ANHARM_POL, F_WATER_POL };
 312 #define NBT asize(bondtypes)
 313     t_iatom                  *ia;
 314     gmx_mtop_atomloop_all_t   aloop;
 315     gmx_ffparams_t           *ffparams;
 316     gmx_molblock_t           *molb;
 317     gmx_moltype_t            *molt;
 318     t_block                  *cgs;
 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 (mb = 0; mb < mtop->nmolblock; mb++)
 391     {
 392         molb = &mtop->molblock[mb];
 393         molt = &mtop->moltype[molb->type];
 394
 395         cgs = &molt->cgs;
 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 %d", 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 %d", 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, t_mdatoms *md,
 597                        gmx_shellfc_t *shfc)
 598 {
 599     t_shell      *shell;
 600     int           a0, a1, *ind, nshell, i;
 601     gmx_domdec_t *dd = nullptr;
 602
 603     if (DOMAINDECOMP(cr))
 604     {
 605         dd = cr->dd;
 606         a0 = 0;
 607         a1 = dd->nat_home;
 608     }
 609     else
 610     {
 611         /* Single node: we need all shells, just copy the pointer */
 612         shfc->nshell = shfc->nshell_gl;
 613         shfc->shell  = shfc->shell_gl;
 614
 615         return;
 616     }
 617
 618     ind = shfc->shell_index_gl;
 619
 620     nshell = 0;
 621     shell  = shfc->shell;
 622     for (i = a0; i < a1; i++)
 623     {
 624         if (md->ptype[i] == eptShell)
 625         {
 626             if (nshell+1 > shfc->shell_nalloc)
 627             {
 628                 shfc->shell_nalloc = over_alloc_dd(nshell+1);
 629                 srenew(shell, shfc->shell_nalloc);
 630             }
 631             if (dd)
 632             {
 633                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[dd->gatindex[i]]];
 634             }
 635             else
 636             {
 637                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[i]];
 638             }
 639
 640             /* With inter-cg shells we can no do shell prediction,
 641              * so we do not need the nuclei numbers.
 642              */
 643             if (!shfc->bInterCG)
 644             {
 645                 shell[nshell].nucl1   = i + shell[nshell].nucl1 - shell[nshell].shell;
 646                 if (shell[nshell].nnucl > 1)
 647                 {
 648                     shell[nshell].nucl2 = i + shell[nshell].nucl2 - shell[nshell].shell;
 649                 }
 650                 if (shell[nshell].nnucl > 2)
 651                 {
 652                     shell[nshell].nucl3 = i + shell[nshell].nucl3 - shell[nshell].shell;
 653                 }
 654             }
 655             shell[nshell].shell = i;
 656             nshell++;
 657         }
 658     }
 659
 660     shfc->nshell = nshell;
 661     shfc->shell  = shell;
 662 }
 663
 664 static void do_1pos(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, real step)
 665 {
 666     real xo, yo, zo;
 667     real dx, dy, dz;
 668
 669     xo = xold[XX];
 670     yo = xold[YY];
 671     zo = xold[ZZ];
 672
 673     dx = f[XX]*step;
 674     dy = f[YY]*step;
 675     dz = f[ZZ]*step;
 676
 677     xnew[XX] = xo+dx;
 678     xnew[YY] = yo+dy;
 679     xnew[ZZ] = zo+dz;
 680 }
 681
 682 static void do_1pos3(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, const rvec step)
 683 {
 684     real xo, yo, zo;
 685     real dx, dy, dz;
 686
 687     xo = xold[XX];
 688     yo = xold[YY];
 689     zo = xold[ZZ];
 690
 691     dx = f[XX]*step[XX];
 692     dy = f[YY]*step[YY];
 693     dz = f[ZZ]*step[ZZ];
 694
 695     xnew[XX] = xo+dx;
 696     xnew[YY] = yo+dy;
 697     xnew[ZZ] = zo+dz;
 698 }
 699
 700 static void directional_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xold,
