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) 2013,2014,2015,2016,2017,2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "shellfc.h"
  40
  41 #include <cmath>
  42 #include <cstdint>
  43 #include <cstdlib>
  44 #include <cstring>
  45
  46 #include <algorithm>
  47 #include <array>
  48
  49 #include "gromacs/domdec/dlbtiming.h"
  50 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  51 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  52 #include "gromacs/domdec/mdsetup.h"
  53 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  54 #include "gromacs/math/functions.h"
  55 #include "gromacs/math/units.h"
  56 #include "gromacs/math/vec.h"
  57 #include "gromacs/math/vecdump.h"
  58 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  59 #include "gromacs/mdlib/enerdata_utils.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  61 #include "gromacs/mdlib/force_flags.h"
  62 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  63 #include "gromacs/mdlib/mdatoms.h"
  64 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  65 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/enerdata.h"
  67 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  70 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  71 #include "gromacs/pbcutil/mshift.h"
  72 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  73 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  74 #include "gromacs/topology/mtop_lookup.h"
  75 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  76 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  77 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  78 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  79 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  80 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  81 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  82
  83 typedef struct
  84 {
  85     int nnucl;
  86     int shell;                  /* The shell id                         */
  87     int nucl1, nucl2, nucl3;    /* The nuclei connected to the shell    */
  88     /* gmx_bool    bInterCG; */ /* Coupled to nuclei outside cg?        */
  89     real k;                     /* force constant                       */
  90     real k_1;                   /* 1 over force constant                */
  91     rvec xold;
  92     rvec fold;
  93     rvec step;
  94 } t_shell;
  95
  96 struct gmx_shellfc_t
  97 {
  98     /* Shell counts, indices, parameters and working data */
  99     int      nshell_gl;      /* The number of shells in the system        */
 100     t_shell* shell_gl;       /* All the shells (for DD only)              */
 101     int*     shell_index_gl; /* Global shell index (for DD only)          */
 102     gmx_bool bInterCG;       /* Are there inter charge-group shells?      */
 103     int      nshell;         /* The number of local shells                */
 104     t_shell* shell;          /* The local shells                          */
 105     int      shell_nalloc;   /* The allocation size of shell              */
 106     gmx_bool bPredict;       /* Predict shell positions                   */
 107     gmx_bool bRequireInit;   /* Require initialization of shell positions */
 108     int      nflexcon;       /* The number of flexible constraints        */
 109
 110     /* Temporary arrays, should be fixed size 2 when fully converted to C++ */
 111     PaddedHostVector<gmx::RVec>* x; /* Array for iterative minimization          */
 112     PaddedHostVector<gmx::RVec>* f; /* Array for iterative minimization          */
 113
 114     /* Flexible constraint working data */
 115     rvec*        acc_dir;                /* Acceleration direction for flexcon        */
 116     rvec*        x_old;                  /* Old coordinates for flexcon               */
 117     int          flex_nalloc;            /* The allocation size of acc_dir and x_old  */
 118     rvec*        adir_xnold;             /* Work space for init_adir                  */
 119     rvec*        adir_xnew;              /* Work space for init_adir                  */
 120     int          adir_nalloc;            /* Work space for init_adir                  */
 121     std::int64_t numForceEvaluations;    /* Total number of force evaluations         */
 122     int          numConvergedIterations; /* Total number of iterations that converged */
 123 };
 124
 125
 126 static void pr_shell(FILE* fplog, int ns, t_shell s[])
 127 {
 128     int i;
 129
 130     fprintf(fplog, "SHELL DATA\n");
 131     fprintf(fplog, "%5s  %8s  %5s  %5s  %5s\n", "Shell", "Force k", "Nucl1", "Nucl2", "Nucl3");
 132     for (i = 0; (i < ns); i++)
 133     {
 134         fprintf(fplog, "%5d  %8.3f  %5d", s[i].shell, 1.0 / s[i].k_1, s[i].nucl1);
 135         if (s[i].nnucl == 2)
 136         {
 137             fprintf(fplog, "  %5d\n", s[i].nucl2);
 138         }
 139         else if (s[i].nnucl == 3)
 140         {
 141             fprintf(fplog, "  %5d  %5d\n", s[i].nucl2, s[i].nucl3);
 142         }
 143         else
 144         {
 145             fprintf(fplog, "\n");
 146         }
 147     }
 148 }
 149
 150 /* TODO The remain call of this function passes non-NULL mass and NULL
 151  * mtop, so this routine can be simplified.
