src/gromacs/mdrun/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 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "shellfc.h"
  41
  42 #include <cmath>
  43 #include <cstdint>
  44 #include <cstdlib>
  45 #include <cstring>
  46
  47 #include <algorithm>
  48 #include <array>
  49
  50 #include "gromacs/domdec/dlbtiming.h"
  51 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  52 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  53 #include "gromacs/domdec/mdsetup.h"
  54 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  55 #include "gromacs/math/functions.h"
  56 #include "gromacs/math/units.h"
  57 #include "gromacs/math/vec.h"
  58 #include "gromacs/math/vecdump.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/enerdata_utils.h"
  61 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  62 #include "gromacs/mdlib/force_flags.h"
  63 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  64 #include "gromacs/mdlib/mdatoms.h"
  65 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  67 #include "gromacs/mdtypes/enerdata.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  70 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  71 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  72 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  73 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  74 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  75 #include "gromacs/topology/mtop_lookup.h"
  76 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  77 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  78 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  79 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  80 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  81 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  82
  83 using gmx::ArrayRef;
  84 using gmx::ArrayRefWithPadding;
  85 using gmx::RVec;
  86
  87 struct t_shell
  88 {
  89     int  nnucl      = 0;  /* The number of nuclei */
  90     int  shellIndex = -1; /* The shell index */
  91     int  nucl1      = -1; /* The first nuclei connected to the shell    */
  92     int  nucl2      = -1; /* The second nuclei connected to the shell   */
  93     int  nucl3      = -1; /* The third nuclei connected to the shell    */
  94     real k          = 0;  /* force constant                     */
  95     real k_1        = 0;  /* 1 over force constant              */
  96     rvec xold;            /* The old shell coordinates */
  97     rvec fold;            /* The old force on the shell */
  98     rvec step;            /* Step size for steepest descents */
  99 };
 100
 101 struct gmx_shellfc_t
 102 {
 103     /* Shell counts, indices, parameters and working data */
 104     std::vector<t_shell> shell_gl;              /* All the shells (for DD only)              */
 105     std::vector<int>     shell_index_gl;        /* Global shell index (for DD only)          */
 106     gmx_bool             bInterCG;              /* Are there inter charge-group shells?      */
 107     std::vector<t_shell> shells;                /* The local shells                          */
 108     bool                 predictShells = false; /* Predict shell positions                   */
 109     bool                 requireInit   = false; /* Require initialization of shell positions */
 110     int                  nflexcon      = 0;     /* The number of flexible constraints        */
 111
 112     std::array<PaddedHostVector<gmx::RVec>, 2> x; /* Coordinate buffers for iterative minimization */
 113     std::array<PaddedHostVector<gmx::RVec>, 2> f; /* Force buffers for iterative minimization */
 114
 115     /* Flexible constraint working data */
 116     std::vector<RVec>       acc_dir;                /* Acceleration direction for flexcon        */
 117     gmx::PaddedVector<RVec> x_old;                  /* Old coordinates for flexcon               */
 118     gmx::PaddedVector<RVec> adir_xnold;             /* Work space for init_adir                  */
 119     gmx::PaddedVector<RVec> adir_xnew;              /* Work space for init_adir                  */
 120     std::int64_t            numForceEvaluations;    /* Total number of force evaluations         */
 121     int                     numConvergedIterations; /* Total number of iterations that converged */
 122 };
 123
 124
 125 static void pr_shell(FILE* fplog, ArrayRef<const t_shell> shells)
 126 {
 127     fprintf(fplog, "SHELL DATA\n");
 128     fprintf(fplog, "%5s  %8s  %5s  %5s  %5s\n", "Shell", "Force k", "Nucl1", "Nucl2", "Nucl3");
 129     for (const t_shell& shell : shells)
 130     {
 131         fprintf(fplog, "%5d  %8.3f  %5d", shell.shellIndex, 1.0 / shell.k_1, shell.nucl1);
 132         if (shell.nnucl == 2)
 133         {
 134             fprintf(fplog, "  %5d\n", shell.nucl2);
 135         }
 136         else if (shell.nnucl == 3)
 137         {
 138             fprintf(fplog, "  %5d  %5d\n", shell.nucl2, shell.nucl3);
 139         }
 140         else
 141         {
 142             fprintf(fplog, "\n");
 143         }
 144     }
 145 }
 146
 147 /* TODO The remain call of this function passes non-NULL mass and NULL
 148  * mtop, so this routine can be simplified.
