src/gromacs/mdlib/tests/constrtestdata.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 /*! \internal \file
  36  * \brief SHAKE and LINCS tests.
  37  *
  38  * \todo Better tests for virial are needed.
  39  * \todo Tests for bigger systems to test threads synchronization,
  40  *       reduction, etc. on the GPU.
  41  * \todo Tests for algorithms for derivatives.
  42  * \todo Free-energy perturbation tests
  43  *
  44  * \author Artem Zhmurov <zhmurov@gmail.com>
  45  * \ingroup module_mdlib
  46  */
  47
  48 #include "gmxpre.h"
  49
  50 #include "constrtestdata.h"
  51
  52 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  53 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  54
  55 namespace gmx
  56 {
  57 namespace test
  58 {
  59
  60 ConstraintsTestData::ConstraintsTestData(const std::string&       title,
  61                                          int                      numAtoms,
  62                                          std::vector<real>        masses,
  63                                          std::vector<int>         constraints,
  64                                          std::vector<real>        constraintsR0,
  65                                          bool                     computeVirial,
  66                                          tensor                   virialScaledRef,
  67                                          bool                     compute_dHdLambda,
  68                                          float                    dHdLambdaRef,
  69                                          real                     initialTime,
  70                                          real                     timestep,
  71                                          const std::vector<RVec>& x,
  72                                          const std::vector<RVec>& xPrime,
  73                                          const std::vector<RVec>& v,
  74                                          real                     shakeTolerance,
  75                                          gmx_bool                 shakeUseSOR,
  76                                          int                      lincsNumIterations,
  77                                          int                      lincsExpansionOrder,
  78                                          real                     lincsWarnAngle)
  79 {
  80     title_    = title;    // Human-friendly name of the system
  81     numAtoms_ = numAtoms; // Number of atoms
  82
  83     // Masses of atoms
  84     masses_ = masses;
  85     invmass_.resize(numAtoms); // Vector of inverse masses
  86
  87     for (int i = 0; i < numAtoms; i++)
  88     {
  89         invmass_[i] = 1.0 / masses.at(i);
  90     }
  91
  92     // Saving constraints to check if they are satisfied after algorithm was applied
  93     constraints_   = constraints;   // Constraints indices (in type-i-j format)
  94     constraintsR0_ = constraintsR0; // Equilibrium distances for each type of constraint
  95
  96     invdt_ = 1.0 / timestep; // Inverse timestep
  97
  98     // Communication record
  99     cr_.nnodes = 1;
 100     cr_.dd     = nullptr;
 101
 102     // Multisim data
 103     ms_.sim  = 0;
 104     ms_.nsim = 1;
 105
 106     // Input record - data that usually comes from configuration file (.mdp)
 107     ir_.efep    = 0;
 108     ir_.init_t  = initialTime;
 109     ir_.delta_t = timestep;
 110     ir_.eI      = 0;
 111
 112     // MD atoms data
 113     md_.nMassPerturbed = 0;
 114     md_.lambda         = 0.0;
 115     md_.invmass        = invmass_.data();
 116     md_.nr             = numAtoms;
 117     md_.homenr         = numAtoms;
 118
 119     // Virial evaluation
 120     computeVirial_ = computeVirial;
 121     if (computeVirial)
 122     {
 123         for (int i = 0; i < DIM; i++)
 124         {
 125             for (int j = 0; j < DIM; j++)
 126             {
 127                 virialScaled_[i][j]    = 0;
 128                 virialScaledRef_[i][j] = virialScaledRef[i][j];
 129             }
 130         }
 131     }
 132
 133
 134     // Free energy evaluation
 135     compute_dHdLambda_ = compute_dHdLambda;
