src/gromacs/mdlib/tpi.c

   1 /* -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  *                        VERSION 3.2.0
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * GROwing Monsters And Cloning Shrimps
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <string.h>
  41 #include <time.h>
  42 #include <math.h>
  43 #include "sysstuff.h"
  44 #include "string2.h"
  45 #include "network.h"
  46 #include "gromacs/fileio/confio.h"
  47 #include "smalloc.h"
  48 #include "nrnb.h"
  49 #include "main.h"
  50 #include "chargegroup.h"
  51 #include "force.h"
  52 #include "macros.h"
  53 #include "random.h"
  54 #include "names.h"
  55 #include "gmx_fatal.h"
  56 #include "txtdump.h"
  57 #include "typedefs.h"
  58 #include "update.h"
  59 #include "random.h"
  60 #include "constr.h"
  61 #include "vec.h"
  62 #include "statutil.h"
  63 #include "tgroup.h"
  64 #include "mdebin.h"
  65 #include "vsite.h"
  66 #include "force.h"
  67 #include "mdrun.h"
  68 #include "domdec.h"
  69 #include "partdec.h"
  70 #include "gmx_random.h"
  71 #include "physics.h"
  72 #include "xvgr.h"
  73 #include "mdatoms.h"
  74 #include "ns.h"
  75 #include "gmx_wallcycle.h"
  76 #include "mtop_util.h"
  77 #include "gromacs/fileio/gmxfio.h"
  78 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  79 #include "pme.h"
  80 #include "gbutil.h"
  81 #include "gromacs/timing/walltime_accounting.h"
  82
  83 #ifdef GMX_X86_SSE2
  84 #include "gmx_x86_sse2.h"
  85 #endif
  86
  87
  88 static void global_max(t_commrec *cr, int *n)
  89 {
  90     int *sum, i;
  91
  92     snew(sum, cr->nnodes);
  93     sum[cr->nodeid] = *n;
  94     gmx_sumi(cr->nnodes, sum, cr);
  95     for (i = 0; i < cr->nnodes; i++)
  96     {
  97         *n = max(*n, sum[i]);
  98     }
  99
 100     sfree(sum);
 101 }
 102
 103 static void realloc_bins(double **bin, int *nbin, int nbin_new)
 104 {
 105     int i;
 106
 107     if (nbin_new != *nbin)
 108     {
 109         srenew(*bin, nbin_new);
 110         for (i = *nbin; i < nbin_new; i++)
 111         {
 112             (*bin)[i] = 0;
 113         }
 114         *nbin = nbin_new;
 115     }
 116 }
 117
 118 double do_tpi(FILE *fplog, t_commrec *cr,
 119               int nfile, const t_filenm fnm[],
 120               const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose, gmx_bool gmx_unused bCompact,
 121               int gmx_unused nstglobalcomm,
 122               gmx_vsite_t gmx_unused *vsite, gmx_constr_t gmx_unused constr,
 123               int gmx_unused stepout,
 124               t_inputrec *inputrec,
 125               gmx_mtop_t *top_global, t_fcdata *fcd,
 126               t_state *state,
 127               t_mdatoms *mdatoms,
 128               t_nrnb *nrnb, gmx_wallcycle_t wcycle,
 129               gmx_edsam_t gmx_unused ed,
 130               t_forcerec *fr,
 131               int gmx_unused repl_ex_nst, int gmx_unused repl_ex_nex, int gmx_unused repl_ex_seed,
 132               gmx_membed_t gmx_unused membed,
 133               real gmx_unused cpt_period, real gmx_unused max_hours,
 134               const char gmx_unused *deviceOptions,
 135               unsigned long gmx_unused Flags,
 136               gmx_walltime_accounting_t walltime_accounting)
 137 {
 138     const char     *TPI = "Test Particle Insertion";
 139     gmx_localtop_t *top;
 140     gmx_groups_t   *groups;
 141     gmx_enerdata_t *enerd;
 142     rvec           *f;
 143     real            lambda, t, temp, beta, drmax, epot;
 144     double          embU, sum_embU, *sum_UgembU, V, V_all, VembU_all;
 145     t_trxstatus    *status;
 146     t_trxframe      rerun_fr;
 147     gmx_bool        bDispCorr, bCharge, bRFExcl, bNotLastFrame, bStateChanged, bNS, bOurStep;
 148     tensor          force_vir, shake_vir, vir, pres;