 152  *
 153  * The other code path supported doing prediction before the MD loop
 154  * started, but even when called, the prediction was always
 155  * over-written by a subsequent call in the MD loop, so has been
 156  * removed. */
 157 static void predict_shells(FILE*       fplog,
 158                            rvec        x[],
 159                            rvec        v[],
 160                            real        dt,
 161                            int         ns,
 162                            t_shell     s[],
 163                            const real  mass[],
 164                            gmx_mtop_t* mtop,
 165                            gmx_bool    bInit)
 166 {
 167     int   i, m, s1, n1, n2, n3;
 168     real  dt_1, fudge, tm, m1, m2, m3;
 169     rvec* ptr;
 170
 171     GMX_RELEASE_ASSERT(mass || mtop, "Must have masses or a way to look them up");
 172
 173     /* We introduce a fudge factor for performance reasons: with this choice
 174      * the initial force on the shells is about a factor of two lower than
 175      * without
 176      */
 177     fudge = 1.0;
 178
 179     if (bInit)
 180     {
 181         if (fplog)
 182         {
 183             fprintf(fplog, "RELAX: Using prediction for initial shell placement\n");
 184         }
 185         ptr  = x;
 186         dt_1 = 1;
 187     }
 188     else
 189     {
 190         ptr  = v;
 191         dt_1 = fudge * dt;
 192     }
 193
 194     int molb = 0;
 195     for (i = 0; (i < ns); i++)
 196     {
 197         s1 = s[i].shell;
 198         if (bInit)
 199         {
 200             clear_rvec(x[s1]);
 201         }
 202         switch (s[i].nnucl)
 203         {
 204             case 1:
 205                 n1 = s[i].nucl1;
 206                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 207                 {
 208                     x[s1][m] += ptr[n1][m] * dt_1;
 209                 }
 210                 break;
 211             case 2:
 212                 n1 = s[i].nucl1;
 213                 n2 = s[i].nucl2;
 214                 if (mass)
 215                 {
 216                     m1 = mass[n1];
 217                     m2 = mass[n2];
 218                 }
 219                 else
 220                 {
 221                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 222                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 223                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 224                 }
 225                 tm = dt_1 / (m1 + m2);
 226                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 227                 {
 228                     x[s1][m] += (m1 * ptr[n1][m] + m2 * ptr[n2][m]) * tm;
 229                 }
 230                 break;
 231             case 3:
 232                 n1 = s[i].nucl1;
 233                 n2 = s[i].nucl2;
 234                 n3 = s[i].nucl3;
 235                 if (mass)
 236                 {
 237                     m1 = mass[n1];
 238                     m2 = mass[n2];
 239                     m3 = mass[n3];
 240                 }
 241                 else
 242                 {
 243                     /* Not the correct masses with FE, but it is just a prediction... */
 244                     m1 = mtopGetAtomMass(mtop, n1, &molb);
 245                     m2 = mtopGetAtomMass(mtop, n2, &molb);
 246                     m3 = mtopGetAtomMass(mtop, n3, &molb);
 247                 }
 248                 tm = dt_1 / (m1 + m2 + m3);
 249                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 250                 {
 251                     x[s1][m] += (m1 * ptr[n1][m] + m2 * ptr[n2][m] + m3 * ptr[n3][m]) * tm;
 252                 }
 253                 break;
 254             default: gmx_fatal(FARGS, "Shell %d has %d nuclei!", i, s[i].nnucl);
 255         }
 256     }
 257 }
 258
 259 /*! \brief Count the different particle types in a system
 260  *
 261  * Routine prints a warning to stderr in case an unknown particle type
 262  * is encountered.
 263  * \param[in]  fplog Print what we have found if not NULL
 264  * \param[in]  mtop  Molecular topology.
 265  * \returns Array holding the number of particles of a type
 266  */
 267 std::array<int, eptNR> countPtypes(FILE* fplog, const gmx_mtop_t* mtop)
 268 {
 269     std::array<int, eptNR> nptype = { { 0 } };
 270     /* Count number of shells, and find their indices */
 271     for (int i = 0; (i < eptNR); i++)
 272     {
 273         nptype[i] = 0;
 274     }
 275
 276     gmx_mtop_atomloop_block_t aloopb = gmx_mtop_atomloop_block_init(mtop);
 277     int                       nmol;
 278     const t_atom*             atom;
 279     while (gmx_mtop_atomloop_block_next(aloopb, &atom, &nmol))
 280     {
 281         switch (atom->ptype)
 282         {
 283             case eptAtom:
 284             case eptVSite:
 285             case eptShell: nptype[atom->ptype] += nmol; break;
 286             default:
 287                 fprintf(stderr, "Warning unsupported particle type %d in countPtypes",
 288                         static_cast<int>(atom->ptype));
 289         }
 290     }
 291     if (fplog)
 292     {
 293         /* Print the number of each particle type */
 294         int n = 0;
 295         for (const auto& i : nptype)
 296         {
 297             if (i != 0)
 298             {
 299                 fprintf(fplog, "There are: %d %ss\n", i, ptype_str[n]);
 300             }
 301             n++;
 302         }
 303     }
 304     return nptype;
 305 }
 306
 307 gmx_shellfc_t* init_shell_flexcon(FILE* fplog, const gmx_mtop_t* mtop, int nflexcon, int nstcalcenergy, bool usingDomainDecomposition)
 308 {
 309     gmx_shellfc_t* shfc;
 310     t_shell*       shell;
 311     int*           shell_index = nullptr;
 312
 313     int  ns, nshell, nsi;
 314     int  i, j, type, a_offset, mol, ftype, nra;
 315     real qS, alpha;
 316     int  aS, aN = 0; /* Shell and nucleus */
 317     int bondtypes[] = { F_BONDS, F_HARMONIC, F_CUBICBONDS, F_POLARIZATION, F_ANHARM_POL, F_WATER_POL };
 318 #define NBT asize(bondtypes)
 319     const gmx_ffparams_t* ffparams;
 320
 321     std::array<int, eptNR> n = countPtypes(fplog, mtop);
 322     nshell                   = n[eptShell];
 323
 324     if (nshell == 0 && nflexcon == 0)
 325     {
 326         /* We're not doing shells or flexible constraints */
 327         return nullptr;
 328     }
 329
 330     snew(shfc, 1);
 331     shfc->x        = new PaddedHostVector<gmx::RVec>[2] {};
 332     shfc->f        = new PaddedHostVector<gmx::RVec>[2] {};
 333     shfc->nflexcon = nflexcon;
 334
 335     if (nshell == 0)
 336     {
 337         /* Only flexible constraints, no shells.
 338          * Note that make_local_shells() does not need to be called.