 701                            gmx::ArrayRef<gmx::RVec> xnew,
 702                            const rvec acc_dir[], int homenr, real step)
 703 {
 704     const rvec *xo = as_rvec_array(xold.data());
 705     rvec       *xn = as_rvec_array(xnew.data());
 706
 707     for (int i = 0; i < homenr; i++)
 708     {
 709         do_1pos(xn[i], xo[i], acc_dir[i], step);
 710     }
 711 }
 712
 713 static void shell_pos_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xcur,
 714                          gmx::ArrayRef<gmx::RVec> xnew,
 715                          gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> f,
 716                          int ns, t_shell s[], int count)
 717 {
 718     const real step_scale_min       = 0.8,
 719                step_scale_increment = 0.2,
 720                step_scale_max       = 1.2,
 721                step_scale_multiple  = (step_scale_max - step_scale_min) / step_scale_increment;
 722     int        i, shell, d;
 723     real       dx, df, k_est;
 724     const real zero = 0;
 725 #ifdef PRINT_STEP
 726     real       step_min, step_max;
 727
 728     step_min = 1e30;
 729     step_max = 0;
 730 #endif
 731     for (i = 0; (i < ns); i++)
 732     {
 733         shell = s[i].shell;
 734         if (count == 1)
 735         {
 736             for (d = 0; d < DIM; d++)
 737             {
 738                 s[i].step[d] = s[i].k_1;
 739 #ifdef PRINT_STEP
 740                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 741                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 742 #endif
 743             }
 744         }
 745         else
 746         {
 747             for (d = 0; d < DIM; d++)
 748             {
 749                 dx = xcur[shell][d] - s[i].xold[d];
 750                 df =    f[shell][d] - s[i].fold[d];
 751                 /* -dx/df gets used to generate an interpolated value, but would
 752                  * cause a NaN if df were binary-equal to zero. Values close to
 753                  * zero won't cause problems (because of the min() and max()), so
 754                  * just testing for binary inequality is OK. */
 755                 if (zero != df)
 756                 {
 757                     k_est = -dx/df;
 758                     /* Scale the step size by a factor interpolated from
 759                      * step_scale_min to step_scale_max, as k_est goes from 0 to
 760                      * step_scale_multiple * s[i].step[d] */
 761                     s[i].step[d] =
 762                         step_scale_min * s[i].step[d] +
 763                         step_scale_increment * std::min(step_scale_multiple * s[i].step[d], std::max(k_est, zero));
 764                 }
 765                 else
 766                 {
 767                     /* Here 0 == df */
 768                     if (gmx_numzero(dx)) /* 0 == dx */
 769                     {
 770                         /* Likely this will never happen, but if it does just
 771                          * don't scale the step. */
 772                     }
 773                     else /* 0 != dx */
 774                     {
 775                         s[i].step[d] *= step_scale_max;
 776                     }
 777                 }
 778 #ifdef PRINT_STEP
 779                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 780                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 781 #endif
 782             }
 783         }
 784         copy_rvec(xcur [shell], s[i].xold);
 785         copy_rvec(f[shell],   s[i].fold);
 786
 787         do_1pos3(xnew[shell], xcur[shell], f[shell], s[i].step);
 788
 789         if (gmx_debug_at)
 790         {
 791             fprintf(debug, "shell[%d] = %d\n", i, shell);
