src/gromacs/tools/convert_tpr.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) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014,2015,2016,2017,2018, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include "convert_tpr.h"
  40
  41 #include <cmath>
  42
  43 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  44 #include "gromacs/fileio/checkpoint.h"
  45 #include "gromacs/fileio/enxio.h"
  46 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  47 #include "gromacs/fileio/trrio.h"
  48 #include "gromacs/math/vec.h"
  49 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  50 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  51 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  52 #include "gromacs/random/seed.h"
  53 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  54 #include "gromacs/topology/index.h"
  55 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  56 #include "gromacs/topology/topology.h"
  57 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  58 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  59 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  60 #include "gromacs/utility/futil.h"
  61 #include "gromacs/utility/real.h"
  62 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  63 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  64
  65 #define RANGECHK(i, n) if ((i) >= (n)) gmx_fatal(FARGS, "Your index file contains atomnumbers (e.g. %d)\nthat are larger than the number of atoms in the tpr file (%d)", (i), (n))
  66
  67 static gmx_bool *bKeepIt(int gnx, int natoms, int index[])
  68 {
  69     gmx_bool *b;
  70     int       i;
  71
  72     snew(b, natoms);
  73     for (i = 0; (i < gnx); i++)
  74     {
  75         RANGECHK(index[i], natoms);
  76         b[index[i]] = TRUE;
  77     }
  78
  79     return b;
  80 }
  81
  82 static int *invind(int gnx, int natoms, int index[])
  83 {
  84     int     *inv;
  85     int      i;
  86
  87     snew(inv, natoms);
  88     for (i = 0; (i < gnx); i++)
  89     {
  90         RANGECHK(index[i], natoms);
  91         inv[index[i]] = i;
  92     }
  93
  94     return inv;
  95 }
  96
  97 static void reduce_block(const gmx_bool bKeep[], t_block *block,
  98                          const char *name)
  99 {
 100     int     *index;
 101     int      i, j, newi, newj;
 102
 103     snew(index, block->nr);
 104
 105     newi = newj = 0;
 106     for (i = 0; (i < block->nr); i++)
 107     {
 108         for (j = block->index[i]; (j < block->index[i+1]); j++)
 109         {
 110             if (bKeep[j])
 111             {
 112                 newj++;
 113             }
 114         }
 115         if (newj > index[newi])
 116         {
 117             newi++;
 118             index[newi] = newj;
 119         }
 120     }
 121
 122     fprintf(stderr, "Reduced block %8s from %6d to %6d index-, %6d to %6d a-entries\n",
 123             name, block->nr, newi, block->index[block->nr], newj);
 124     block->index = index;
 125     block->nr    = newi;
 126 }
 127
 128 static void reduce_blocka(const int invindex[], const gmx_bool bKeep[], t_blocka *block,
 129                           const char *name)
 130 {
 131     int     *index, *a;
 132     int      i, j, k, newi, newj;
 133
 134     snew(index, block->nr);
 135     snew(a, block->nra);
 136
 137     newi = newj = 0;
 138     for (i = 0; (i < block->nr); i++)
 139     {
 140         for (j = block->index[i]; (j < block->index[i+1]); j++)
 141         {
 142             k = block->a[j];
 143             if (bKeep[k])
 144             {
 145                 a[newj] = invindex[k];
 146                 newj++;
 147             }
 148         }
 149         if (newj > index[newi])
 150         {
 151             newi++;
 152             index[newi] = newj;
 153         }
 154     }
 155
 156     fprintf(stderr, "Reduced block %8s from %6d to %6d index-, %6d to %6d a-entries\n",
 157             name, block->nr, newi, block->nra, newj);