 149  *
 150  * The other code path supported doing prediction before the MD loop
 151  * started, but even when called, the prediction was always
 152  * over-written by a subsequent call in the MD loop, so has been
 153  * removed. */
 154 static void predict_shells(FILE*                   fplog,
 155                            ArrayRef<RVec>          x,
 156                            ArrayRef<RVec>          v,
 157                            real                    dt,
 158                            ArrayRef<const t_shell> shells,
 159                            const real              mass[],
 160                            gmx_mtop_t*             mtop,
 161                            gmx_bool                bInit)
 162 {
 163     int  m, n1, n2, n3;
 164     real dt_1, fudge, tm, m1, m2, m3;
 165
 166     GMX_RELEASE_ASSERT(mass || mtop, "Must have masses or a way to look them up");
 167
 168     /* We introduce a fudge factor for performance reasons: with this choice
 169      * the initial force on the shells is about a factor of two lower than
 170      * without
 171      */
 172     fudge = 1.0;
 173
 174     ArrayRef<RVec> xOrV;
 175     if (bInit)
 176     {
 177         if (fplog)
 178         {
 179             fprintf(fplog, "RELAX: Using prediction for initial shell placement\n");
 180         }
 181         xOrV = x;
 182         dt_1 = 1;
 183     }
 184     else
 185     {
 186         xOrV = v;
 187         dt_1 = fudge * dt;
 188     }
 189
 190     int molb = 0;
 191     for (const t_shell& shell : shells)
 192     {
 193         const int s1 = shell.shellIndex;
 194         if (bInit)
 195         {
 196             clear_rvec(x[s1]);
 197         }
 198         switch (shell.nnucl)
 199         {
 200             case 1:
 201                 n1 = shell.nucl1;
 202                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 203                 {
 204                     x[s1][m] += xOrV[n1][m] * dt_1;
 205                 }
 206                 break;
 207             case 2:
 208                 n1 = shell.nucl1;
 209                 n2 = shell.nucl2;
 210                 if (mass)
 211                 {
 212                     m1 = mass[n1];
 213                     m2 = mass[n2];
 214                 }
 215                 else
 216                 {
 217                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 218                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 219                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 220                 }
 221                 tm = dt_1 / (m1 + m2);
 222                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 223                 {
 224                     x[s1][m] += (m1 * xOrV[n1][m] + m2 * xOrV[n2][m]) * tm;
 225                 }
 226                 break;
 227             case 3:
 228                 n1 = shell.nucl1;
 229                 n2 = shell.nucl2;
 230                 n3 = shell.nucl3;
 231                 if (mass)
 232                 {
 233                     m1 = mass[n1];
 234                     m2 = mass[n2];
 235                     m3 = mass[n3];
 236                 }
 237                 else
 238                 {
 239                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 240                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 241                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 242                     m3 = mtopGetAtomMass(mtop, n3, &molb);
 243                 }
 244                 tm = dt_1 / (m1 + m2 + m3);
 245                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 246                 {
 247                     x[s1][m] += (m1 * xOrV[n1][m] + m2 * xOrV[n2][m] + m3 * xOrV[n3][m]) * tm;
 248                 }
 249                 break;
 250             default: gmx_fatal(FARGS, "Shell %d has %d nuclei!", s1, shell.nnucl);
 251         }
 252     }
 253 }
 254
 255 /*! \brief Count the different particle types in a system
 256  *
 257  * Routine prints a warning to stderr in case an unknown particle type
 258  * is encountered.
 259  * \param[in]  fplog Print what we have found if not NULL
 260  * \param[in]  mtop  Molecular topology.
 261  * \returns Array holding the number of particles of a type
 262  */
 263 std::array<int, eptNR> countPtypes(FILE* fplog, const gmx_mtop_t* mtop)
 264 {
 265     std::array<int, eptNR> nptype = { { 0 } };
 266     /* Count number of shells, and find their indices */
 267     for (int i = 0; (i < eptNR); i++)
 268     {
 269         nptype[i] = 0;
 270     }
 271
 272     gmx_mtop_atomloop_block_t aloopb = gmx_mtop_atomloop_block_init(mtop);
 273     int                       nmol;
 274     const t_atom*             atom;
 275     while (gmx_mtop_atomloop_block_next(aloopb, &atom, &nmol))
 276     {
 277         switch (atom->ptype)
 278         {
 279             case eptAtom:
 280             case eptVSite:
 281             case eptShell: nptype[atom->ptype] += nmol; break;
 282             default:
 283                 fprintf(stderr, "Warning unsupported particle type %d in countPtypes",
 284                         static_cast<int>(atom->ptype));
 285         }
 286     }
 287     if (fplog)
 288     {
 289         /* Print the number of each particle type */
 290         int n = 0;
 291         for (const auto& i : nptype)
 292         {
 293             if (i != 0)
 294             {
 295                 fprintf(fplog, "There are: %d %ss\n", i, ptype_str[n]);
 296             }
 297             n++;
 298         }
 299     }
 300     return nptype;
 301 }
 302
 303 gmx_shellfc_t* init_shell_flexcon(FILE* fplog, const gmx_mtop_t* mtop, int nflexcon, int nstcalcenergy, bool usingDomainDecomposition)
 304 {
 305     gmx_shellfc_t* shfc;
 306
 307     int  ns, nshell, nsi;
 308     int  i, j, type, a_offset, 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     const gmx_ffparams_t* ffparams;
 314
 315     std::array<int, eptNR> n = countPtypes(fplog, mtop);
 316     nshell                   = n[eptShell];
 317
 318     if (nshell == 0 && nflexcon == 0)
 319     {
 320         /* We're not doing shells or flexible constraints */
 321         return nullptr;
 322     }
 323
 324     shfc           = new gmx_shellfc_t;
 325     shfc->nflexcon = nflexcon;
 326
 327     if (nshell == 0)
 328     {
 329         /* Only flexible constraints, no shells.
 330          * Note that make_local_shells() does not need to be called.