 792             pr_rvec(debug, 0, "fshell", f[shell], DIM, TRUE);
 793             pr_rvec(debug, 0, "xold", xcur[shell], DIM, TRUE);
 794             pr_rvec(debug, 0, "step", s[i].step, DIM, TRUE);
 795             pr_rvec(debug, 0, "xnew", xnew[shell], DIM, TRUE);
 796         }
 797     }
 798 #ifdef PRINT_STEP
 799     printf("step %.3e %.3e\n", step_min, step_max);
 800 #endif
 801 }
 802
 803 static void decrease_step_size(int nshell, t_shell s[])
 804 {
 805     int i;
 806
 807     for (i = 0; i < nshell; i++)
 808     {
 809         svmul(0.8, s[i].step, s[i].step);
 810     }
 811 }
 812
 813 static void print_epot(FILE *fp, gmx_int64_t mdstep, int count, real epot, real df,
 814                        int ndir, real sf_dir)
 815 {
 816     char buf[22];
 817
 818     fprintf(fp, "MDStep=%5s/%2d EPot: %12.8e, rmsF: %6.2e",
 819             gmx_step_str(mdstep, buf), count, epot, df);
 820     if (ndir)
 821     {
 822         fprintf(fp, ", dir. rmsF: %6.2e\n", std::sqrt(sf_dir/ndir));
 823     }
 824     else
 825     {
 826         fprintf(fp, "\n");
 827     }
 828 }
 829
 830
 831 static real rms_force(const t_commrec *cr, gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> force, int ns, t_shell s[],
 832                       int ndir, real *sf_dir, real *Epot)
 833 {
 834     double      buf[4];
 835     const rvec *f = as_rvec_array(force.data());
 836
 837     buf[0] = *sf_dir;
 838     for (int i = 0; i < ns; i++)
 839     {
 840         int shell  = s[i].shell;
 841         buf[0]    += norm2(f[shell]);
 842     }
 843     int ntot = ns;
 844
 845     if (PAR(cr))
 846     {
 847         buf[1] = ntot;
 848         buf[2] = *sf_dir;
 849         buf[3] = *Epot;
 850         gmx_sumd(4, buf, cr);
 851         ntot    = (int)(buf[1] + 0.5);
 852         *sf_dir = buf[2];
 853         *Epot   = buf[3];
 854     }
 855     ntot += ndir;
 856
 857     return (ntot ? std::sqrt(buf[0]/ntot) : 0);
 858 }
 859
 860 static void check_pbc(FILE *fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> x, int shell)
 861 {
 862     int m, now;
 863
 864     now = shell-4;
 865     for (m = 0; (m < DIM); m++)
 866     {
 867         if (fabs(x[shell][m]-x[now][m]) > 0.3)
 868         {
 869             pr_rvecs(fp, 0, "SHELL-X", as_rvec_array(x.data())+now, 5);
 870             break;
 871         }
 872     }
 873 }
 874
 875 static void dump_shells(FILE *fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> x, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> f, real ftol, int ns, t_shell s[])
 876 {
 877     int  i, shell;
 878     real ft2, ff2;
 879
 880     ft2 = gmx::square(ftol);
 881
 882     for (i = 0; (i < ns); i++)
 883     {
 884         shell = s[i].shell;
 885         ff2   = iprod(f[shell], f[shell]);
 886         if (ff2 > ft2)
 887         {
 888             fprintf(fp, "SHELL %5d, force %10.5f  %10.5f  %10.5f, |f| %10.5f\n",
 889                     shell, f[shell][XX], f[shell][YY], f[shell][ZZ], std::sqrt(ff2));
 890         }
 891         check_pbc(fp, x, shell);
 892     }
 893 }
 894
 895 static void init_adir(FILE *log, gmx_shellfc_t *shfc,
 896                       gmx_constr_t constr, t_idef *idef, t_inputrec *ir,
 897                       const t_commrec *cr,
 898                       const gmx_multisim_t *ms,
 899                       int dd_ac1,
 900                       gmx_int64_t step, t_mdatoms *md, int end,
 901                       rvec *x_old, rvec *x_init, rvec *x,
 902                       rvec *f, rvec *acc_dir,
 903                       gmx_bool bMolPBC, matrix box,
 904                       gmx::ArrayRef<const real> lambda, real *dvdlambda,
 905                       t_nrnb *nrnb)
 906 {