 158     block->index = index;
 159     block->a     = a;
 160     block->nr    = newi;
 161     block->nra   = newj;
 162 }
 163
 164 static void reduce_rvec(int gnx, const int index[], rvec vv[])
 165 {
 166     rvec *ptr;
 167     int   i;
 168
 169     snew(ptr, gnx);
 170     for (i = 0; (i < gnx); i++)
 171     {
 172         copy_rvec(vv[index[i]], ptr[i]);
 173     }
 174     for (i = 0; (i < gnx); i++)
 175     {
 176         copy_rvec(ptr[i], vv[i]);
 177     }
 178     sfree(ptr);
 179 }
 180
 181 static void reduce_atom(int gnx, const int index[], t_atom atom[], char ***atomname,
 182                         int *nres, t_resinfo *resinfo)
 183 {
 184     t_atom    *ptr;
 185     char    ***aname;
 186     t_resinfo *rinfo;
 187     int        i, nr;
 188
 189     snew(ptr, gnx);
 190     snew(aname, gnx);
 191     snew(rinfo, atom[index[gnx-1]].resind+1);
 192     for (i = 0; (i < gnx); i++)
 193     {
 194         ptr[i]   = atom[index[i]];
 195         aname[i] = atomname[index[i]];
 196     }
 197     nr = -1;
 198     for (i = 0; (i < gnx); i++)
 199     {
 200         atom[i]     = ptr[i];
 201         atomname[i] = aname[i];
 202         if ((i == 0) || (atom[i].resind != atom[i-1].resind))
 203         {
 204             nr++;
 205             rinfo[nr] = resinfo[atom[i].resind];
 206         }
 207         atom[i].resind = nr;
 208     }
 209     nr++;
 210     for (i = 0; (i < nr); i++)
 211     {
 212         resinfo[i] = rinfo[i];
 213     }
 214     *nres = nr;
 215
 216     sfree(aname);
 217     sfree(ptr);
 218     sfree(rinfo);
 219 }
 220
 221 static void reduce_ilist(const int invindex[], const gmx_bool bKeep[],
 222                          t_ilist *il, int nratoms, const char *name)
 223 {
 224     t_iatom *ia;
 225     int      i, j, newnr;
 226     gmx_bool bB;
 227
 228     if (il->nr)
 229     {
 230         snew(ia, il->nr);
 231         newnr = 0;
 232         for (i = 0; (i < il->nr); i += nratoms+1)
 233         {
 234             bB = TRUE;
 235             for (j = 1; (j <= nratoms); j++)
 236             {
 237                 bB = bB && bKeep[il->iatoms[i+j]];
 238             }
 239             if (bB)
 240             {
 241                 ia[newnr++] = il->iatoms[i];
 242                 for (j = 1; (j <= nratoms); j++)
 243                 {
 244                     ia[newnr++] = invindex[il->iatoms[i+j]];
 245                 }
 246             }
 247         }
 248         fprintf(stderr, "Reduced ilist %8s from %6d to %6d entries\n",
 249                 name, il->nr/(nratoms+1),
 250                 newnr/(nratoms+1));
 251
 252         il->nr = newnr;
 253         for (i = 0; (i < newnr); i++)
 254         {
 255             il->iatoms[i] = ia[i];
 256         }
 257
 258         sfree(ia);
 259     }
 260 }
 261
 262 static void reduce_topology_x(int gnx, int index[],
 263                               gmx_mtop_t *mtop, rvec x[], rvec v[])
 264 {
 265     t_topology   top;
 266     gmx_bool    *bKeep;
 267     int         *invindex;
 268     int          i;
 269
 270     top      = gmx_mtop_t_to_t_topology(mtop, false);
 271     bKeep    = bKeepIt(gnx, top.atoms.nr, index);
 272     invindex = invind(gnx, top.atoms.nr, index);
 273
 274     reduce_block(bKeep, &(top.cgs), "cgs");
 275     reduce_block(bKeep, &(top.mols), "mols");
 276     reduce_blocka(invindex, bKeep, &(top.excls), "excls");
 277     reduce_rvec(gnx, index, x);
 278     reduce_rvec(gnx, index, v);
 279     reduce_atom(gnx, index, top.atoms.atom, top.atoms.atomname,
 280                 &(top.atoms.nres), top.atoms.resinfo);
 281
 282     for (i = 0; (i < F_NRE); i++)
 283     {
 284         reduce_ilist(invindex, bKeep, &(top.idef.il[i]),
 285                      interaction_function[i].nratoms,
 286                      interaction_function[i].name);
 287     }
 288
 289     top.atoms.nr = gnx;
 290
 291     mtop->moltype.resize(1);