 339          */
 340         shfc->nshell   = 0;
 341         shfc->bPredict = FALSE;
 342
 343         return shfc;
 344     }
 345
 346     if (nstcalcenergy != 1)
 347     {
 348         gmx_fatal(FARGS,
 349                   "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is "
 350                   "not supported in combination with shell particles.\nPlease make a new tpr file.",
 351                   nstcalcenergy);
 352     }
 353     if (usingDomainDecomposition)
 354     {
 355         gmx_fatal(
 356                 FARGS,
 357                 "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 358     }
 359
 360     /* We have shells: fill the shell data structure */
 361
 362     /* Global system sized array, this should be avoided */
 363     snew(shell_index, mtop->natoms);
 364
 365     nshell = 0;
 366     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(*mtop))
 367     {
 368         const t_atom& local = atomP.atom();
 369         int           i     = atomP.globalAtomNumber();
 370         if (local.ptype == eptShell)
 371         {
 372             shell_index[i] = nshell++;
 373         }
 374     }
 375
 376     snew(shell, nshell);
 377
 378     /* Initiate the shell structures */
 379     for (i = 0; (i < nshell); i++)
 380     {
 381         shell[i].shell = -1;
 382         shell[i].nnucl = 0;
 383         shell[i].nucl1 = -1;
 384         shell[i].nucl2 = -1;
 385         shell[i].nucl3 = -1;
 386         /* shell[i].bInterCG=FALSE; */
 387         shell[i].k_1 = 0;
 388         shell[i].k   = 0;
 389     }
 390
 391     ffparams = &mtop->ffparams;
 392
 393     /* Now fill the structures */
 394     /* TODO: See if we can use update groups that cover shell constructions */
 395     shfc->bInterCG = FALSE;
 396     ns             = 0;
 397     a_offset       = 0;
 398     for (size_t mb = 0; mb < mtop->molblock.size(); mb++)
 399     {
 400         const gmx_molblock_t* molb = &mtop->molblock[mb];
 401         const gmx_moltype_t*  molt = &mtop->moltype[molb->type];
 402
 403         const t_atom* atom = molt->atoms.atom;
 404         for (mol = 0; mol < molb->nmol; mol++)
 405         {
 406             for (j = 0; (j < NBT); j++)
 407             {
 408                 const int* ia = molt->ilist[bondtypes[j]].iatoms.data();
 409                 for (i = 0; (i < molt->ilist[bondtypes[j]].size());)
 410                 {
 411                     type  = ia[0];
 412                     ftype = ffparams->functype[type];
 413                     nra   = interaction_function[ftype].nratoms;
 414
 415                     /* Check whether we have a bond with a shell */
 416                     aS = -1;
 417
 418                     switch (bondtypes[j])
 419                     {
 420                         case F_BONDS:
 421                         case F_HARMONIC:
 422                         case F_CUBICBONDS:
 423                         case F_POLARIZATION:
 424                         case F_ANHARM_POL:
 425                             if (atom[ia[1]].ptype == eptShell)
 426                             {
 427                                 aS = ia[1];
 428                                 aN = ia[2];
 429                             }
 430                             else if (atom[ia[2]].ptype == eptShell)
 431                             {
 432                                 aS = ia[2];
 433                                 aN = ia[1];
 434                             }
 435                             break;
 436                         case F_WATER_POL:
 437                             aN = ia[4]; /* Dummy */
 438                             aS = ia[5]; /* Shell */
 439                             break;
 440                         default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 441                     }
 442
 443                     if (aS != -1)
 444                     {
 445                         qS = atom[aS].q;
 446
 447                         /* Check whether one of the particles is a shell... */
 448                         nsi = shell_index[a_offset + aS];
 449                         if ((nsi < 0) || (nsi >= nshell))
 450                         {
 451                             gmx_fatal(FARGS, "nsi is %d should be within 0 - %d. aS = %d", nsi, nshell, aS);
 452                         }
 453                         if (shell[nsi].shell == -1)
 454                         {
 455                             shell[nsi].shell = a_offset + aS;
 456                             ns++;
 457                         }
 458                         else if (shell[nsi].shell != a_offset + aS)
 459                         {
 460                             gmx_fatal(FARGS, "Weird stuff in %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 461                         }
 462
 463                         if (shell[nsi].nucl1 == -1)
 464                         {
 465                             shell[nsi].nucl1 = a_offset + aN;
 466                         }
 467                         else if (shell[nsi].nucl2 == -1)
 468                         {
 469                             shell[nsi].nucl2 = a_offset + aN;
 470                         }
 471                         else if (shell[nsi].nucl3 == -1)
 472                         {
 473                             shell[nsi].nucl3 = a_offset + aN;
 474                         }
 475                         else
 476                         {
 477                             if (fplog)
 478                             {
 479                                 pr_shell(fplog, ns, shell);
 480                             }
 481                             gmx_fatal(FARGS, "Can not handle more than three bonds per shell\n");
 482                         }
 483                         if (aS != aN)
 484                         {
 485                             /* shell[nsi].bInterCG = TRUE; */
 486                             shfc->bInterCG = TRUE;
 487                         }
 488
 489                         switch (bondtypes[j])
 490                         {
 491                             case F_BONDS:
 492                             case F_HARMONIC:
 493                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].harmonic.krA;
 494                                 break;
 495                             case F_CUBICBONDS:
 496                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].cubic.kb;
 497                                 break;
 498                             case F_POLARIZATION:
 499                             case F_ANHARM_POL:
 500                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 501                                 {
 502                                     gmx_fatal(FARGS,
 503                                               "polarize can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 504                                               "atom %d of molecule block %zu",
 505                                               qS, atom[aS].qB, aS + 1, mb + 1);
 506                                 }
 507                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * ONE_4PI_EPS0
 508                                                 / ffparams->iparams[type].polarize.alpha;
 509                                 break;
 510                             case F_WATER_POL:
 511                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 512                                 {
 513                                     gmx_fatal(FARGS,
 514                                               "water_pol can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 515                                               "atom %d of molecule block %zu",
 516                                               qS, atom[aS].qB, aS + 1, mb + 1);
 517                                 }
 518                                 alpha = (ffparams->iparams[type].wpol.al_x
 519                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_y
 520                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_z)
 521                                         / 3.0;
 522                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * ONE_4PI_EPS0 / alpha;
 523                                 break;
 524                             default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 525                         }
 526                         shell[nsi].nnucl++;
 527                     }
 528                     ia += nra + 1;
 529                     i += nra + 1;
 530                 }
 531             }
 532             a_offset += molt->atoms.nr;
 533         }
 534         /* Done with this molecule type */
 535     }
 536
 537     /* Verify whether it's all correct */
 538     if (ns != nshell)
 539     {
 540         gmx_fatal(FARGS, "Something weird with shells. They may not be bonded to something");
 541     }
 542
 543     for (i = 0; (i < ns); i++)
 544     {
 545         shell[i].k_1 = 1.0 / shell[i].k;
 546     }
 547
 548     if (debug)
 549     {
 550         pr_shell(debug, ns, shell);
 551     }
 552
 553
 554     shfc->nshell_gl      = ns;
 555     shfc->shell_gl       = shell;
 556     shfc->shell_index_gl = shell_index;
 557
 558     shfc->bPredict     = (getenv("GMX_NOPREDICT") == nullptr);
 559     shfc->bRequireInit = FALSE;
 560     if (!shfc->bPredict)
 561     {
 562         if (fplog)
 563         {
 564             fprintf(fplog, "\nWill never predict shell positions\n");
 565         }
 566     }
 567     else
 568     {
 569         shfc->bRequireInit = (getenv("GMX_REQUIRE_SHELL_INIT") != nullptr);
 570         if (shfc->bRequireInit && fplog)
 571         {
 572             fprintf(fplog, "\nWill always initiate shell positions\n");
 573         }
 574     }
 575
 576     if (shfc->bPredict)
 577     {
 578         if (shfc->bInterCG)
 579         {
 580             if (fplog)
 581             {
 582                 fprintf(fplog,
 583                         "\nNOTE: in the current version shell prediction during the crun is "
 584                         "disabled\n\n");
 585             }
 586             /* Prediction improves performance, so we should implement either:
 587              * 1. communication for the atoms needed for prediction
 588              * 2. prediction using the velocities of shells; currently the
 589              *    shell velocities are zeroed, it's a bit tricky to keep
 590              *    track of the shell displacements and thus the velocity.