 149     int             cg_tp, a_tp0, a_tp1, ngid, gid_tp, nener, e;
 150     rvec           *x_mol;
 151     rvec            mu_tot, x_init, dx, x_tp;
 152     int             nnodes, frame, nsteps, step;
 153     int             i, start, end;
 154     gmx_rng_t       tpi_rand;
 155     FILE           *fp_tpi = NULL;
 156     char           *ptr, *dump_pdb, **leg, str[STRLEN], str2[STRLEN];
 157     double          dbl, dump_ener;
 158     gmx_bool        bCavity;
 159     int             nat_cavity  = 0, d;
 160     real           *mass_cavity = NULL, mass_tot;
 161     int             nbin;
 162     double          invbinw, *bin, refvolshift, logV, bUlogV;
 163     real            dvdl, prescorr, enercorr, dvdlcorr;
 164     gmx_bool        bEnergyOutOfBounds;
 165     const char     *tpid_leg[2] = {"direct", "reweighted"};
 166
 167     /* Since there is no upper limit to the insertion energies,
 168      * we need to set an upper limit for the distribution output.
 169      */
 170     real bU_bin_limit      = 50;
 171     real bU_logV_bin_limit = bU_bin_limit + 10;
 172
 173     nnodes = cr->nnodes;
 174
 175     top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global, inputrec);
 176
 177     groups = &top_global->groups;
 178
 179     bCavity = (inputrec->eI == eiTPIC);
 180     if (bCavity)
 181     {
 182         ptr = getenv("GMX_TPIC_MASSES");
 183         if (ptr == NULL)
 184         {
 185             nat_cavity = 1;
 186         }
 187         else
 188         {
 189             /* Read (multiple) masses from env var GMX_TPIC_MASSES,
 190              * The center of mass of the last atoms is then used for TPIC.
 191              */
 192             nat_cavity = 0;
 193             while (sscanf(ptr, "%lf%n", &dbl, &i) > 0)
 194             {
 195                 srenew(mass_cavity, nat_cavity+1);
 196                 mass_cavity[nat_cavity] = dbl;
 197                 fprintf(fplog, "mass[%d] = %f\n",
 198                         nat_cavity+1, mass_cavity[nat_cavity]);
 199                 nat_cavity++;
 200                 ptr += i;
 201             }
 202             if (nat_cavity == 0)
 203             {
 204                 gmx_fatal(FARGS, "Found %d masses in GMX_TPIC_MASSES", nat_cavity);
 205             }
 206         }
 207     }
 208
 209     /*
 210        init_em(fplog,TPI,inputrec,&lambda,nrnb,mu_tot,
 211        state->box,fr,mdatoms,top,cr,nfile,fnm,NULL,NULL);*/
 212     /* We never need full pbc for TPI */
 213     fr->ePBC = epbcXYZ;
 214     /* Determine the temperature for the Boltzmann weighting */
 215     temp = inputrec->opts.ref_t[0];
 216     if (fplog)
 217     {
 218         for (i = 1; (i < inputrec->opts.ngtc); i++)
 219         {
 220             if (inputrec->opts.ref_t[i] != temp)
 221             {
 222                 fprintf(fplog, "\nWARNING: The temperatures of the different temperature coupling groups are not identical\n\n");
 223                 fprintf(stderr, "\nWARNING: The temperatures of the different temperature coupling groups are not identical\n\n");
 224             }
 225         }
 226         fprintf(fplog,
 227                 "\n  The temperature for test particle insertion is %.3f K\n\n",
 228                 temp);
 229     }
 230     beta = 1.0/(BOLTZ*temp);
 231
 232     /* Number of insertions per frame */
 233     nsteps = inputrec->nsteps;
 234
 235     /* Use the same neighborlist with more insertions points
 236      * in a sphere of radius drmax around the initial point
 237      */
 238     /* This should be a proper mdp parameter */
 239     drmax = inputrec->rtpi;
 240
 241     /* An environment variable can be set to dump all configurations
 242      * to pdb with an insertion energy <= this value.