 331          */
 332         return shfc;
 333     }
 334
 335     if (nstcalcenergy != 1)
 336     {
 337         gmx_fatal(FARGS,
 338                   "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is "
 339                   "not supported in combination with shell particles.\nPlease make a new tpr file.",
 340                   nstcalcenergy);
 341     }
 342     if (usingDomainDecomposition)
 343     {
 344         gmx_fatal(
 345                 FARGS,
 346                 "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 347     }
 348
 349     /* We have shells: fill the shell data structure */
 350
 351     /* Global system sized array, this should be avoided */
 352     std::vector<int> shell_index(mtop->natoms);
 353
 354     nshell = 0;
 355     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*mtop))
 356     {
 357         const t_atom& local = atomP.atom();
 358         int           i     = atomP.globalAtomNumber();
 359         if (local.ptype == eptShell)
 360         {
 361             shell_index[i] = nshell++;
 362         }
 363     }
 364
 365     std::vector<t_shell> shell(nshell);
 366
 367     ffparams = &mtop->ffparams;
 368
 369     /* Now fill the structures */
 370     /* TODO: See if we can use update groups that cover shell constructions */
 371     shfc->bInterCG = FALSE;
 372     ns             = 0;
 373     a_offset       = 0;
 374     for (size_t mb = 0; mb < mtop->molblock.size(); mb++)
 375     {
 376         const gmx_molblock_t* molb = &mtop->molblock[mb];
 377         const gmx_moltype_t*  molt = &mtop->moltype[molb->type];
 378
 379         const t_atom* atom = molt->atoms.atom;
 380         for (mol = 0; mol < molb->nmol; mol++)
 381         {
 382             for (j = 0; (j < NBT); j++)
 383             {
 384                 const int* ia = molt->ilist[bondtypes[j]].iatoms.data();
 385                 for (i = 0; (i < molt->ilist[bondtypes[j]].size());)
 386                 {
 387                     type  = ia[0];
 388                     ftype = ffparams->functype[type];
 389                     nra   = interaction_function[ftype].nratoms;
 390
 391                     /* Check whether we have a bond with a shell */
 392                     aS = -1;
 393
 394                     switch (bondtypes[j])
 395                     {
 396                         case F_BONDS:
 397                         case F_HARMONIC:
 398                         case F_CUBICBONDS:
 399                         case F_POLARIZATION:
 400                         case F_ANHARM_POL:
 401                             if (atom[ia[1]].ptype == eptShell)
 402                             {
 403                                 aS = ia[1];
 404                                 aN = ia[2];
 405                             }
 406                             else if (atom[ia[2]].ptype == eptShell)
 407                             {
 408                                 aS = ia[2];
 409                                 aN = ia[1];
 410                             }
 411                             break;
 412                         case F_WATER_POL:
 413                             aN = ia[4]; /* Dummy */
 414                             aS = ia[5]; /* Shell */
 415                             break;
 416                         default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 417                     }
 418
 419                     if (aS != -1)
 420                     {
 421                         qS = atom[aS].q;
 422
 423                         /* Check whether one of the particles is a shell... */
 424                         nsi = shell_index[a_offset + aS];
 425                         if ((nsi < 0) || (nsi >= nshell))
 426                         {
 427                             gmx_fatal(FARGS, "nsi is %d should be within 0 - %d. aS = %d", nsi, nshell, aS);
 428                         }
 429                         if (shell[nsi].shellIndex == -1)
 430                         {
 431                             shell[nsi].shellIndex = a_offset + aS;
 432                             ns++;
 433                         }
 434                         else if (shell[nsi].shellIndex != a_offset + aS)
 435                         {
 436                             gmx_fatal(FARGS, "Weird stuff in %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 437                         }
 438
 439                         if (shell[nsi].nucl1 == -1)
 440                         {
 441                             shell[nsi].nucl1 = a_offset + aN;
 442                         }
 443                         else if (shell[nsi].nucl2 == -1)
 444                         {
 445                             shell[nsi].nucl2 = a_offset + aN;
 446                         }
 447                         else if (shell[nsi].nucl3 == -1)
 448                         {
 449                             shell[nsi].nucl3 = a_offset + aN;
 450                         }
 451                         else
 452                         {
 453                             if (fplog)
 454                             {
 455                                 pr_shell(fplog, shell);
 456                             }
 457                             gmx_fatal(FARGS, "Can not handle more than three bonds per shell\n");
 458                         }
 459                         if (aS != aN)
 460                         {
 461                             /* shell[nsi].bInterCG = TRUE; */
 462                             shfc->bInterCG = TRUE;
 463                         }
 464
 465                         switch (bondtypes[j])
 466                         {
 467                             case F_BONDS:
 468                             case F_HARMONIC:
 469                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].harmonic.krA;
 470                                 break;
 471                             case F_CUBICBONDS:
 472                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].cubic.kb;
 473                                 break;
 474                             case F_POLARIZATION:
 475                             case F_ANHARM_POL:
 476                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 477                                 {
 478                                     gmx_fatal(FARGS,
 479                                               "polarize can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 480                                               "atom %d of molecule block %zu",
 481                                               qS, atom[aS].qB, aS + 1, mb + 1);
 482                                 }
 483                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * ONE_4PI_EPS0
 484                                                 / ffparams->iparams[type].polarize.alpha;
 485                                 break;
 486                             case F_WATER_POL:
 487                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 488                                 {
 489                                     gmx_fatal(FARGS,
 490                                               "water_pol can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 491                                               "atom %d of molecule block %zu",
 492                                               qS, atom[aS].qB, aS + 1, mb + 1);
 493                                 }
 494                                 alpha = (ffparams->iparams[type].wpol.al_x
 495                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_y
 496                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_z)
 497                                         / 3.0;
 498                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * ONE_4PI_EPS0 / alpha;
 499                                 break;
 500                             default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 501                         }
 502                         shell[nsi].nnucl++;
 503                     }
 504                     ia += nra + 1;
 505                     i += nra + 1;
 506                 }
 507             }
 508             a_offset += molt->atoms.nr;
 509         }
 510         /* Done with this molecule type */
 511     }
 512
 513     /* Verify whether it's all correct */
 514     if (ns != nshell)
 515     {
 516         gmx_fatal(FARGS, "Something weird with shells. They may not be bonded to something");
 517     }
 518
 519     for (i = 0; (i < ns); i++)
 520     {
 521         shell[i].k_1 = 1.0 / shell[i].k;
 522     }
 523
 524     if (debug)
 525     {
 526         pr_shell(debug, shell);
 527     }
 528
 529
 530     shfc->shell_gl       = shell;
 531     shfc->shell_index_gl = shell_index;
 532
 533     shfc->predictShells = (getenv("GMX_NOPREDICT") == nullptr);
 534     shfc->requireInit   = false;
 535     if (!shfc->predictShells)
 536     {
 537         if (fplog)
 538         {
 539             fprintf(fplog, "\nWill never predict shell positions\n");
 540         }
 541     }
 542     else
 543     {
 544         shfc->requireInit = (getenv("GMX_REQUIRE_SHELL_INIT") != nullptr);
 545         if (shfc->requireInit && fplog)
 546         {
 547             fprintf(fplog, "\nWill always initiate shell positions\n");
 548         }
 549     }
 550
 551     if (shfc->predictShells)
 552     {
 553         if (shfc->bInterCG)
 554         {
 555             if (fplog)
 556             {
 557                 fprintf(fplog,
 558                         "\nNOTE: in the current version shell prediction during the crun is "
 559                         "disabled\n\n");
 560             }
 561             /* Prediction improves performance, so we should implement either:
 562              * 1. communication for the atoms needed for prediction
 563              * 2. prediction using the velocities of shells; currently the
 564              *    shell velocities are zeroed, it's a bit tricky to keep
 565              *    track of the shell displacements and thus the velocity.