 591              */
 592             shfc->bPredict = FALSE;
 593         }
 594     }
 595
 596     return shfc;
 597 }
 598
 599 void make_local_shells(const t_commrec* cr, const t_mdatoms* md, gmx_shellfc_t* shfc)
 600 {
 601     t_shell*      shell;
 602     int           a0, a1, *ind, nshell, i;
 603     gmx_domdec_t* dd = nullptr;
 604
 605     if (DOMAINDECOMP(cr))
 606     {
 607         dd = cr->dd;
 608         a0 = 0;
 609         a1 = dd_numHomeAtoms(*dd);
 610     }
 611     else
 612     {
 613         /* Single node: we need all shells, just copy the pointer */
 614         shfc->nshell = shfc->nshell_gl;
 615         shfc->shell  = shfc->shell_gl;
 616
 617         return;
 618     }
 619
 620     ind = shfc->shell_index_gl;
 621
 622     nshell = 0;
 623     shell  = shfc->shell;
 624     for (i = a0; i < a1; i++)
 625     {
 626         if (md->ptype[i] == eptShell)
 627         {
 628             if (nshell + 1 > shfc->shell_nalloc)
 629             {
 630                 shfc->shell_nalloc = over_alloc_dd(nshell + 1);
 631                 srenew(shell, shfc->shell_nalloc);
 632             }
 633             if (dd)
 634             {
 635                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[dd->globalAtomIndices[i]]];
 636             }
 637             else
 638             {
 639                 shell[nshell] = shfc->shell_gl[ind[i]];
 640             }
 641
 642             /* With inter-cg shells we can no do shell prediction,
 643              * so we do not need the nuclei numbers.
 644              */
 645             if (!shfc->bInterCG)
 646             {
 647                 shell[nshell].nucl1 = i + shell[nshell].nucl1 - shell[nshell].shell;
 648                 if (shell[nshell].nnucl > 1)
 649                 {
 650                     shell[nshell].nucl2 = i + shell[nshell].nucl2 - shell[nshell].shell;
 651                 }
 652                 if (shell[nshell].nnucl > 2)
 653                 {
 654                     shell[nshell].nucl3 = i + shell[nshell].nucl3 - shell[nshell].shell;
 655                 }
 656             }
 657             shell[nshell].shell = i;
 658             nshell++;
 659         }
 660     }
 661
 662     shfc->nshell = nshell;
 663     shfc->shell  = shell;
 664 }
 665
 666 static void do_1pos(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, real step)
 667 {
 668     real xo, yo, zo;
 669     real dx, dy, dz;
 670
 671     xo = xold[XX];
 672     yo = xold[YY];
 673     zo = xold[ZZ];
 674
 675     dx = f[XX] * step;
 676     dy = f[YY] * step;
 677     dz = f[ZZ] * step;
 678
 679     xnew[XX] = xo + dx;
 680     xnew[YY] = yo + dy;
 681     xnew[ZZ] = zo + dz;
 682 }
 683
 684 static void do_1pos3(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, const rvec step)
 685 {
 686     real xo, yo, zo;
 687     real dx, dy, dz;
 688
 689     xo = xold[XX];
 690     yo = xold[YY];
 691     zo = xold[ZZ];
 692
 693     dx = f[XX] * step[XX];
 694     dy = f[YY] * step[YY];
 695     dz = f[ZZ] * step[ZZ];
 696
 697     xnew[XX] = xo + dx;
 698     xnew[YY] = yo + dy;
 699     xnew[ZZ] = zo + dz;
 700 }
 701
 702 static void directional_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xold,
 703                            gmx::ArrayRef<gmx::RVec>       xnew,
 704                            const rvec                     acc_dir[],
 705                            int                            homenr,
 706                            real                           step)
 707 {
 708     const rvec* xo = as_rvec_array(xold.data());
 709     rvec*       xn = as_rvec_array(xnew.data());
 710
 711     for (int i = 0; i < homenr; i++)
 712     {
 713         do_1pos(xn[i], xo[i], acc_dir[i], step);
 714     }
 715 }
 716
 717 static void shell_pos_sd(gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> xcur,
 718                          gmx::ArrayRef<gmx::RVec>       xnew,
 719                          gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> f,
 720                          int                            ns,
 721                          t_shell                        s[],
 722                          int                            count)
 723 {
 724     const real step_scale_min = 0.8, step_scale_increment = 0.2, step_scale_max = 1.2,
 725                step_scale_multiple = (step_scale_max - step_scale_min) / step_scale_increment;
 726     int        i, shell, d;
 727     real       dx, df, k_est;
 728     const real zero = 0;
 729 #ifdef PRINT_STEP
 730     real step_min, step_max;
 731
 732     step_min = 1e30;
 733     step_max = 0;
 734 #endif
 735     for (i = 0; (i < ns); i++)
 736     {
 737         shell = s[i].shell;
 738         if (count == 1)
 739         {
 740             for (d = 0; d < DIM; d++)
 741             {
 742                 s[i].step[d] = s[i].k_1;
 743 #ifdef PRINT_STEP
 744                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 745                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 746 #endif
 747             }
 748         }
 749         else
 750         {
 751             for (d = 0; d < DIM; d++)
 752             {
 753                 dx = xcur[shell][d] - s[i].xold[d];
 754                 df = f[shell][d] - s[i].fold[d];
 755                 /* -dx/df gets used to generate an interpolated value, but would
 756                  * cause a NaN if df were binary-equal to zero. Values close to
 757                  * zero won't cause problems (because of the min() and max()), so
 758                  * just testing for binary inequality is OK. */
 759                 if (zero != df)
 760                 {
 761                     k_est = -dx / df;
 762                     /* Scale the step size by a factor interpolated from
 763                      * step_scale_min to step_scale_max, as k_est goes from 0 to
 764                      * step_scale_multiple * s[i].step[d] */
 765                     s[i].step[d] = step_scale_min * s[i].step[d]
 766                                    + step_scale_increment
 767                                              * std::min(step_scale_multiple * s[i].step[d],