 907     rvec           *xnold, *xnew;
 908     double          dt, w_dt;
 909     int             n, d;
 910     unsigned short *ptype;
 911
 912     if (DOMAINDECOMP(cr))
 913     {
 914         n = dd_ac1;
 915     }
 916     else
 917     {
 918         n = end;
 919     }
 920     if (n > shfc->adir_nalloc)
 921     {
 922         shfc->adir_nalloc = over_alloc_dd(n);
 923         srenew(shfc->adir_xnold, shfc->adir_nalloc);
 924         srenew(shfc->adir_xnew, shfc->adir_nalloc);
 925     }
 926     xnold = shfc->adir_xnold;
 927     xnew  = shfc->adir_xnew;
 928
 929     ptype = md->ptype;
 930
 931     dt = ir->delta_t;
 932
 933     /* Does NOT work with freeze or acceleration groups (yet) */
 934     for (n = 0; n < end; n++)
 935     {
 936         w_dt = md->invmass[n]*dt;
 937
 938         for (d = 0; d < DIM; d++)
 939         {
 940             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 941             {
 942                 xnold[n][d] = x[n][d] - (x_init[n][d] - x_old[n][d]);
 943                 xnew[n][d]  = 2*x[n][d] - x_old[n][d] + f[n][d]*w_dt*dt;
 944             }
 945             else
 946             {
 947                 xnold[n][d] = x[n][d];
 948                 xnew[n][d]  = x[n][d];
 949             }
 950         }
 951     }
 952     constrain(log, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, cr, ms, step, 0, 1.0, md,
 953               x, xnold, nullptr, bMolPBC, box,
 954               lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 955               nullptr, nullptr, nrnb, econqCoord);
 956     constrain(log, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, cr, ms, step, 0, 1.0, md,
 957               x, xnew, nullptr, bMolPBC, box,
 958               lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 959               nullptr, nullptr, nrnb, econqCoord);
 960
 961     for (n = 0; n < end; n++)
 962     {
 963         for (d = 0; d < DIM; d++)
 964         {
 965             xnew[n][d] =
 966                 -(2*x[n][d]-xnold[n][d]-xnew[n][d])/gmx::square(dt)
 967                 - f[n][d]*md->invmass[n];
 968         }
 969         clear_rvec(acc_dir[n]);
 970     }
 971
 972     /* Project the acceleration on the old bond directions */
 973     constrain(log, FALSE, FALSE, constr, idef, ir, cr, ms, step, 0, 1.0, md,
 974               x_old, xnew, acc_dir, bMolPBC, box,
 975               lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 976               nullptr, nullptr, nrnb, econqDeriv_FlexCon);
 977 }
 978
 979 void relax_shell_flexcon(FILE *fplog, const t_commrec *cr,
 980                          const gmx_multisim_t *ms,
 981                          gmx_bool bVerbose,
 982                          gmx_int64_t mdstep, t_inputrec *inputrec,
 983                          gmx_bool bDoNS, int force_flags,
 984                          gmx_localtop_t *top,
 985                          gmx_constr_t constr,
 986                          gmx_enerdata_t *enerd, t_fcdata *fcd,
 987                          t_state *state, PaddedRVecVector *f,
 988                          tensor force_vir,
 989                          t_mdatoms *md,
 990                          t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
 991                          t_graph *graph,
 992                          gmx_groups_t *groups,
 993                          gmx_shellfc_t *shfc,
 994                          t_forcerec *fr,
 995                          double t, rvec mu_tot,
 996                          gmx_vsite_t *vsite,
 997                          DdOpenBalanceRegionBeforeForceComputation ddOpenBalanceRegion,
 998                          DdCloseBalanceRegionAfterForceComputation ddCloseBalanceRegion)
 999 {
1000     int        nshell;