 243      */
 244     dump_pdb  = getenv("GMX_TPI_DUMP");
 245     dump_ener = 0;
 246     if (dump_pdb)
 247     {
 248         sscanf(dump_pdb, "%lf", &dump_ener);
 249     }
 250
 251     atoms2md(top_global, inputrec, 0, NULL, 0, top_global->natoms, mdatoms);
 252     update_mdatoms(mdatoms, inputrec->fepvals->init_lambda);
 253
 254     snew(enerd, 1);
 255     init_enerdata(groups->grps[egcENER].nr, inputrec->fepvals->n_lambda, enerd);
 256     snew(f, top_global->natoms);
 257
 258     /* Print to log file  */
 259     walltime_accounting_start(walltime_accounting);
 260     print_date_and_time(fplog, cr->nodeid,
 261                         "Started Test Particle Insertion",
 262                         walltime_accounting);
 263     wallcycle_start(wcycle, ewcRUN);
 264
 265     /* The last charge group is the group to be inserted */
 266     cg_tp = top->cgs.nr - 1;
 267     a_tp0 = top->cgs.index[cg_tp];
 268     a_tp1 = top->cgs.index[cg_tp+1];
 269     if (debug)
 270     {
 271         fprintf(debug, "TPI cg %d, atoms %d-%d\n", cg_tp, a_tp0, a_tp1);
 272     }
 273     if (a_tp1 - a_tp0 > 1 &&
 274         (inputrec->rlist < inputrec->rcoulomb ||
 275          inputrec->rlist < inputrec->rvdw))
 276     {
 277         gmx_fatal(FARGS, "Can not do TPI for multi-atom molecule with a twin-range cut-off");
 278     }
 279     snew(x_mol, a_tp1-a_tp0);
 280
 281     bDispCorr = (inputrec->eDispCorr != edispcNO);
 282     bCharge   = FALSE;
 283     for (i = a_tp0; i < a_tp1; i++)
 284     {
 285         /* Copy the coordinates of the molecule to be insterted */
 286         copy_rvec(state->x[i], x_mol[i-a_tp0]);
 287         /* Check if we need to print electrostatic energies */
 288         bCharge |= (mdatoms->chargeA[i] != 0 ||
 289                     (mdatoms->chargeB && mdatoms->chargeB[i] != 0));
 290     }
 291     bRFExcl = (bCharge && EEL_RF(fr->eeltype) && fr->eeltype != eelRF_NEC);
 292
 293     calc_cgcm(fplog, cg_tp, cg_tp+1, &(top->cgs), state->x, fr->cg_cm);
 294     if (bCavity)
 295     {
 296         if (norm(fr->cg_cm[cg_tp]) > 0.5*inputrec->rlist && fplog)
 297         {
 298             fprintf(fplog, "WARNING: Your TPI molecule is not centered at 0,0,0\n");
 299             fprintf(stderr, "WARNING: Your TPI molecule is not centered at 0,0,0\n");
 300         }
 301     }
 302     else
 303     {
 304         /* Center the molecule to be inserted at zero */
 305         for (i = 0; i < a_tp1-a_tp0; i++)
 306         {
 307             rvec_dec(x_mol[i], fr->cg_cm[cg_tp]);
 308         }
 309     }
 310
 311     if (fplog)
 312     {
 313         fprintf(fplog, "\nWill insert %d atoms %s partial charges\n",
 314                 a_tp1-a_tp0, bCharge ? "with" : "without");
 315
 316         fprintf(fplog, "\nWill insert %d times in each frame of %s\n",
 317                 nsteps, opt2fn("-rerun", nfile, fnm));
 318     }
 319
 320     if (!bCavity)
 321     {
 322         if (inputrec->nstlist > 1)
 323         {
 324             if (drmax == 0 && a_tp1-a_tp0 == 1)
 325             {
 326                 gmx_fatal(FARGS, "Re-using the neighborlist %d times for insertions of a single atom in a sphere of radius %f does not make sense", inputrec->nstlist, drmax);
 327             }
 328             if (fplog)
 329             {
 330                 fprintf(fplog, "Will use the same neighborlist for %d insertions in a sphere of radius %f\n", inputrec->nstlist, drmax);
 331             }
 332         }
 333     }
 334     else
 335     {
 336         if (fplog)
 337         {
 338             fprintf(fplog, "Will insert randomly in a sphere of radius %f around the center of the cavity\n", drmax);
 339         }
 340     }
 341
 342     ngid   = groups->grps[egcENER].nr;
 343     gid_tp = GET_CGINFO_GID(fr->cginfo[cg_tp]);
 344     nener  = 1 + ngid;
 345     if (bDispCorr)
 346     {
 347         nener += 1;
 348     }
 349     if (bCharge)
 350     {
 351         nener += ngid;
 352         if (bRFExcl)
 353         {
 354             nener += 1;
 355         }
 356         if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 357         {
 358             nener += 1;
 359         }
 360     }
 361     snew(sum_UgembU, nener);
 362