 768                                                         std::max(k_est, zero));
 769                 }
 770                 else
 771                 {
 772                     /* Here 0 == df */
 773                     if (gmx_numzero(dx)) /* 0 == dx */
 774                     {
 775                         /* Likely this will never happen, but if it does just
 776                          * don't scale the step. */
 777                     }
 778                     else /* 0 != dx */
 779                     {
 780                         s[i].step[d] *= step_scale_max;
 781                     }
 782                 }
 783 #ifdef PRINT_STEP
 784                 step_min = std::min(step_min, s[i].step[d]);
 785                 step_max = std::max(step_max, s[i].step[d]);
 786 #endif
 787             }
 788         }
 789         copy_rvec(xcur[shell], s[i].xold);
 790         copy_rvec(f[shell], s[i].fold);
 791
 792         do_1pos3(xnew[shell], xcur[shell], f[shell], s[i].step);
 793
 794         if (gmx_debug_at)
 795         {
 796             fprintf(debug, "shell[%d] = %d\n", i, shell);
 797             pr_rvec(debug, 0, "fshell", f[shell], DIM, TRUE);
 798             pr_rvec(debug, 0, "xold", xcur[shell], DIM, TRUE);
 799             pr_rvec(debug, 0, "step", s[i].step, DIM, TRUE);
 800             pr_rvec(debug, 0, "xnew", xnew[shell], DIM, TRUE);
 801         }
 802     }
 803 #ifdef PRINT_STEP
 804     printf("step %.3e %.3e\n", step_min, step_max);
 805 #endif
 806 }
 807
 808 static void decrease_step_size(int nshell, t_shell s[])
 809 {
 810     int i;
 811
 812     for (i = 0; i < nshell; i++)
 813     {
 814         svmul(0.8, s[i].step, s[i].step);
 815     }
 816 }
 817
 818 static void print_epot(FILE* fp, int64_t mdstep, int count, real epot, real df, int ndir, real sf_dir)
 819 {
 820     char buf[22];
 821
 822     fprintf(fp, "MDStep=%5s/%2d EPot: %12.8e, rmsF: %6.2e", gmx_step_str(mdstep, buf), count, epot, df);
 823     if (ndir)
 824     {
 825         fprintf(fp, ", dir. rmsF: %6.2e\n", std::sqrt(sf_dir / ndir));
 826     }
 827     else
 828     {
 829         fprintf(fp, "\n");
 830     }
 831 }
 832
 833
 834 static real rms_force(const t_commrec*               cr,
 835                       gmx::ArrayRef<const gmx::RVec> force,
 836                       int                            ns,
 837                       t_shell                        s[],
 838                       int                            ndir,
 839                       real*                          sf_dir,
 840                       real*                          Epot)
 841 {
 842     double      buf[4];
 843     const rvec* f = as_rvec_array(force.data());
 844
 845     buf[0] = *sf_dir;
 846     for (int i = 0; i < ns; i++)
 847     {
 848         int shell = s[i].shell;
 849         buf[0] += norm2(f[shell]);
 850     }
 851     int ntot = ns;
 852
 853     if (PAR(cr))
 854     {
 855         buf[1] = ntot;
 856         buf[2] = *sf_dir;
 857         buf[3] = *Epot;
 858         gmx_sumd(4, buf, cr);
 859         ntot    = gmx::roundToInt(buf[1]);
 860         *sf_dir = buf[2];
 861         *Epot   = buf[3];
 862     }
 863     ntot += ndir;
 864
 865     return (ntot ? std::sqrt(buf[0] / ntot) : 0);
 866 }
 867
 868 static void dump_shells(FILE* fp, gmx::ArrayRef<gmx::RVec> f, real ftol, int ns, t_shell s[])
 869 {
 870     int  i, shell;
 871     real ft2, ff2;
 872
 873     ft2 = gmx::square(ftol);
 874
 875     for (i = 0; (i < ns); i++)
 876     {
 877         shell = s[i].shell;
 878         ff2   = iprod(f[shell], f[shell]);
 879         if (ff2 > ft2)
 880         {
 881             fprintf(fp, "SHELL %5d, force %10.5f  %10.5f  %10.5f, |f| %10.5f\n", shell,
 882                     f[shell][XX], f[shell][YY], f[shell][ZZ], std::sqrt(ff2));
 883         }
 884     }
 885 }
 886
 887 static void init_adir(gmx_shellfc_t*            shfc,
 888                       gmx::Constraints*         constr,
 889                       const t_inputrec*         ir,
 890                       const t_commrec*          cr,
 891                       int                       dd_ac1,
 892                       int64_t                   step,
 893                       const t_mdatoms*          md,
 894                       int                       end,
 895                       rvec*                     x_old,
 896                       rvec*                     x_init,
 897                       rvec*                     x,
 898                       rvec*                     f,
 899                       rvec*                     acc_dir,
 900                       const matrix              box,
 901                       gmx::ArrayRef<const real> lambda,
 902                       real*                     dvdlambda)
 903 {
 904     rvec *          xnold, *xnew;
 905     double          dt, w_dt;
 906     int             n, d;
 907     unsigned short* ptype;
 908
 909     if (DOMAINDECOMP(cr))
 910     {
 911         n = dd_ac1;
 912     }
 913     else
 914     {
 915         n = end;
 916     }
 917     if (n > shfc->adir_nalloc)
 918     {
 919         shfc->adir_nalloc = over_alloc_dd(n);
 920         srenew(shfc->adir_xnold, shfc->adir_nalloc);
 921         srenew(shfc->adir_xnew, shfc->adir_nalloc);
 922     }
 923     xnold = shfc->adir_xnold;
 924     xnew  = shfc->adir_xnew;
 925
 926     ptype = md->ptype;
 927
 928     dt = ir->delta_t;
 929
 930     /* Does NOT work with freeze or acceleration groups (yet) */
 931     for (n = 0; n < end; n++)
 932     {
 933         w_dt = md->invmass[n] * dt;
 934
 935         for (d = 0; d < DIM; d++)
 936         {
 937             if ((ptype[n] != eptVSite) && (ptype[n] != eptShell))
 938             {
 939                 xnold[n][d] = x[n][d] - (x_init[n][d] - x_old[n][d]);
 940                 xnew[n][d]  = 2 * x[n][d] - x_old[n][d] + f[n][d] * w_dt * dt;
 941             }
 942             else
 943             {
 944                 xnold[n][d] = x[n][d];
 945                 xnew[n][d]  = x[n][d];
 946             }
 947         }
 948     }