 566              */
 567             shfc->predictShells = false;
 568         }
 569     }
 570
 571     return shfc;
 572 }
 573
 574 void make_local_shells(const t_commrec* cr, const t_mdatoms* md, gmx_shellfc_t* shfc)
 575 {
 576     int           a0, a1;
 577     gmx_domdec_t* dd = nullptr;
 578
 579     if (DOMAINDECOMP(cr))
 580     {
 581         dd = cr->dd;
 582         a0 = 0;
 583         a1 = dd_numHomeAtoms(*dd);
 584     }
 585     else
 586     {
 587         /* Single node: we need all shells, copy them */
 588         shfc->shells = shfc->shell_gl;
 589
 590         return;
 591     }
 592
 593     ArrayRef<const int> ind = shfc->shell_index_gl;
 594
 595     std::vector<t_shell>& shells = shfc->shells;
 596     shells.clear();
 597     for (int i = a0; i < a1; i++)
 598     {
 599         if (md->ptype[i] == eptShell)
 600         {
 601             if (dd)
 602             {
 603                 shells.push_back(shfc->shell_gl[ind[dd->globalAtomIndices[i]]]);
 604             }
 605             else
 606             {
 607                 shells.push_back(shfc->shell_gl[ind[i]]);
 608             }
 609             t_shell& shell = shells.back();
 610
 611             /* With inter-cg shells we can no do shell prediction,
 612              * so we do not need the nuclei numbers.
 613              */
 614             if (!shfc->bInterCG)
 615             {
 616                 shell.nucl1 = i + shell.nucl1 - shell.shellIndex;
 617                 if (shell.nnucl > 1)
 618                 {
 619                     shell.nucl2 = i + shell.nucl2 - shell.shellIndex;
 620                 }
 621                 if (shell.nnucl > 2)
 622                 {
 623                     shell.nucl3 = i + shell.nucl3 - shell.shellIndex;
 624                 }
 625             }
 626             shell.shellIndex = i;
 627         }
 628     }
 629 }
 630
 631 static void do_1pos(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, real step)
 632 {
 633     real xo, yo, zo;
 634     real dx, dy, dz;
 635
 636     xo = xold[XX];
 637     yo = xold[YY];
 638     zo = xold[ZZ];
 639
 640     dx = f[XX] * step;
 641     dy = f[YY] * step;
 642     dz = f[ZZ] * step;
 643
 644     xnew[XX] = xo + dx;
 645     xnew[YY] = yo + dy;
 646     xnew[ZZ] = zo + dz;
 647 }
 648
 649 static void do_1pos3(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, const rvec step)
 650 {
 651     real xo, yo, zo;
 652     real dx, dy, dz;
 653
 654     xo = xold[XX];
 655     yo = xold[YY];
 656     zo = xold[ZZ];
 657
 658     dx = f[XX] * step[XX];
 659     dy = f[YY] * step[YY];
 660     dz = f[ZZ] * step[ZZ];
 661
 662     xnew[XX] = xo + dx;
 663     xnew[YY] = yo + dy;
 664     xnew[ZZ] = zo + dz;
 665 }
 666
 667 static void directional_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xold,
 668                            gmx::ArrayRef<gmx::RVec>       xnew,
 669                            ArrayRef<const gmx::RVec>      acc_dir,
 670                            int                            homenr,
 671                            real                           step)
 672 {
 673     const rvec* xo = as_rvec_array(xold.data());
 674     rvec*       xn = as_rvec_array(xnew.data());
 675
 676     for (int i = 0; i < homenr; i++)
 677     {
 678         do_1pos(xn[i], xo[i], acc_dir[i], step);
 679     }
 680 }
 681
 682 static void shell_pos_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xcur,
 683                          gmx::ArrayRef<gmx::RVec>       xnew,
 684                          gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> f,
 685                          ArrayRef<t_shell>              shells,
 686                          int                            count)
 687 {
 688     const real step_scale_min = 0.8, step_scale_increment = 0.2, step_scale_max = 1.2,
 689                step_scale_multiple = (step_scale_max - step_scale_min) / step_scale_increment;
 690     int        d;
 691     real       dx, df, k_est;
 692     const real zero = 0;
 693 #ifdef PRINT_STEP
 694     real step_min, step_max;
 695
 696     step_min = 1e30;
 697     step_max = 0;
 698 #endif
 699     for (t_shell& shell : shells)
 700     {
 701         const int ind = shell.shellIndex;
 702         if (count == 1)
 703         {
 704             for (d = 0; d < DIM; d++)
 705             {
 706                 shell.step[d] = shell.k_1;
 707 #ifdef PRINT_STEP
 708                 step_min = std::min(step_min, shell.step[d]);
 709                 step_max = std::max(step_max, shell.step[d]);
 710 #endif
 711             }
 712         }
 713         else
 714         {
 715             for (d = 0; d < DIM; d++)
 716             {
 717                 dx = xcur[ind][d] - shell.xold[d];
 718                 df = f[ind][d] - shell.fold[d];
 719                 /* -dx/df gets used to generate an interpolated value, but would
 720                  * cause a NaN if df were binary-equal to zero. Values close to
 721                  * zero won't cause problems (because of the min() and max()), so
 722                  * just testing for binary inequality is OK. */
 723                 if (zero != df)
 724                 {
 725                     k_est = -dx / df;
 726                     /* Scale the step size by a factor interpolated from
 727                      * step_scale_min to step_scale_max, as k_est goes from 0 to
 728                      * step_scale_multiple * shell.step[d] */
 729                     shell.step[d] = step_scale_min * shell.step[d]
 730                                     + step_scale_increment
 731                                               * std::min(step_scale_multiple * shell.step[d],
 732                                                          std::max(k_est, zero));
 733                 }
 734                 else
 735                 {
 736                     /* Here 0 == df */
 737                     if (gmx_numzero(dx)) /* 0 == dx */
 738                     {
 739                         /* Likely this will never happen, but if it does just