1001     t_shell   *shell;
1002     t_idef    *idef;
1003     rvec      *acc_dir = nullptr, *x_old = nullptr;
1004     real       Epot[2], df[2];
1005     real       sf_dir, invdt;
1006     real       ftol, dum = 0;
1007     char       sbuf[22];
1008     gmx_bool   bCont, bInit, bConverged;
1009     int        nat, dd_ac0, dd_ac1 = 0, i;
1010     int        homenr = md->homenr, end = homenr, cg0, cg1;
1011     int        nflexcon, number_steps, d, Min = 0, count = 0;
1012 #define  Try (1-Min)             /* At start Try = 1 */
1013
1014     bCont        = (mdstep == inputrec->init_step) && inputrec->bContinuation;
1015     bInit        = (mdstep == inputrec->init_step) || shfc->bRequireInit;
1016     ftol         = inputrec->em_tol;
1017     number_steps = inputrec->niter;
1018     nshell       = shfc->nshell;
1019     shell        = shfc->shell;
1020     nflexcon     = shfc->nflexcon;
1021
1022     idef = &top->idef;
1023
1024     if (DOMAINDECOMP(cr))
1025     {
1026         nat = dd_natoms_vsite(cr->dd);
1027         if (nflexcon > 0)
1028         {
1029             dd_get_constraint_range(cr->dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
1030             nat = std::max(nat, dd_ac1);
1031         }
1032     }
1033     else
1034     {
1035         nat = state->natoms;
1036     }
1037
1038     for (i = 0; (i < 2); i++)
1039     {
1040         shfc->x[i].resize(gmx::paddedRVecVectorSize(nat));
1041         shfc->f[i].resize(gmx::paddedRVecVectorSize(nat));
1042     }
1043
1044     /* Create views that we can swap */
1045     gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> pos[2];
1046     gmx::PaddedArrayRef<gmx::RVec> force[2];
1047     for (i = 0; (i < 2); i++)
1048     {
1049         pos[i]   = shfc->x[i];
1050         force[i] = shfc->f[i];
1051     }
1052
1053     if (bDoNS && inputrec->ePBC != epbcNONE && !DOMAINDECOMP(cr))
1054     {
1055         /* This is the only time where the coordinates are used
1056          * before do_force is called, which normally puts all
1057          * charge groups in the box.
1058          */
1059         if (inputrec->cutoff_scheme == ecutsVERLET)
1060         {
1061             auto xRef = makeArrayRef(state->x);
1062             put_atoms_in_box_omp(fr->ePBC, state->box, xRef.subArray(0, md->homenr));
1063         }
1064         else
1065         {
1066             cg0 = 0;
1067             cg1 = top->cgs.nr;
1068             put_charge_groups_in_box(fplog, cg0, cg1, fr->ePBC, state->box,
1069                                      &(top->cgs), as_rvec_array(state->x.data()), fr->cg_cm);
1070         }
1071
1072         if (graph)
1073         {
1074             mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1075         }
1076     }
1077
1078     /* After this all coordinate arrays will contain whole charge groups */
1079     if (graph)
1080     {
1081         shift_self(graph, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1082     }
1083
1084     if (nflexcon)
1085     {
1086         if (nat > shfc->flex_nalloc)
1087         {
1088             shfc->flex_nalloc = over_alloc_dd(nat);
1089             srenew(shfc->acc_dir, shfc->flex_nalloc);
1090             srenew(shfc->x_old, shfc->flex_nalloc);
1091         }
1092         acc_dir = shfc->acc_dir;
1093         x_old   = shfc->x_old;
1094         for (i = 0; i < homenr; i++)
1095         {
1096             for (d = 0; d < DIM; d++)
1097             {
1098                 shfc->x_old[i][d] =
1099                     state->x[i][d] - state->v[i][d]*inputrec->delta_t;
1100             }
1101         }
1102     }
1103
1104     /* Do a prediction of the shell positions, when appropriate.
1105      * Without velocities (EM, NM, BD) we only do initial prediction.