 363     /* Initialize random generator */
 364     tpi_rand = gmx_rng_init(inputrec->ld_seed);
 365
 366     if (MASTER(cr))
 367     {
 368         fp_tpi = xvgropen(opt2fn("-tpi", nfile, fnm),
 369                           "TPI energies", "Time (ps)",
 370                           "(kJ mol\\S-1\\N) / (nm\\S3\\N)", oenv);
 371         xvgr_subtitle(fp_tpi, "f. are averages over one frame", oenv);
 372         snew(leg, 4+nener);
 373         e = 0;
 374         sprintf(str, "-kT log(<Ve\\S-\\betaU\\N>/<V>)");
 375         leg[e++] = strdup(str);
 376         sprintf(str, "f. -kT log<e\\S-\\betaU\\N>");
 377         leg[e++] = strdup(str);
 378         sprintf(str, "f. <e\\S-\\betaU\\N>");
 379         leg[e++] = strdup(str);
 380         sprintf(str, "f. V");
 381         leg[e++] = strdup(str);
 382         sprintf(str, "f. <Ue\\S-\\betaU\\N>");
 383         leg[e++] = strdup(str);
 384         for (i = 0; i < ngid; i++)
 385         {
 386             sprintf(str, "f. <U\\sVdW %s\\Ne\\S-\\betaU\\N>",
 387                     *(groups->grpname[groups->grps[egcENER].nm_ind[i]]));
 388             leg[e++] = strdup(str);
 389         }
 390         if (bDispCorr)
 391         {
 392             sprintf(str, "f. <U\\sdisp c\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 393             leg[e++] = strdup(str);
 394         }
 395         if (bCharge)
 396         {
 397             for (i = 0; i < ngid; i++)
 398             {
 399                 sprintf(str, "f. <U\\sCoul %s\\Ne\\S-\\betaU\\N>",
 400                         *(groups->grpname[groups->grps[egcENER].nm_ind[i]]));
 401                 leg[e++] = strdup(str);
 402             }
 403             if (bRFExcl)
 404             {
 405                 sprintf(str, "f. <U\\sRF excl\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 406                 leg[e++] = strdup(str);
 407             }
 408             if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 409             {
 410                 sprintf(str, "f. <U\\sCoul recip\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 411                 leg[e++] = strdup(str);
 412             }
 413         }
 414         xvgr_legend(fp_tpi, 4+nener, (const char**)leg, oenv);
 415         for (i = 0; i < 4+nener; i++)
 416         {
 417             sfree(leg[i]);
 418         }
 419         sfree(leg);
 420     }
 421     clear_rvec(x_init);
 422     V_all     = 0;
 423     VembU_all = 0;
 424
 425     invbinw = 10;
 426     nbin    = 10;
 427     snew(bin, nbin);
 428
 429     bNotLastFrame = read_first_frame(oenv, &status, opt2fn("-rerun", nfile, fnm),
 430                                      &rerun_fr, TRX_NEED_X);
 431     frame = 0;
 432
 433     if (rerun_fr.natoms - (bCavity ? nat_cavity : 0) !=
 434         mdatoms->nr - (a_tp1 - a_tp0))
 435     {
 436         gmx_fatal(FARGS, "Number of atoms in trajectory (%d)%s "
 437                   "is not equal the number in the run input file (%d) "
 438                   "minus the number of atoms to insert (%d)\n",
 439                   rerun_fr.natoms, bCavity ? " minus one" : "",
 440                   mdatoms->nr, a_tp1-a_tp0);
 441     }
 442
 443     refvolshift = log(det(rerun_fr.box));
 444
 445 #ifdef GMX_X86_SSE2
 446     /* Make sure we don't detect SSE overflow generated before this point */
 447     gmx_mm_check_and_reset_overflow();
 448 #endif
 449
 450     while (bNotLastFrame)
 451     {
 452         lambda = rerun_fr.lambda;
 453         t      = rerun_fr.time;
 454
 455         sum_embU = 0;
 456         for (e = 0; e < nener; e++)
 457         {
 458             sum_UgembU[e] = 0;
 459         }
 460
 461         /* Copy the coordinates from the input trajectory */
 462         for (i = 0; i < rerun_fr.natoms; i++)
 463         {
 464             copy_rvec(rerun_fr.x[i], state->x[i]);
 465         }
 466         copy_mat(rerun_fr.box, state->box);
 467
 468         V    = det(state->box);
 469         logV = log(V);
 470
 471         bStateChanged = TRUE;
 472         bNS           = TRUE;
 473         for (step = 0; step < nsteps; step++)
 474         {
 475             /* In parallel all nodes generate all random configurations.