 949     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, x, xnold, nullptr, box, lambda[efptBONDED],
 950                   &(dvdlambda[efptBONDED]), nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 951     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, x, xnew, nullptr, box, lambda[efptBONDED],
 952                   &(dvdlambda[efptBONDED]), nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Positions);
 953
 954     for (n = 0; n < end; n++)
 955     {
 956         for (d = 0; d < DIM; d++)
 957         {
 958             xnew[n][d] = -(2 * x[n][d] - xnold[n][d] - xnew[n][d]) / gmx::square(dt)
 959                          - f[n][d] * md->invmass[n];
 960         }
 961         clear_rvec(acc_dir[n]);
 962     }
 963
 964     /* Project the acceleration on the old bond directions */
 965     constr->apply(FALSE, FALSE, step, 0, 1.0, x_old, xnew, acc_dir, box, lambda[efptBONDED],
 966                   &(dvdlambda[efptBONDED]), nullptr, nullptr, gmx::ConstraintVariable::Deriv_FlexCon);
 967 }
 968
 969 void relax_shell_flexcon(FILE*                               fplog,
 970                          const t_commrec*                    cr,
 971                          const gmx_multisim_t*               ms,
 972                          gmx_bool                            bVerbose,
 973                          gmx_enfrot*                         enforcedRotation,
 974                          int64_t                             mdstep,
 975                          const t_inputrec*                   inputrec,
 976                          gmx::ImdSession*                    imdSession,
 977                          pull_t*                             pull_work,
 978                          gmx_bool                            bDoNS,
 979                          int                                 force_flags,
 980                          const gmx_localtop_t*               top,
 981                          gmx::Constraints*                   constr,
 982                          gmx_enerdata_t*                     enerd,
 983                          t_fcdata*                           fcd,
 984                          int                                 natoms,
 985                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> x,
 986                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> v,
 987                          const matrix                        box,
 988                          gmx::ArrayRef<real>                 lambda,
 989                          history_t*                          hist,
 990                          gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> f,
 991                          tensor                              force_vir,
 992                          const t_mdatoms*                    md,
 993                          t_nrnb*                             nrnb,
 994                          gmx_wallcycle_t                     wcycle,
 995                          t_graph*                            graph,
 996                          gmx_shellfc_t*                      shfc,
 997                          t_forcerec*                         fr,
 998                          gmx::MdrunScheduleWorkload*         runScheduleWork,
 999                          double                              t,
1000                          rvec                                mu_tot,
1001                          const gmx_vsite_t*                  vsite,
1002                          const DDBalanceRegionHandler&       ddBalanceRegionHandler)
1003 {
1004     auto xRvec = as_rvec_array(x.paddedArrayRef().data());
1005     auto vRvec = as_rvec_array(v.paddedArrayRef().data());
1006
1007     int           nshell;
1008     t_shell*      shell;
1009     const t_idef* idef;
1010     rvec *        acc_dir = nullptr, *x_old = nullptr;
1011     real          Epot[2], df[2];
1012     real          sf_dir, invdt;
1013     real          ftol, dum = 0;
1014     char          sbuf[22];
1015     gmx_bool      bCont, bInit, bConverged;
1016     int           nat, dd_ac0, dd_ac1 = 0, i;
1017     int           homenr = md->homenr, end = homenr;
1018     int           nflexcon, number_steps, d, Min = 0, count = 0;
1019 #define Try (1 - Min) /* At start Try = 1 */
1020
1021     bCont        = (mdstep == inputrec->init_step) && inputrec->bContinuation;
1022     bInit        = (mdstep == inputrec->init_step) || shfc->bRequireInit;
1023     ftol         = inputrec->em_tol;
1024     number_steps = inputrec->niter;
1025     nshell       = shfc->nshell;
1026     shell        = shfc->shell;
1027     nflexcon     = shfc->nflexcon;
1028
1029     idef = &top->idef;
1030
1031     if (DOMAINDECOMP(cr))
1032     {
1033         nat = dd_natoms_vsite(cr->dd);
1034         if (nflexcon > 0)
1035         {
1036             dd_get_constraint_range(cr->dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
1037             nat = std::max(nat, dd_ac1);
1038         }
1039     }
1040     else
1041     {
1042         nat = natoms;
1043     }
1044
1045     for (i = 0; (i < 2); i++)
1046     {
1047         shfc->x[i].resizeWithPadding(nat);
1048         shfc->f[i].resizeWithPadding(nat);
1049     }
1050
1051     /* Create views that we can swap */
1052     gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> posWithPadding[2];
1053     gmx::ArrayRefWithPadding<gmx::RVec> forceWithPadding[2];
1054     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>            pos[2];
1055     gmx::ArrayRef<gmx::RVec>            force[2];
1056     for (i = 0; (i < 2); i++)
1057     {
1058         posWithPadding[i]   = shfc->x[i].arrayRefWithPadding();
1059         pos[i]              = posWithPadding[i].paddedArrayRef();
1060         forceWithPadding[i] = shfc->f[i].arrayRefWithPadding();
1061         force[i]            = forceWithPadding[i].paddedArrayRef();
1062     }
1063
1064     if (bDoNS && inputrec->ePBC != epbcNONE && !DOMAINDECOMP(cr))
1065     {
1066         /* This is the only time where the coordinates are used
1067          * before do_force is called, which normally puts all
1068          * charge groups in the box.