1106      */
1107     if (shfc->bPredict && !bCont && (EI_STATE_VELOCITY(inputrec->eI) || bInit))
1108     {
1109         predict_shells(fplog, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(state->v.data()), inputrec->delta_t, nshell, shell,
1110                        md->massT, nullptr, bInit);
1111     }
1112
1113     /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1114     if (graph)
1115     {
1116         unshift_self(graph, state->box, as_rvec_array(state->x.data()));
1117     }
1118
1119     /* Calculate the forces first time around */
1120     if (gmx_debug_at)
1121     {
1122         pr_rvecs(debug, 0, "x b4 do_force", as_rvec_array(state->x.data()), homenr);
1123     }
1124     do_force(fplog, cr, ms, inputrec, mdstep, nrnb, wcycle, top, groups,
1125              state->box, state->x, &state->hist,
1126              force[Min], force_vir, md, enerd, fcd,
1127              state->lambda, graph,
1128              fr, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1129              (bDoNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | force_flags,
1130              ddOpenBalanceRegion, ddCloseBalanceRegion);
1131
1132     sf_dir = 0;
1133     if (nflexcon)
1134     {
1135         init_adir(fplog, shfc,
1136                   constr, idef, inputrec, cr, ms, dd_ac1, mdstep, md, end,
1137                   shfc->x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(force[Min].data()),
1138                   shfc->acc_dir,
1139                   fr->bMolPBC, state->box, state->lambda, &dum, nrnb);
1140
1141         for (i = 0; i < end; i++)
1142         {
1143             sf_dir += md->massT[i]*norm2(shfc->acc_dir[i]);
1144         }
1145     }
1146
1147     Epot[Min] = enerd->term[F_EPOT];
1148
1149     df[Min] = rms_force(cr, shfc->f[Min], nshell, shell, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Min]);
1150     df[Try] = 0;
1151     if (debug)
1152     {
1153         fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1154     }
1155
1156     if (gmx_debug_at)
1157     {
1158         pr_rvecs(debug, 0, "force0", as_rvec_array(force[Min].data()), md->nr);
1159     }
1160
1161     if (nshell+nflexcon > 0)
1162     {
1163         /* Copy x to pos[Min] & pos[Try]: during minimization only the
1164          * shell positions are updated, therefore the other particles must
1165          * be set here.
1166          */
1167         pos[Min] = state->x;
1168         pos[Try] = state->x;
1169     }
1170
1171     if (bVerbose && MASTER(cr))
1172     {
1173         print_epot(stdout, mdstep, 0, Epot[Min], df[Min], nflexcon, sf_dir);
1174     }
1175
1176     if (debug)
1177     {
1178         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1179                 interaction_function[F_EKIN].longname, enerd->term[F_EKIN]);
1180         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1181                 interaction_function[F_EPOT].longname, enerd->term[F_EPOT]);
1182         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n",
1183                 interaction_function[F_ETOT].longname, enerd->term[F_ETOT]);
1184         fprintf(debug, "SHELLSTEP %s\n", gmx_step_str(mdstep, sbuf));
1185     }
1186
1187     /* First check whether we should do shells, or whether the force is
1188      * low enough even without minimization.
1189      */
1190     bConverged = (df[Min] < ftol);
1191
1192     for (count = 1; (!(bConverged) && (count < number_steps)); count++)
1193     {
1194         if (vsite)
1195         {
1196             construct_vsites(vsite, as_rvec_array(pos[Min].data()),
1197                              inputrec->delta_t, as_rvec_array(state->v.data()),
1198                              idef->iparams, idef->il,
1199                              fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, state->box);
1200         }
1201
1202         if (nflexcon)
1203         {
1204             init_adir(fplog, shfc,
1205                       constr, idef, inputrec, cr, ms, dd_ac1, mdstep, md, end,
1206                       x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(pos[Min].data()), as_rvec_array(force[Min].data()), acc_dir,
1207                       fr->bMolPBC, state->box, state->lambda, &dum, nrnb);
1208
1209             directional_sd(pos[Min], pos[Try], acc_dir, end, fr->fc_stepsize);
1210         }
1211
1212         /* New positions, Steepest descent */
1213         shell_pos_sd(pos[Min], pos[Try], force[Min], nshell, shell, count);
1214
1215         /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1216         if (graph)
1217         {
1218             unshift_self(graph, state->box, as_rvec_array(pos[Try].data()));
1219         }
1220
1221         if (gmx_debug_at)
1222         {
1223             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Min]  ", as_rvec_array(pos[Min].data()), homenr);