 740                          * don't scale the step. */
 741                     }
 742                     else /* 0 != dx */
 743                     {
 744                         shell.step[d] *= step_scale_max;
 745                     }
 746                 }
 747 #ifdef PRINT_STEP
 748                 step_min = std::min(step_min, shell.step[d]);
 749                 step_max = std::max(step_max, shell.step[d]);
 750 #endif
 751             }
 752         }
 753         copy_rvec(xcur[ind], shell.xold);
 754         copy_rvec(f[ind], shell.fold);
 755
 756         do_1pos3(xnew[ind], xcur[ind], f[ind], shell.step);
 757
 758         if (gmx_debug_at)
 759         {
 760             fprintf(debug, "shell = %d\n", ind);
 761             pr_rvec(debug, 0, "fshell", f[ind], DIM, TRUE);
 762             pr_rvec(debug, 0, "xold", xcur[ind], DIM, TRUE);
 763             pr_rvec(debug, 0, "step", shell.step, DIM, TRUE);
 764             pr_rvec(debug, 0, "xnew", xnew[ind], DIM, TRUE);
 765         }
 766     }
 767 #ifdef PRINT_STEP
 768     printf("step %.3e %.3e\n", step_min, step_max);
 769 #endif
 770 }
 771
 772 static void decrease_step_size(ArrayRef<t_shell> shells)
 773 {
 774     for (t_shell& shell : shells)
 775     {
 776         svmul(0.8, shell.step, shell.step);
 777     }
 778 }
 779
 780 static void print_epot(FILE* fp, int64_t mdstep, int count, real epot, real df, int ndir, real sf_dir)
 781 {
 782     char buf[22];
 783
 784     fprintf(fp, "MDStep=%5s/%2d EPot: %12.8e, rmsF: %6.2e", gmx_step_str(mdstep, buf), count, epot, df);
 785     if (ndir)
 786     {
 787         fprintf(fp, ", dir. rmsF: %6.2e\n", std::sqrt(sf_dir / ndir));
 788     }
 789     else
 790     {
 791         fprintf(fp, "\n");
 792     }
 793 }
 794
 795
 796 static real rms_force(const t_commrec*               cr,
 797                       gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> force,
 798                       ArrayRef<const t_shell>        shells,
 799                       int                            ndir,
 800                       real*                          sf_dir,
 801                       real*                          Epot)
 802 {
 803     double      buf[4];
 804     const rvec* f = as_rvec_array(force.data());
 805
 806     buf[0] = *sf_dir;
 807     for (const t_shell& shell : shells)
 808     {
 809         buf[0] += norm2(f[shell.shellIndex]);
 810     }
 811     int ntot = shells.ssize();
 812
 813     if (PAR(cr))
 814     {
 815         buf[1] = ntot;
 816         buf[2] = *sf_dir;
 817         buf[3] = *Epot;
 818         gmx_sumd(4, buf, cr);
 819         ntot    = gmx::roundToInt(buf[1]);
 820         *sf_dir = buf[2];
 821         *Epot   = buf[3];
 822     }
 823     ntot += ndir;
 824
 825     return (ntot ? std::sqrt(buf[0] / ntot) : 0);
 826 }
 827
 828 static void dump_shells(FILE* fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> f, real ftol, ArrayRef<const t_shell> shells)
 829 {
 830     real ft2, ff2;
 831
 832     ft2 = gmx::square(ftol);
 833
 834     for (const t_shell& shell : shells)
 835     {
 836         const int ind = shell.shellIndex;
 837         ff2           = iprod(f[ind], f[ind]);
 838         if (ff2 > ft2)
 839         {
 840             fprintf(fp, "SHELL %5d, force %10.5f  %10.5f  %10.5f, |f| %10.5f\n", ind, f[ind][XX],
 841                     f[ind][YY], f[ind][ZZ], std::sqrt(ff2));
 842         }
 843     }
 844 }
 845
 846 static void init_adir(gmx_shellfc_t*            shfc,
 847                       gmx::Constraints*         constr,
 848                       const t_inputrec*         ir,
 849                       const t_commrec*          cr,
 850                       int                       dd_ac1,
 851                       int64_t                   step,
 852                       const t_mdatoms*          md,
 853                       int                       end,
 854                       ArrayRefWithPadding<RVec> xOld,
 855                       ArrayRef<RVec>            x_init,
 856                       ArrayRefWithPadding<RVec> xCurrent,
 857                       ArrayRef<RVec>            f,
 858                       ArrayRef<RVec>            acc_dir,
 859                       const matrix              box,
 860                       gmx::ArrayRef<const real> lambda,
 861                       real*                     dvdlambda)
 862 {
 863     double          dt, w_dt;
 864     int             n, d;
 865     unsigned short* ptype;
 866
 867     if (DOMAINDECOMP(cr))
 868     {
 869         n = dd_ac1;
 870     }
 871     else
 872     {
 873         n = end;
 874     }
 875     shfc->adir_xnold.resizeWithPadding(n);
 876     shfc->adir_xnew.resizeWithPadding(n);
 877     rvec* xnold = as_rvec_array(shfc->adir_xnold.data());
 878     rvec* xnew  = as_rvec_array(shfc->adir_xnew.data());
 879     rvec* x_old = as_rvec_array(xOld.paddedArrayRef().data());
 880     rvec* x     = as_rvec_array(xCurrent.paddedArrayRef().data());
 881
 882     ptype = md->ptype;
 883
 884     dt = ir->delta_t;
 885
 886     /* Does NOT work with freeze or acceleration groups (yet) */
 887     for (n = 0; n < end; n++)
 888     {
 889         w_dt = md->invmass[n] * dt;
 890
 891         for (d = 0; d < DIM; d++)
 892         {
 893             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 894             {
 895                 xnold[n][d] = x[n][d] - (x_init[n][d] - x_old[n][d]);
 896                 xnew[n][d]  = 2 * x[n][d] - x_old[n][d] + f[n][d] * w_dt * dt;
 897             }
 898             else
 899             {
 900                 xnold[n][d] = x[n][d];
 901                 xnew[n][d]  = x[n][d];
 902             }
 903         }
 904     }
 905     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, xCurrent, shfc->adir_xnold.arrayRefWithPadding(),
 906                   ArrayRef<RVec>(), box, lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 907                   ArrayRefWithPadding<RVec>(), nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 908     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, xCurrent, shfc->adir_xnew.arrayRefWithPadding(),