1069          */
1070         auto xRef = x.paddedArrayRef();
1071         put_atoms_in_box_omp(fr->ePBC, box, xRef.subArray(0, md->homenr),
1072                              gmx_omp_nthreads_get(emntDefault));
1073
1074         if (graph)
1075         {
1076             mk_mshift(fplog, graph, fr->ePBC, box, xRvec);
1077         }
1078     }
1079
1080     /* After this all coordinate arrays will contain whole charge groups */
1081     if (graph)
1082     {
1083         shift_self(graph, box, xRvec);
1084     }
1085
1086     if (nflexcon)
1087     {
1088         if (nat > shfc->flex_nalloc)
1089         {
1090             shfc->flex_nalloc = over_alloc_dd(nat);
1091             srenew(shfc->acc_dir, shfc->flex_nalloc);
1092             srenew(shfc->x_old, shfc->flex_nalloc);
1093         }
1094         acc_dir        = shfc->acc_dir;
1095         x_old          = shfc->x_old;
1096         auto xArrayRef = x.paddedArrayRef();
1097         auto vArrayRef = v.paddedArrayRef();
1098         for (i = 0; i < homenr; i++)
1099         {
1100             for (d = 0; d < DIM; d++)
1101             {
1102                 shfc->x_old[i][d] = xArrayRef[i][d] - vArrayRef[i][d] * inputrec->delta_t;
1103             }
1104         }
1105     }
1106
1107     /* Do a prediction of the shell positions, when appropriate.
1108      * Without velocities (EM, NM, BD) we only do initial prediction.
1109      */
1110     if (shfc->bPredict && !bCont && (EI_STATE_VELOCITY(inputrec->eI) || bInit))
1111     {
1112         predict_shells(fplog, xRvec, vRvec, inputrec->delta_t, nshell, shell, md->massT, nullptr, bInit);
1113     }
1114
1115     /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1116     if (graph)
1117     {
1118         unshift_self(graph, box, xRvec);
1119     }
1120
1121     /* Calculate the forces first time around */
1122     if (gmx_debug_at)
1123     {
1124         pr_rvecs(debug, 0, "x b4 do_force", xRvec, homenr);
1125     }
1126     int shellfc_flags = force_flags | (bVerbose ? GMX_FORCE_ENERGY : 0);
1127     do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation, imdSession, pull_work, mdstep,
1128              nrnb, wcycle, top, box, x, hist, forceWithPadding[Min], force_vir, md, enerd, fcd,
1129              lambda, graph, fr, runScheduleWork, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1130              (bDoNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | shellfc_flags, ddBalanceRegionHandler);
1131
1132     sf_dir = 0;
1133     if (nflexcon)
1134     {
1135         init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end, shfc->x_old, xRvec, xRvec,
1136                   as_rvec_array(force[Min].data()), shfc->acc_dir, box, lambda, &dum);
1137
1138         for (i = 0; i < end; i++)
1139         {
1140             sf_dir += md->massT[i] * norm2(shfc->acc_dir[i]);
1141         }
1142     }
1143     sum_epot(&(enerd->grpp), enerd->term);
1144     Epot[Min] = enerd->term[F_EPOT];
1145
1146     df[Min] = rms_force(cr, forceWithPadding[Min].paddedArrayRef(), nshell, shell, nflexcon,
1147                         &sf_dir, &Epot[Min]);
1148     df[Try] = 0;
1149     if (debug)
1150     {
1151         fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1152     }
1153
1154     if (gmx_debug_at)
1155     {
1156         pr_rvecs(debug, 0, "force0", as_rvec_array(force[Min].data()), md->nr);
1157     }
1158
1159     if (nshell + nflexcon > 0)
1160     {
1161         /* Copy x to pos[Min] & pos[Try]: during minimization only the
1162          * shell positions are updated, therefore the other particles must
1163          * be set here, in advance.
1164          */
1165         std::copy(x.paddedArrayRef().begin(), x.paddedArrayRef().end(),
1166                   posWithPadding[Min].paddedArrayRef().begin());
1167         std::copy(x.paddedArrayRef().begin(), x.paddedArrayRef().end(),
1168                   posWithPadding[Try].paddedArrayRef().begin());
1169     }
1170
1171     if (bVerbose && MASTER(cr))
1172     {
1173         print_epot(stdout, mdstep, 0, Epot[Min], df[Min], nflexcon, sf_dir);
1174     }
1175
1176     if (debug)
1177     {
1178         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EKIN].longname, enerd->term[F_EKIN]);
1179         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EPOT].longname, enerd->term[F_EPOT]);
1180         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_ETOT].longname, enerd->term[F_ETOT]);
1181         fprintf(debug, "SHELLSTEP %s\n", gmx_step_str(mdstep, sbuf));
1182     }
1183
1184     /* First check whether we should do shells, or whether the force is
1185      * low enough even without minimization.