 476              * In that way the result is identical to a single cpu tpi run.
 477              */
 478             if (!bCavity)
 479             {
 480                 /* Random insertion in the whole volume */
 481                 bNS = (step % inputrec->nstlist == 0);
 482                 if (bNS)
 483                 {
 484                     /* Generate a random position in the box */
 485                     x_init[XX] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[XX][XX];
 486                     x_init[YY] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[YY][YY];
 487                     x_init[ZZ] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[ZZ][ZZ];
 488                 }
 489                 if (inputrec->nstlist == 1)
 490                 {
 491                     copy_rvec(x_init, x_tp);
 492                 }
 493                 else
 494                 {
 495                     /* Generate coordinates within |dx|=drmax of x_init */
 496                     do
 497                     {
 498                         dx[XX] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 499                         dx[YY] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 500                         dx[ZZ] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 501                     }
 502                     while (norm2(dx) > drmax*drmax);
 503                     rvec_add(x_init, dx, x_tp);
 504                 }
 505             }
 506             else
 507             {
 508                 /* Random insertion around a cavity location
 509                  * given by the last coordinate of the trajectory.
 510                  */
 511                 if (step == 0)
 512                 {
 513                     if (nat_cavity == 1)
 514                     {
 515                         /* Copy the location of the cavity */
 516                         copy_rvec(rerun_fr.x[rerun_fr.natoms-1], x_init);
 517                     }
 518                     else
 519                     {
 520                         /* Determine the center of mass of the last molecule */
 521                         clear_rvec(x_init);
 522                         mass_tot = 0;
 523                         for (i = 0; i < nat_cavity; i++)
 524                         {
 525                             for (d = 0; d < DIM; d++)
 526                             {
 527                                 x_init[d] +=
 528                                     mass_cavity[i]*rerun_fr.x[rerun_fr.natoms-nat_cavity+i][d];
 529                             }
 530                             mass_tot += mass_cavity[i];
 531                         }
 532                         for (d = 0; d < DIM; d++)
 533                         {
 534                             x_init[d] /= mass_tot;
 535                         }
 536                     }
 537                 }
 538                 /* Generate coordinates within |dx|=drmax of x_init */
 539                 do
 540                 {
 541                     dx[XX] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 542                     dx[YY] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 543                     dx[ZZ] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 544                 }
 545                 while (norm2(dx) > drmax*drmax);
 546                 rvec_add(x_init, dx, x_tp);
 547             }
 548
 549             if (a_tp1 - a_tp0 == 1)
 550             {
 551                 /* Insert a single atom, just copy the insertion location */
 552                 copy_rvec(x_tp, state->x[a_tp0]);
 553             }
 554             else
 555             {
 556                 /* Copy the coordinates from the top file */
 557                 for (i = a_tp0; i < a_tp1; i++)
 558                 {
 559                     copy_rvec(x_mol[i-a_tp0], state->x[i]);
 560                 }
 561                 /* Rotate the molecule randomly */
 562                 rotate_conf(a_tp1-a_tp0, state->x+a_tp0, NULL,
 563                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand),
 564                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand),
 565                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand));