 909                   ArrayRef<RVec>(), box, lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]),
 910                   ArrayRefWithPadding<RVec>(), nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 911
 912     for (n = 0; n < end; n++)
 913     {
 914         for (d = 0; d < DIM; d++)
 915         {
 916             xnew[n][d] = -(2 * x[n][d] - xnold[n][d] - xnew[n][d]) / gmx::square(dt)
 917                          - f[n][d] * md->invmass[n];
 918         }
 919         clear_rvec(acc_dir[n]);
 920     }
 921
 922     /* Project the acceleration on the old bond directions */
 923     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, xOld, shfc->adir_xnew.arrayRefWithPadding(), acc_dir,
 924                   box, lambda[efptBONDED], &(dvdlambda[efptBONDED]), ArrayRefWithPadding<RVec>(),
 925                   nullptr, gmx::ConstraintVariable::Deriv_FlexCon);
 926 }
 927
 928 void relax_shell_flexcon(FILE*                               fplog,
 929                          const t_commrec*                    cr,
 930                          const gmx_multisim_t*               ms,
 931                          gmx_bool                            bVerbose,
 932                          gmx_enfrot*                         enforcedRotation,
 933                          int64_t                             mdstep,
 934                          const t_inputrec*                   inputrec,
 935                          gmx::ImdSession*                    imdSession,
 936                          pull_t*                             pull_work,
 937                          gmx_bool                            bDoNS,
 938                          int                                 force_flags,
 939                          const gmx_localtop_t*               top,
 940                          gmx::Constraints*                   constr,
 941                          gmx_enerdata_t*                     enerd,
 942                          t_fcdata*                           fcd,
 943                          int                                 natoms,
 944                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> xPadded,
 945                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> vPadded,
 946                          const matrix                        box,
 947                          gmx::ArrayRef<real>                 lambda,
 948                          history_t*                          hist,
 949                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> f,
 950                          tensor                              force_vir,
 951                          const t_mdatoms*                    md,
 952                          t_nrnb*                             nrnb,
 953                          gmx_wallcycle_t                     wcycle,
 954                          t_graph*                            graph,
 955                          gmx_shellfc_t*                      shfc,
 956                          t_forcerec*                         fr,
 957                          gmx::MdrunScheduleWorkload*         runScheduleWork,
 958                          double                              t,
 959                          rvec                                mu_tot,
 960                          const gmx_vsite_t*                  vsite,
 961                          const DDBalanceRegionHandler&       ddBalanceRegionHandler)
 962 {
 963     real Epot[2], df[2];
 964     real sf_dir, invdt;
 965     real dum = 0;
 966     char sbuf[22];
 967     int  nat, dd_ac0, dd_ac1 = 0, i;
 968     int  homenr = md->homenr, end = homenr;
 969     int  d, Min = 0, count = 0;
 970 #define Try (1 - Min) /* At start Try = 1 */
 971
 972     const bool        bCont        = (mdstep == inputrec->init_step) && inputrec->bContinuation;
 973     const bool        bInit        = (mdstep == inputrec->init_step) || shfc->requireInit;
 974     const real        ftol         = inputrec->em_tol;
 975     const int         number_steps = inputrec->niter;
 976     ArrayRef<t_shell> shells       = shfc->shells;
 977     const int         nflexcon     = shfc->nflexcon;
 978
 979     const t_idef* idef = &top->idef;
 980
 981     if (DOMAINDECOMP(cr))
 982     {
 983         nat = dd_natoms_vsite(cr->dd);
 984         if (nflexcon > 0)
 985         {
 986             dd_get_constraint_range(cr->dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
 987             nat = std::max(nat, dd_ac1);
 988         }
 989     }
 990     else
 991     {
 992         nat = natoms;
 993     }
 994
 995     for (i = 0; (i < 2); i++)
 996     {
 997         shfc->x[i].resizeWithPadding(nat);
 998         shfc->f[i].resizeWithPadding(nat);
 999     }
1000
1001     /* Create views that we can swap for trail and minimum for positions and forces */
1002     gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> posWithPadding[2];
1003     gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> forceWithPadding[2];
1004     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>            pos[2];
1005     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>            force[2];
1006     for (i = 0; (i < 2); i++)
1007     {
1008         posWithPadding[i]   = shfc->x[i].arrayRefWithPadding();
1009         pos[i]              = posWithPadding[i].paddedArrayRef();
1010         forceWithPadding[i] = shfc->f[i].arrayRefWithPadding();
1011         force[i]            = forceWithPadding[i].paddedArrayRef();
1012     }
1013
1014     ArrayRef<RVec> x = xPadded.unpaddedArrayRef();
1015     ArrayRef<RVec> v = vPadded.unpaddedArrayRef();
1016
1017     if (bDoNS && inputrec->pbcType != PbcType::No && !DOMAINDECOMP(cr))
1018     {
1019         /* This is the only time where the coordinates are used
1020          * before do_force is called, which normally puts all
1021          * charge groups in the box.