1224             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Try]  ", as_rvec_array(pos[Try].data()), homenr);
1225         }
1226         /* Try the new positions */
1227         do_force(fplog, cr, ms, inputrec, 1, nrnb, wcycle,
1228                  top, groups, state->box, pos[Try], &state->hist,
1229                  force[Try], force_vir,
1230                  md, enerd, fcd, state->lambda, graph,
1231                  fr, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1232                  force_flags,
1233                  ddOpenBalanceRegion, ddCloseBalanceRegion);
1234
1235         if (gmx_debug_at)
1236         {
1237             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Min]", as_rvec_array(force[Min].data()), homenr);
1238             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Try]", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1239         }
1240         sf_dir = 0;
1241         if (nflexcon)
1242         {
1243             init_adir(fplog, shfc,
1244                       constr, idef, inputrec, cr, ms, dd_ac1, mdstep, md, end,
1245                       x_old, as_rvec_array(state->x.data()), as_rvec_array(pos[Try].data()), as_rvec_array(force[Try].data()), acc_dir,
1246                       fr->bMolPBC, state->box, state->lambda, &dum, nrnb);
1247
1248             for (i = 0; i < end; i++)
1249             {
1250                 sf_dir += md->massT[i]*norm2(acc_dir[i]);
1251             }
1252         }
1253
1254         Epot[Try] = enerd->term[F_EPOT];
1255
1256         df[Try] = rms_force(cr, force[Try], nshell, shell, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Try]);
1257
1258         if (debug)
1259         {
1260             fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1261         }
1262
1263         if (debug)
1264         {
1265             if (gmx_debug_at)
1266             {
1267                 pr_rvecs(debug, 0, "F na do_force", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1268             }
1269             if (gmx_debug_at)
1270             {
1271                 fprintf(debug, "SHELL ITER %d\n", count);
1272                 dump_shells(debug, pos[Try], force[Try], ftol, nshell, shell);
1273             }
1274         }
1275
1276         if (bVerbose && MASTER(cr))
1277         {
1278             print_epot(stdout, mdstep, count, Epot[Try], df[Try], nflexcon, sf_dir);
1279         }
1280
1281         bConverged = (df[Try] < ftol);
1282
1283         if ((df[Try] < df[Min]))
1284         {
1285             if (debug)
1286             {
1287                 fprintf(debug, "Swapping Min and Try\n");
1288             }
1289             if (nflexcon)
1290             {
1291                 /* Correct the velocities for the flexible constraints */
1292                 invdt = 1/inputrec->delta_t;
1293                 for (i = 0; i < end; i++)
1294                 {
1295                     for (d = 0; d < DIM; d++)
1296                     {
1297                         state->v[i][d] += (pos[Try][i][d] - pos[Min][i][d])*invdt;
1298                     }
1299                 }
1300             }
1301             Min  = Try;
1302         }
1303         else
1304         {
1305             decrease_step_size(nshell, shell);
1306         }
1307     }
1308     shfc->numForceEvaluations += count;
1309     if (bConverged)
1310     {
1311         shfc->numConvergedIterations++;
1312     }
1313     if (MASTER(cr) && !(bConverged))
1314     {
1315         /* Note that the energies and virial are incorrect when not converged */
1316         if (fplog)
1317         {
1318             fprintf(fplog,
1319                     "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %.3f\n",
1320                     gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1321         }
1322         fprintf(stderr,
1323                 "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %.3f\n",
1324                 gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1325     }
1326
1327     /* Copy back the coordinates and the forces */
1328     std::copy(pos[Min].begin(), pos[Min].end(), state->x.begin());
1329     std::copy(force[Min].begin(), force[Min].end(), f->begin());
1330 }
1331
1332 void done_shellfc(FILE *fplog, gmx_shellfc_t *shfc, gmx_int64_t numSteps)
1333 {
1334     if (shfc && fplog && numSteps > 0)
1335     {
1336         double numStepsAsDouble = static_cast<double>(numSteps);
1337         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1338                 (shfc->numConvergedIterations*100.0)/numStepsAsDouble);
1339         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1340                 shfc->numForceEvaluations/numStepsAsDouble);
1341     }
1342
1343     // TODO Deallocate memory in shfc
1344 }