 566                 /* Shift to the insertion location */
 567                 for (i = a_tp0; i < a_tp1; i++)
 568                 {
 569                     rvec_inc(state->x[i], x_tp);
 570                 }
 571             }
 572
 573             /* Check if this insertion belongs to this node */
 574             bOurStep = TRUE;
 575             if (PAR(cr))
 576             {
 577                 switch (inputrec->eI)
 578                 {
 579                     case eiTPI:
 580                         bOurStep = ((step / inputrec->nstlist) % nnodes == cr->nodeid);
 581                         break;
 582                     case eiTPIC:
 583                         bOurStep = (step % nnodes == cr->nodeid);
 584                         break;
 585                     default:
 586                         gmx_fatal(FARGS, "Unknown integrator %s", ei_names[inputrec->eI]);
 587                 }
 588             }
 589             if (bOurStep)
 590             {
 591                 /* Clear some matrix variables  */
 592                 clear_mat(force_vir);
 593                 clear_mat(shake_vir);
 594                 clear_mat(vir);
 595                 clear_mat(pres);
 596
 597                 /* Set the charge group center of mass of the test particle */
 598                 copy_rvec(x_init, fr->cg_cm[top->cgs.nr-1]);
 599
 600                 /* Calc energy (no forces) on new positions.
 601                  * Since we only need the intermolecular energy
 602                  * and the RF exclusion terms of the inserted molecule occur
 603                  * within a single charge group we can pass NULL for the graph.
 604                  * This also avoids shifts that would move charge groups
 605                  * out of the box.
 606                  *
 607                  * Some checks above ensure than we can not have
 608                  * twin-range interactions together with nstlist > 1,
 609                  * therefore we do not need to remember the LR energies.
 610                  */
 611                 /* Make do_force do a single node force calculation */
 612                 cr->nnodes = 1;
 613                 do_force(fplog, cr, inputrec,
 614                          step, nrnb, wcycle, top, &top_global->groups,
 615                          state->box, state->x, &state->hist,
 616                          f, force_vir, mdatoms, enerd, fcd,
 617                          state->lambda,
 618                          NULL, fr, NULL, mu_tot, t, NULL, NULL, FALSE,
 619                          GMX_FORCE_NONBONDED | GMX_FORCE_ENERGY |
 620                          (bNS ? GMX_FORCE_DYNAMICBOX | GMX_FORCE_NS | GMX_FORCE_DO_LR : 0) |
 621                          (bStateChanged ? GMX_FORCE_STATECHANGED : 0));
 622                 cr->nnodes    = nnodes;
 623                 bStateChanged = FALSE;
 624                 bNS           = FALSE;
 625
 626                 /* Calculate long range corrections to pressure and energy */
 627                 calc_dispcorr(fplog, inputrec, fr, step, top_global->natoms, state->box,
 628                               lambda, pres, vir, &prescorr, &enercorr, &dvdlcorr);
 629                 /* figure out how to rearrange the next 4 lines MRS 8/4/2009 */
 630                 enerd->term[F_DISPCORR]  = enercorr;
 631                 enerd->term[F_EPOT]     += enercorr;
 632                 enerd->term[F_PRES]     += prescorr;
 633                 enerd->term[F_DVDL_VDW] += dvdlcorr;
 634
 635                 epot               = enerd->term[F_EPOT];
 636                 bEnergyOutOfBounds = FALSE;
 637 #ifdef GMX_X86_SSE2
 638                 /* With SSE the energy can overflow, check for this */
 639                 if (gmx_mm_check_and_reset_overflow())
 640                 {
 641                     if (debug)
 642                     {
 643                         fprintf(debug, "Found an SSE overflow, assuming the energy is out of bounds\n");
 644                     }
 645                     bEnergyOutOfBounds = TRUE;
 646                 }
 647 #endif
 648                 /* If the compiler doesn't optimize this check away
 649                  * we catch the NAN energies.