1022          */
1023         put_atoms_in_box_omp(fr->pbcType, box, x.subArray(0, md->homenr),
1024                              gmx_omp_nthreads_get(emntDefault));
1025
1026         if (graph)
1027         {
1028             mk_mshift(fplog, graph, fr->pbcType, box, as_rvec_array(x.data()));
1029         }
1030     }
1031
1032     /* After this all coordinate arrays will contain whole charge groups */
1033     if (graph)
1034     {
1035         shift_self(graph, box, as_rvec_array(x.data()));
1036     }
1037
1038     if (nflexcon)
1039     {
1040         shfc->acc_dir.resize(nat);
1041         shfc->x_old.resizeWithPadding(nat);
1042         ArrayRef<RVec> x_old = shfc->x_old.arrayRefWithPadding().unpaddedArrayRef();
1043         for (i = 0; i < homenr; i++)
1044         {
1045             for (d = 0; d < DIM; d++)
1046             {
1047                 x_old[i][d] = x[i][d] - v[i][d] * inputrec->delta_t;
1048             }
1049         }
1050     }
1051
1052     /* Do a prediction of the shell positions, when appropriate.
1053      * Without velocities (EM, NM, BD) we only do initial prediction.
1054      */
1055     if (shfc->predictShells && !bCont && (EI_STATE_VELOCITY(inputrec->eI) || bInit))
1056     {
1057         predict_shells(fplog, x, v, inputrec->delta_t, shells, md->massT, nullptr, bInit);
1058     }
1059
1060     /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1061     if (graph)
1062     {
1063         unshift_self(graph, box, as_rvec_array(x.data()));
1064     }
1065
1066     /* Calculate the forces first time around */
1067     if (gmx_debug_at)
1068     {
1069         pr_rvecs(debug, 0, "x b4 do_force", as_rvec_array(x.data()), homenr);
1070     }
1071     int shellfc_flags = force_flags | (bVerbose ? GMX_FORCE_ENERGY : 0);
1072     do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation, imdSession, pull_work, mdstep,
1073              nrnb, wcycle, top, box, xPadded, hist, forceWithPadding[Min], force_vir, md, enerd,
1074              fcd, lambda, graph, fr, runScheduleWork, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1075              (bDoNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | shellfc_flags, ddBalanceRegionHandler);
1076
1077     sf_dir = 0;
1078     if (nflexcon)
1079     {
1080         init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end, shfc->x_old.arrayRefWithPadding(),
1081                   x, xPadded, force[Min], shfc->acc_dir, box, lambda, &dum);
1082
1083         for (i = 0; i < end; i++)
1084         {
1085             sf_dir += md->massT[i] * norm2(shfc->acc_dir[i]);
1086         }
1087     }
1088     sum_epot(&(enerd->grpp), enerd->term);
1089     Epot[Min] = enerd->term[F_EPOT];
1090
1091     df[Min] = rms_force(cr, forceWithPadding[Min].paddedArrayRef(), shells, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Min]);
1092     df[Try] = 0;
1093     if (debug)
1094     {
1095         fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1096     }
1097
1098     if (gmx_debug_at)
1099     {
1100         pr_rvecs(debug, 0, "force0", as_rvec_array(force[Min].data()), md->nr);
1101     }
1102
1103     if (!shells.empty() || nflexcon > 0)
1104     {
1105         /* Copy x to pos[Min] & pos[Try]: during minimization only the
1106          * shell positions are updated, therefore the other particles must
1107          * be set here, in advance.
1108          */
1109         std::copy(xPadded.paddedArrayRef().begin(), xPadded.paddedArrayRef().end(),
1110                   posWithPadding[Min].paddedArrayRef().begin());
1111         std::copy(xPadded.paddedArrayRef().begin(), xPadded.paddedArrayRef().end(),
1112                   posWithPadding[Try].paddedArrayRef().begin());
1113     }
1114
1115     if (bVerbose && MASTER(cr))
1116     {
1117         print_epot(stdout, mdstep, 0, Epot[Min], df[Min], nflexcon, sf_dir);
1118     }
1119
1120     if (debug)
1121     {
1122         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EKIN].longname, enerd->term[F_EKIN]);
1123         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EPOT].longname, enerd->term[F_EPOT]);
1124         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_ETOT].longname, enerd->term[F_ETOT]);
1125         fprintf(debug, "SHELLSTEP %s\n", gmx_step_str(mdstep, sbuf));
1126     }
1127
1128     /* First check whether we should do shells, or whether the force is
1129      * low enough even without minimization.