 136     dHdLambda_         = 0;
 137     if (compute_dHdLambda_)
 138     {
 139         ir_.efep      = efepYES;
 140         dHdLambdaRef_ = dHdLambdaRef;
 141     }
 142     else
 143     {
 144         ir_.efep      = efepNO;
 145         dHdLambdaRef_ = 0;
 146     }
 147
 148     // Constraints and their parameters (local topology)
 149     for (int i = 0; i < F_NRE; i++)
 150     {
 151         idef_.il[i].nr = 0;
 152     }
 153     idef_.il[F_CONSTR].nr = constraints.size();
 154
 155     snew(idef_.il[F_CONSTR].iatoms, constraints.size());
 156     int maxType = 0;
 157     for (index i = 0; i < ssize(constraints); i++)
 158     {
 159         if (i % 3 == 0)
 160         {
 161             if (maxType < constraints.at(i))
 162             {
 163                 maxType = constraints.at(i);
 164             }
 165         }
 166         idef_.il[F_CONSTR].iatoms[i] = constraints.at(i);
 167     }
 168     snew(idef_.iparams, maxType + 1);
 169     for (index i = 0; i < ssize(constraints) / 3; i++)
 170     {
 171         idef_.iparams[constraints.at(3 * i)].constr.dA = constraintsR0.at(constraints.at(3 * i));
 172         idef_.iparams[constraints.at(3 * i)].constr.dB = constraintsR0.at(constraints.at(3 * i));
 173     }
 174
 175     // Constraints and their parameters (global topology)
 176     InteractionList interactionList;
 177     interactionList.iatoms.resize(constraints.size());
 178     std::copy(constraints.begin(), constraints.end(), interactionList.iatoms.begin());
 179     InteractionList interactionListEmpty;
 180     interactionListEmpty.iatoms.resize(0);
 181
 182     gmx_moltype_t molType;
 183     molType.atoms.nr             = numAtoms;
 184     molType.ilist.at(F_CONSTR)   = interactionList;
 185     molType.ilist.at(F_CONSTRNC) = interactionListEmpty;
 186     mtop_.moltype.push_back(molType);
 187
 188     gmx_molblock_t molBlock;
 189     molBlock.type = 0;
 190     molBlock.nmol = 1;
 191     mtop_.molblock.push_back(molBlock);
 192
 193     mtop_.natoms = numAtoms;
 194     mtop_.ffparams.iparams.resize(maxType + 1);
 195     for (int i = 0; i <= maxType; i++)
 196     {
 197         mtop_.ffparams.iparams.at(i) = idef_.iparams[i];
 198     }
 199     mtop_.bIntermolecularInteractions = false;
 200
 201     // Coordinates and velocities
 202     x_.resizeWithPadding(numAtoms);
 203     xPrime_.resizeWithPadding(numAtoms);
 204     xPrime0_.resizeWithPadding(numAtoms);
 205     xPrime2_.resizeWithPadding(numAtoms);
 206
 207     v_.resizeWithPadding(numAtoms);
 208     v0_.resizeWithPadding(numAtoms);
 209
 210     std::copy(x.begin(), x.end(), x_.begin());
 211     std::copy(xPrime.begin(), xPrime.end(), xPrime_.begin());
 212     std::copy(xPrime.begin(), xPrime.end(), xPrime0_.begin());
 213     std::copy(xPrime.begin(), xPrime.end(), xPrime2_.begin());
 214
 215     std::copy(v.begin(), v.end(), v_.begin());
 216     std::copy(v.begin(), v.end(), v0_.begin());
 217
 218     // SHAKE-specific parameters
 219     ir_.shake_tol = shakeTolerance;
 220     ir_.bShakeSOR = shakeUseSOR;
 221
 222     // LINCS-specific parameters
 223     ir_.nLincsIter     = lincsNumIterations;
 224     ir_.nProjOrder     = lincsExpansionOrder;
 225     ir_.LincsWarnAngle = lincsWarnAngle;
 226 }
 227
 228 /*! \brief
 229  * Reset the data structure so it can be reused.
 230  *
 231  * Set the coordinates and velocities back to their values before
 232  * constraining. The scaled virial tensor and dHdLambda are zeroed.
 233  *
 234  */
 235 void ConstraintsTestData::reset()
 236 {
 237     xPrime_  = xPrime0_;
 238     xPrime2_ = xPrime0_;
 239     v_       = v0_;
 240
 241     if (computeVirial_)
 242     {
 243         for (int i = 0; i < DIM; i++)
 244         {
 245             for (int j = 0; j < DIM; j++)
 246             {
 247                 virialScaled_[i][j] = 0;
 248             }
 249         }
 250     }
 251     dHdLambda_ = 0;
 252 }
 253
 254 /*! \brief
 255  * Cleaning up the memory.
 256  */
 257 ConstraintsTestData::~ConstraintsTestData()
 258 {
 259     sfree(idef_.il[F_CONSTR].iatoms);
 260     sfree(idef_.iparams);
 261 }
 262
 263 } // namespace test
 264 } // namespace gmx