 650                  * The epot>GMX_REAL_MAX check catches inf values,
 651                  * which should nicely result in embU=0 through the exp below,
 652                  * but it does not hurt to check anyhow.
 653                  */
 654                 /* Non-bonded Interaction usually diverge at r=0.
 655                  * With tabulated interaction functions the first few entries
 656                  * should be capped in a consistent fashion between
 657                  * repulsion, dispersion and Coulomb to avoid accidental
 658                  * negative values in the total energy.
 659                  * The table generation code in tables.c does this.
 660                  * With user tbales the user should take care of this.
 661                  */
 662                 if (epot != epot || epot > GMX_REAL_MAX)
 663                 {
 664                     bEnergyOutOfBounds = TRUE;
 665                 }
 666                 if (bEnergyOutOfBounds)
 667                 {
 668                     if (debug)
 669                     {
 670                         fprintf(debug, "\n  time %.3f, step %d: non-finite energy %f, using exp(-bU)=0\n", t, step, epot);
 671                     }
 672                     embU = 0;
 673                 }
 674                 else
 675                 {
 676                     embU      = exp(-beta*epot);
 677                     sum_embU += embU;
 678                     /* Determine the weighted energy contributions of each energy group */
 679                     e                = 0;
 680                     sum_UgembU[e++] += epot*embU;
 681                     if (fr->bBHAM)
 682                     {
 683                         for (i = 0; i < ngid; i++)
 684                         {
 685                             sum_UgembU[e++] +=
 686                                 (enerd->grpp.ener[egBHAMSR][GID(i, gid_tp, ngid)] +
 687                                  enerd->grpp.ener[egBHAMLR][GID(i, gid_tp, ngid)])*embU;
 688                         }
 689                     }
 690                     else
 691                     {
 692                         for (i = 0; i < ngid; i++)
 693                         {
 694                             sum_UgembU[e++] +=
 695                                 (enerd->grpp.ener[egLJSR][GID(i, gid_tp, ngid)] +
 696                                  enerd->grpp.ener[egLJLR][GID(i, gid_tp, ngid)])*embU;
 697                         }
 698                     }
 699                     if (bDispCorr)
 700                     {
 701                         sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_DISPCORR]*embU;
 702                     }
 703                     if (bCharge)
 704                     {
 705                         for (i = 0; i < ngid; i++)
 706                         {
 707                             sum_UgembU[e++] +=
 708                                 (enerd->grpp.ener[egCOULSR][GID(i, gid_tp, ngid)] +
 709                                  enerd->grpp.ener[egCOULLR][GID(i, gid_tp, ngid)])*embU;
 710                         }
 711                         if (bRFExcl)
 712                         {
 713                             sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_RF_EXCL]*embU;
 714                         }
 715                         if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 716                         {
 717                             sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_COUL_RECIP]*embU;
 718                         }
 719                     }
 720                 }
 721
 722                 if (embU == 0 || beta*epot > bU_bin_limit)
 723                 {
 724                     bin[0]++;
 725                 }
 726                 else
 727                 {
 728                     i = (int)((bU_logV_bin_limit
 729                                - (beta*epot - logV + refvolshift))*invbinw
 730                               + 0.5);
 731                     if (i < 0)