1130      */
1131     bool bConverged = (df[Min] < ftol);
1132
1133     for (count = 1; (!(bConverged) && (count < number_steps)); count++)
1134     {
1135         if (vsite)
1136         {
1137             construct_vsites(vsite, as_rvec_array(pos[Min].data()), inputrec->delta_t,
1138                              as_rvec_array(v.data()), idef->iparams, idef->il, fr->pbcType,
1139                              fr->bMolPBC, cr, box);
1140         }
1141
1142         if (nflexcon)
1143         {
1144             init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end,
1145                       shfc->x_old.arrayRefWithPadding(), x, posWithPadding[Min], force[Min],
1146                       shfc->acc_dir, box, lambda, &dum);
1147
1148             directional_sd(pos[Min], pos[Try], shfc->acc_dir, end, fr->fc_stepsize);
1149         }
1150
1151         /* New positions, Steepest descent */
1152         shell_pos_sd(pos[Min], pos[Try], force[Min], shells, count);
1153
1154         /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1155         if (graph)
1156         {
1157             unshift_self(graph, box, as_rvec_array(pos[Try].data()));
1158         }
1159
1160         if (gmx_debug_at)
1161         {
1162             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Min]  ", as_rvec_array(pos[Min].data()), homenr);
1163             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Try]  ", as_rvec_array(pos[Try].data()), homenr);
1164         }
1165         /* Try the new positions */
1166         do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation, imdSession, pull_work, 1, nrnb,
1167                  wcycle, top, box, posWithPadding[Try], hist, forceWithPadding[Try], force_vir, md,
1168                  enerd, fcd, lambda, graph, fr, runScheduleWork, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1169                  shellfc_flags, ddBalanceRegionHandler);
1170         sum_epot(&(enerd->grpp), enerd->term);
1171         if (gmx_debug_at)
1172         {
1173             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Min]", as_rvec_array(force[Min].data()), homenr);
1174             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Try]", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1175         }
1176         sf_dir = 0;
1177         if (nflexcon)
1178         {
1179             init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end,
1180                       shfc->x_old.arrayRefWithPadding(), x, posWithPadding[Try], force[Try],
1181                       shfc->acc_dir, box, lambda, &dum);
1182
1183             ArrayRef<const gmx::RVec> acc_dir = shfc->acc_dir;
1184             for (i = 0; i < end; i++)
1185             {
1186                 sf_dir += md->massT[i] * norm2(acc_dir[i]);
1187             }
1188         }
1189
1190         Epot[Try] = enerd->term[F_EPOT];
1191
1192         df[Try] = rms_force(cr, force[Try], shells, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Try]);
1193
1194         if (debug)
1195         {
1196             fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1197         }
1198
1199         if (debug)
1200         {
1201             if (gmx_debug_at)
1202             {
1203                 pr_rvecs(debug, 0, "F na do_force", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1204             }
1205             if (gmx_debug_at)
1206             {
1207                 fprintf(debug, "SHELL ITER %d\n", count);
1208                 dump_shells(debug, force[Try], ftol, shells);
1209             }
1210         }
1211
1212         if (bVerbose && MASTER(cr))
1213         {
1214             print_epot(stdout, mdstep, count, Epot[Try], df[Try], nflexcon, sf_dir);
1215         }
1216
1217         bConverged = (df[Try] < ftol);
1218
1219         if ((df[Try] < df[Min]))
1220         {
1221             if (debug)
1222             {
1223                 fprintf(debug, "Swapping Min and Try\n");
1224             }
1225             if (nflexcon)
1226             {
1227                 /* Correct the velocities for the flexible constraints */
1228                 invdt = 1 / inputrec->delta_t;
1229                 for (i = 0; i < end; i++)
1230                 {
1231                     for (d = 0; d < DIM; d++)
1232                     {
1233                         v[i][d] += (pos[Try][i][d] - pos[Min][i][d]) * invdt;
1234                     }
1235                 }
1236             }
1237             Min = Try;
1238         }
1239         else
1240         {
1241             decrease_step_size(shells);
1242         }
1243     }
1244     shfc->numForceEvaluations += count;
1245     if (bConverged)
1246     {
1247         shfc->numConvergedIterations++;
1248     }
1249     if (MASTER(cr) && !(bConverged))
1250     {
1251         /* Note that the energies and virial are incorrect when not converged */
1252         if (fplog)
1253         {
1254             fprintf(fplog, "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1255                     gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1256         }
1257         fprintf(stderr, "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1258                 gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1259     }
1260
1261     /* Copy back the coordinates and the forces */
1262     std::copy(pos[Min].begin(), pos[Min].end(), x.data());
1263     std::copy(force[Min].begin(), force[Min].end(), f.unpaddedArrayRef().begin());
1264 }
1265
1266 void done_shellfc(FILE* fplog, gmx_shellfc_t* shfc, int64_t numSteps)
1267 {
1268     if (shfc && fplog && numSteps > 0)
1269     {
1270         double numStepsAsDouble = static_cast<double>(numSteps);
1271         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1272                 (shfc->numConvergedIterations * 100.0) / numStepsAsDouble);
1273         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1274                 shfc->numForceEvaluations / numStepsAsDouble);
1275     }
1276
1277     delete shfc;
1278 }