 292     mtop->moltype[0].name  = mtop->name;
 293     mtop->moltype[0].atoms = top.atoms;
 294     for (i = 0; i < F_NRE; i++)
 295     {
 296         mtop->moltype[0].ilist[i] = top.idef.il[i];
 297     }
 298     mtop->moltype[0].atoms = top.atoms;
 299     mtop->moltype[0].cgs   = top.cgs;
 300     mtop->moltype[0].excls = top.excls;
 301
 302     mtop->molblock.resize(1);
 303     mtop->molblock[0].type = 0;
 304     mtop->molblock[0].nmol = 1;
 305
 306     mtop->natoms           = top.atoms.nr;
 307 }
 308
 309 static void zeroq(const int index[], gmx_mtop_t *mtop)
 310 {
 311     for (gmx_moltype_t &moltype : mtop->moltype)
 312     {
 313         for (int i = 0; i < moltype.atoms.nr; i++)
 314         {
 315             moltype.atoms.atom[index[i]].q  = 0;
 316             moltype.atoms.atom[index[i]].qB = 0;
 317         }
 318     }
 319 }
 320
 321 int gmx_convert_tpr(int argc, char *argv[])
 322 {
 323     const char       *desc[] = {
 324         "[THISMODULE] can edit run input files in three ways.[PAR]",
 325         "[BB]1.[bb] by modifying the number of steps in a run input file",
 326         "with options [TT]-extend[tt], [TT]-until[tt] or [TT]-nsteps[tt]",
 327         "(nsteps=-1 means unlimited number of steps)[PAR]",
 328         "[BB]2.[bb] by creating a [REF].tpx[ref] file for a subset of your original",
 329         "tpx file, which is useful when you want to remove the solvent from",
 330         "your [REF].tpx[ref] file, or when you want to make e.g. a pure C[GRK]alpha[grk] [REF].tpx[ref] file.",
 331         "Note that you may need to use [TT]-nsteps -1[tt] (or similar) to get",
 332         "this to work.",
 333         "[BB]WARNING: this [REF].tpx[ref] file is not fully functional[bb].[PAR]",
 334         "[BB]3.[bb] by setting the charges of a specified group",
 335         "to zero. This is useful when doing free energy estimates",
 336         "using the LIE (Linear Interaction Energy) method."
 337     };
 338
 339     const char       *top_fn;
 340     int               i;
 341     gmx_int64_t       nsteps_req, run_step;
 342     double            run_t, state_t;
 343     gmx_bool          bSel;
 344     gmx_bool          bNsteps, bExtend, bUntil;
 345     gmx_mtop_t        mtop;
 346     t_atoms           atoms;
 347     t_state           state;
 348     int               gnx;
 349     char             *grpname;
 350     int              *index = nullptr;
 351     char              buf[200], buf2[200];
 352     gmx_output_env_t *oenv;
 353     t_filenm          fnm[] = {
 354         { efTPR, nullptr,  nullptr,    ffREAD  },
 355         { efNDX, nullptr,  nullptr,    ffOPTRD },
 356         { efTPR, "-o",  "tprout", ffWRITE }
 357     };
 358 #define NFILE asize(fnm)
 359
 360     /* Command line options */
 361     static int      nsteps_req_int = 0;
 362     static real     extend_t       = 0.0, until_t = 0.0;
 363     static gmx_bool bZeroQ         = FALSE;
 364     static t_pargs  pa[]           = {
 365         { "-extend",        FALSE, etREAL, {&extend_t},
 366           "Extend runtime by this amount (ps)" },
 367         { "-until",         FALSE, etREAL, {&until_t},
 368           "Extend runtime until this ending time (ps)" },
 369         { "-nsteps",        FALSE, etINT,  {&nsteps_req_int},
 370           "Change the number of steps" },
 371         { "-zeroq",         FALSE, etBOOL, {&bZeroQ},
 372           "Set the charges of a group (from the index) to zero" }
 373     };
 374
 375     /* Parse the command line */
 376     if (!parse_common_args(&argc, argv, 0, NFILE, fnm, asize(pa), pa,
 377                            asize(desc), desc, 0, nullptr, &oenv))
 378     {
 379         return 0;
 380     }
 381
 382     /* Convert int to gmx_int64_t */
 383     nsteps_req = nsteps_req_int;
 384     bNsteps    = opt2parg_bSet("-nsteps", asize(pa), pa);
 385     bExtend    = opt2parg_bSet("-extend", asize(pa), pa);
 386     bUntil     = opt2parg_bSet("-until", asize(pa), pa);