 732                     {
 733                         i = 0;
 734                     }
 735                     if (i >= nbin)
 736                     {
 737                         realloc_bins(&bin, &nbin, i+10);
 738                     }
 739                     bin[i]++;
 740                 }
 741
 742                 if (debug)
 743                 {
 744                     fprintf(debug, "TPI %7d %12.5e %12.5f %12.5f %12.5f\n",
 745                             step, epot, x_tp[XX], x_tp[YY], x_tp[ZZ]);
 746                 }
 747
 748                 if (dump_pdb && epot <= dump_ener)
 749                 {
 750                     sprintf(str, "t%g_step%d.pdb", t, step);
 751                     sprintf(str2, "t: %f step %d ener: %f", t, step, epot);
 752                     write_sto_conf_mtop(str, str2, top_global, state->x, state->v,
 753                                         inputrec->ePBC, state->box);
 754                 }
 755             }
 756         }
 757
 758         if (PAR(cr))
 759         {
 760             /* When running in parallel sum the energies over the processes */
 761             gmx_sumd(1,    &sum_embU, cr);
 762             gmx_sumd(nener, sum_UgembU, cr);
 763         }
 764
 765         frame++;
 766         V_all     += V;
 767         VembU_all += V*sum_embU/nsteps;
 768
 769         if (fp_tpi)
 770         {
 771             if (bVerbose || frame%10 == 0 || frame < 10)
 772             {
 773                 fprintf(stderr, "mu %10.3e <mu> %10.3e\n",
 774                         -log(sum_embU/nsteps)/beta, -log(VembU_all/V_all)/beta);
 775             }
 776
 777             fprintf(fp_tpi, "%10.3f %12.5e %12.5e %12.5e %12.5e",
 778                     t,
 779                     VembU_all == 0 ? 20/beta : -log(VembU_all/V_all)/beta,
 780                     sum_embU == 0  ? 20/beta : -log(sum_embU/nsteps)/beta,
 781                     sum_embU/nsteps, V);
 782             for (e = 0; e < nener; e++)
 783             {
 784                 fprintf(fp_tpi, " %12.5e", sum_UgembU[e]/nsteps);
 785             }
 786             fprintf(fp_tpi, "\n");
 787             fflush(fp_tpi);
 788         }
 789
 790         bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status, &rerun_fr);
 791     } /* End of the loop  */
 792     walltime_accounting_end(walltime_accounting);
 793
 794     close_trj(status);
 795
 796     if (fp_tpi != NULL)
 797     {
 798         gmx_fio_fclose(fp_tpi);
 799     }
 800
 801     if (fplog != NULL)
 802     {
 803         fprintf(fplog, "\n");
 804         fprintf(fplog, "  <V>  = %12.5e nm^3\n", V_all/frame);
 805         fprintf(fplog, "  <mu> = %12.5e kJ/mol\n", -log(VembU_all/V_all)/beta);
 806     }
 807
 808     /* Write the Boltzmann factor histogram */
 809     if (PAR(cr))
 810     {
 811         /* When running in parallel sum the bins over the processes */
 812         i = nbin;
 813         global_max(cr, &i);
 814         realloc_bins(&bin, &nbin, i);
 815         gmx_sumd(nbin, bin, cr);
 816     }
 817     if (MASTER(cr))
 818     {
 819         fp_tpi = xvgropen(opt2fn("-tpid", nfile, fnm),
 820                           "TPI energy distribution",
 821                           "\\betaU - log(V/<V>)", "count", oenv);
 822         sprintf(str, "number \\betaU > %g: %9.3e", bU_bin_limit, bin[0]);
 823         xvgr_subtitle(fp_tpi, str, oenv);
 824         xvgr_legend(fp_tpi, 2, (const char **)tpid_leg, oenv);
 825         for (i = nbin-1; i > 0; i--)
 826         {
 827             bUlogV = -i/invbinw + bU_logV_bin_limit - refvolshift + log(V_all/frame);
 828             fprintf(fp_tpi, "%6.2f %10d %12.5e\n",
 829                     bUlogV,
 830                     (int)(bin[i]+0.5),
 831                     bin[i]*exp(-bUlogV)*V_all/VembU_all);
 832         }
 833         gmx_fio_fclose(fp_tpi);
 834     }
 835     sfree(bin);
 836
 837     sfree(sum_UgembU);
 838
 839     walltime_accounting_set_nsteps_done(walltime_accounting, frame*inputrec->nsteps);
 840
 841     return 0;
 842 }