1186      */
1187     bConverged = (df[Min] < ftol);
1188
1189     for (count = 1; (!(bConverged) && (count < number_steps)); count++)
1190     {
1191         if (vsite)
1192         {
1193             construct_vsites(vsite, as_rvec_array(pos[Min].data()), inputrec->delta_t, vRvec,
1194                              idef->iparams, idef->il, fr->ePBC, fr->bMolPBC, cr, box);
1195         }
1196
1197         if (nflexcon)
1198         {
1199             init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end, x_old, xRvec,
1200                       as_rvec_array(pos[Min].data()), as_rvec_array(force[Min].data()), acc_dir,
1201                       box, lambda, &dum);
1202
1203             directional_sd(pos[Min], pos[Try], acc_dir, end, fr->fc_stepsize);
1204         }
1205
1206         /* New positions, Steepest descent */
1207         shell_pos_sd(pos[Min], pos[Try], force[Min], nshell, shell, count);
1208
1209         /* do_force expected the charge groups to be in the box */
1210         if (graph)
1211         {
1212             unshift_self(graph, box, as_rvec_array(pos[Try].data()));
1213         }
1214
1215         if (gmx_debug_at)
1216         {
1217             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Min]  ", as_rvec_array(pos[Min].data()), homenr);
1218             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Try]  ", as_rvec_array(pos[Try].data()), homenr);
1219         }
1220         /* Try the new positions */
1221         do_force(fplog, cr, ms, inputrec, nullptr, enforcedRotation, imdSession, pull_work, 1, nrnb,
1222                  wcycle, top, box, posWithPadding[Try], hist, forceWithPadding[Try], force_vir, md,
1223                  enerd, fcd, lambda, graph, fr, runScheduleWork, vsite, mu_tot, t, nullptr,
1224                  shellfc_flags, ddBalanceRegionHandler);
1225         sum_epot(&(enerd->grpp), enerd->term);
1226         if (gmx_debug_at)
1227         {
1228             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Min]", as_rvec_array(force[Min].data()), homenr);
1229             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Try]", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1230         }
1231         sf_dir = 0;
1232         if (nflexcon)
1233         {
1234             init_adir(shfc, constr, inputrec, cr, dd_ac1, mdstep, md, end, x_old, xRvec,
1235                       as_rvec_array(pos[Try].data()), as_rvec_array(force[Try].data()), acc_dir,
1236                       box, lambda, &dum);
1237
1238             for (i = 0; i < end; i++)
1239             {
1240                 sf_dir += md->massT[i] * norm2(acc_dir[i]);
1241             }
1242         }
1243
1244         Epot[Try] = enerd->term[F_EPOT];
1245
1246         df[Try] = rms_force(cr, force[Try], nshell, shell, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Try]);
1247
1248         if (debug)
1249         {
1250             fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1251         }
1252
1253         if (debug)
1254         {
1255             if (gmx_debug_at)
1256             {
1257                 pr_rvecs(debug, 0, "F na do_force", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1258             }
1259             if (gmx_debug_at)
1260             {
1261                 fprintf(debug, "SHELL ITER %d\n", count);
1262                 dump_shells(debug, force[Try], ftol, nshell, shell);
1263             }
1264         }
1265
1266         if (bVerbose && MASTER(cr))
1267         {
1268             print_epot(stdout, mdstep, count, Epot[Try], df[Try], nflexcon, sf_dir);
1269         }
1270
1271         bConverged = (df[Try] < ftol);
1272
1273         if ((df[Try] < df[Min]))
1274         {
1275             if (debug)
1276             {
1277                 fprintf(debug, "Swapping Min and Try\n");
1278             }
1279             if (nflexcon)
1280             {
1281                 /* Correct the velocities for the flexible constraints */
1282                 invdt          = 1 / inputrec->delta_t;
1283                 auto vArrayRef = v.paddedArrayRef();
1284                 for (i = 0; i < end; i++)
1285                 {
1286                     for (d = 0; d < DIM; d++)
1287                     {
1288                         vArrayRef[i][d] += (pos[Try][i][d] - pos[Min][i][d]) * invdt;
1289                     }
1290                 }
1291             }
1292             Min = Try;
1293         }
1294         else
1295         {
1296             decrease_step_size(nshell, shell);
1297         }
1298     }
1299     shfc->numForceEvaluations += count;
1300     if (bConverged)
1301     {
1302         shfc->numConvergedIterations++;
1303     }
1304     if (MASTER(cr) && !(bConverged))
1305     {
1306         /* Note that the energies and virial are incorrect when not converged */
1307         if (fplog)
1308         {
1309             fprintf(fplog, "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1310                     gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1311         }
1312         fprintf(stderr, "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1313                 gmx_step_str(mdstep, sbuf), number_steps, df[Min]);
1314     }
1315
1316     /* Copy back the coordinates and the forces */
1317     std::copy(pos[Min].begin(), pos[Min].end(), x.paddedArrayRef().data());
1318     std::copy(force[Min].begin(), force[Min].end(), f.unpaddedArrayRef().begin());
1319 }
1320
1321 void done_shellfc(FILE* fplog, gmx_shellfc_t* shfc, int64_t numSteps)
1322 {
1323     if (shfc && fplog && numSteps > 0)
1324     {
1325         double numStepsAsDouble = static_cast<double>(numSteps);
1326         fprintf(fplog, "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1327                 (shfc->numConvergedIterations * 100.0) / numStepsAsDouble);
1328         fprintf(fplog, "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1329                 shfc->numForceEvaluations / numStepsAsDouble);
1330     }
1331
1332     // TODO Deallocate memory in shfc
1333 }