 387
 388     top_fn = ftp2fn(efTPR, NFILE, fnm);
 389     fprintf(stderr, "Reading toplogy and stuff from %s\n", top_fn);
 390
 391     t_inputrec  irInstance;
 392     t_inputrec *ir = &irInstance;
 393     read_tpx_state(top_fn, ir, &state, &mtop);
 394     run_step = ir->init_step;
 395     run_t    = ir->init_step*ir->delta_t + ir->init_t;
 396
 397     if (bNsteps)
 398     {
 399         fprintf(stderr, "Setting nsteps to %s\n", gmx_step_str(nsteps_req, buf));
 400         ir->nsteps = nsteps_req;
 401     }
 402     else
 403     {
 404         /* Determine total number of steps remaining */
 405         if (bExtend)
 406         {
 407             ir->nsteps = ir->nsteps - (run_step - ir->init_step) + (gmx_int64_t)(extend_t/ir->delta_t + 0.5);
 408             printf("Extending remaining runtime of by %g ps (now %s steps)\n",
 409                    extend_t, gmx_step_str(ir->nsteps, buf));
 410         }
 411         else if (bUntil)
 412         {
 413             printf("nsteps = %s, run_step = %s, current_t = %g, until = %g\n",
 414                    gmx_step_str(ir->nsteps, buf),
 415                    gmx_step_str(run_step, buf2),
 416                    run_t, until_t);
 417             ir->nsteps = (gmx_int64_t)((until_t - run_t)/ir->delta_t + 0.5);
 418             printf("Extending remaining runtime until %g ps (now %s steps)\n",
 419                    until_t, gmx_step_str(ir->nsteps, buf));
 420         }
 421         else
 422         {
 423             ir->nsteps -= run_step - ir->init_step;
 424             /* Print message */
 425             printf("%s steps (%g ps) remaining from first run.\n",
 426                    gmx_step_str(ir->nsteps, buf), ir->nsteps*ir->delta_t);
 427         }
 428     }
 429
 430     if (bNsteps || bZeroQ || (ir->nsteps > 0))
 431     {
 432         ir->init_step = run_step;
 433
 434         if (ftp2bSet(efNDX, NFILE, fnm) ||
 435             !(bNsteps || bExtend || bUntil))
 436         {
 437             atoms = gmx_mtop_global_atoms(&mtop);
 438             get_index(&atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1,
 439                       &gnx, &index, &grpname);
 440             if (!bZeroQ)
 441             {
 442                 bSel = (gnx != state.natoms);
 443                 for (i = 0; ((i < gnx) && (!bSel)); i++)
 444                 {
 445                     bSel = (i != index[i]);
 446                 }
 447             }
 448             else
 449             {
 450                 bSel = FALSE;
 451             }
 452             if (bSel)
 453             {
 454                 fprintf(stderr, "Will write subset %s of original tpx containing %d "
 455                         "atoms\n", grpname, gnx);
 456                 reduce_topology_x(gnx, index, &mtop, as_rvec_array(state.x.data()), as_rvec_array(state.v.data()));
 457                 state.natoms = gnx;
 458             }
 459             else if (bZeroQ)
 460             {
 461                 zeroq(index, &mtop);
 462                 fprintf(stderr, "Zero-ing charges for group %s\n", grpname);
 463             }
 464             else
 465             {
 466                 fprintf(stderr, "Will write full tpx file (no selection)\n");
 467             }
 468         }
 469
 470         state_t = ir->init_t + ir->init_step*ir->delta_t;
 471         sprintf(buf,   "Writing statusfile with starting step %s%s and length %s%s steps...\n", "%10", GMX_PRId64, "%10", GMX_PRId64);
 472         fprintf(stderr, buf, ir->init_step, ir->nsteps);
 473         fprintf(stderr, "                                 time %10.3f and length %10.3f ps\n",
 474                 state_t, ir->nsteps*ir->delta_t);
 475         write_tpx_state(opt2fn("-o", NFILE, fnm), ir, &state, &mtop);
 476     }
 477     else
 478     {
 479         printf("You've simulated long enough. Not writing tpr file\n");
 480     }
 481
 482     return 0;
 483 }