src/kernel/convparm.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * Gallium Rubidium Oxygen Manganese Argon Carbon Silicon
  34  */
  35 /* This file is completely threadsafe - keep it that way! */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39
  40 #include <math.h>
  41 #include "sysstuff.h"
  42 #include "physics.h"
  43 #include "vec.h"
  44 #include "smalloc.h"
  45 #include "typedefs.h"
  46 #include "gmx_fatal.h"
  47 #include "topio.h"
  48 #include "toputil.h"
  49 #include "convparm.h"
  50 #include "names.h"
  51 #include "gpp_atomtype.h"
  52 #include "maths.h"
  53
  54 static int round_check(real r,int limit,int ftype,const char *name)
  55 {
  56   int i;
  57
  58   if (r >= 0)
  59     i = (int)(r + 0.5);
  60   else
  61     i = (int)(r - 0.5);
  62
  63   if (r-i > 0.01 || r-i < -0.01)
  64     gmx_fatal(FARGS,"A non-integer value (%f) was supplied for '%s' in %s",
  65               r,name,interaction_function[ftype].longname);
  66
  67   if (i < limit)
  68     gmx_fatal(FARGS,"Value of '%s' in %s is %d, which is smaller than the minimum of %d",
  69               name,interaction_function[ftype].longname,i,limit);
  70
  71   return i;
  72 }
  73
  74 static void set_ljparams(int comb,double reppow,real v,real w,
  75                          real *c6,real *c12)
  76 {
  77   if (comb == eCOMB_ARITHMETIC || comb == eCOMB_GEOM_SIG_EPS) {
  78     if (v >= 0) {
  79       *c6  = 4*w*pow(v,6.0);
  80       *c12 = 4*w*pow(v,reppow);
  81     } else {
  82       /* Interpret negative sigma as c6=0 and c12 with -sigma */
  83       *c6  = 0;
  84       *c12 = 4*w*pow(-v,reppow);
  85     }
  86   } else {
  87     *c6  = v;
  88     *c12 = w;
  89   }
  90 }
  91
  92 static void assign_param(t_functype ftype,t_iparams *newparam,
  93                          real old[MAXFORCEPARAM],int comb,double reppow)
  94 {
  95   int  i,j;
  96   real tmp;
  97
  98   /* Set to zero */
  99   for(j=0; (j<MAXFORCEPARAM); j++)
 100     {
 101       newparam->generic.buf[j]=0.0;
 102     }
 103   switch (ftype) {
 104   case F_G96ANGLES:
 105     /* Post processing of input data: store cosine iso angle itself */
 106     newparam->harmonic.rA =cos(old[0]*DEG2RAD);
 107     newparam->harmonic.krA=old[1];
 108     newparam->harmonic.rB =cos(old[2]*DEG2RAD);
 109     newparam->harmonic.krB=old[3];
 110     break;
 111   case F_G96BONDS:
 112     /* Post processing of input data: store square of length itself */
 113     newparam->harmonic.rA =sqr(old[0]);
 114     newparam->harmonic.krA=old[1];
 115     newparam->harmonic.rB =sqr(old[2]);
 116     newparam->harmonic.krB=old[3];
 117     break;
 118   case F_FENEBONDS:
 119     newparam->fene.bm=old[0];
 120     newparam->fene.kb=old[1];
 121     break;
 122   case F_RESTRBONDS:
 123     newparam->restraint.lowA = old[0];
 124     newparam->restraint.up1A = old[1];
 125     newparam->restraint.up2A = old[2];
 126     newparam->restraint.kA   = old[3];
 127     newparam->restraint.lowB = old[4];
 128     newparam->restraint.up1B = old[5];
 129     newparam->restraint.up2B = old[6];
 130     newparam->restraint.kB   = old[7];
 131     break;
 132   case F_TABBONDS:
 133   case F_TABBONDSNC:
 134   case F_TABANGLES:
 135   case F_TABDIHS:
 136     newparam->tab.table = round_check(old[0],0,ftype,"table index");
 137     newparam->tab.kA    = old[1];
 138     newparam->tab.kB    = old[3];
 139     break;
 140   case F_CROSS_BOND_BONDS:
 141     newparam->cross_bb.r1e=old[0];
 142     newparam->cross_bb.r2e=old[1];
 143     newparam->cross_bb.krr=old[2];
 144     break;
 145   case F_CROSS_BOND_ANGLES:
 146     newparam->cross_ba.r1e=old[0];
 147     newparam->cross_ba.r2e=old[1];
 148     newparam->cross_ba.r3e=old[2];
 149     newparam->cross_ba.krt=old[3];
 150     break;
 151   case F_UREY_BRADLEY:
 152     newparam->u_b.theta=old[0];
 153     newparam->u_b.ktheta=old[1];
 154     newparam->u_b.r13=old[2];
 155     newparam->u_b.kUB=old[3];
 156     break;
 157   case F_QUARTIC_ANGLES:
 158     newparam->qangle.theta=old[0];
 159     for(i=0; i<5; i++)
 160       newparam->qangle.c[i]=old[i+1];
 161     break;
 162   case F_LINEAR_ANGLES:
 163     newparam->linangle.aA    = old[0];
 164     newparam->linangle.klinA = old[1];
 165     newparam->linangle.aB    = old[2];
 166     newparam->linangle.klinB = old[3];
 167     break;
 168   case F_ANGLES:
 169   case F_BONDS:
 170   case F_HARMONIC:
 171   case F_IDIHS:
 172     newparam->harmonic.rA =old[0];
 173     newparam->harmonic.krA=old[1];
 174     newparam->harmonic.rB =old[2];
 175     newparam->harmonic.krB=old[3];
 176     break;
 177   case F_MORSE:
 178     newparam->morse.b0    =old[0];
 179     newparam->morse.cb    =old[1];
 180     newparam->morse.beta  =old[2];
 181     break;
 182   case F_CUBICBONDS:
 183     newparam->cubic.b0    =old[0];
 184     newparam->cubic.kb    =old[1];
 185     newparam->cubic.kcub  =old[2];
 186     break;
 187   case F_CONNBONDS:
 188     break;
 189   case F_POLARIZATION:
 190     newparam->polarize.alpha = old[0];
 191     break;
 192   case F_ANHARM_POL:
 193     newparam->anharm_polarize.alpha = old[0];
 194     newparam->anharm_polarize.drcut = old[1];
 195     newparam->anharm_polarize.khyp  = old[2];
 196     break;
 197   case F_WATER_POL:
 198     newparam->wpol.al_x   =old[0];
 199     newparam->wpol.al_y   =old[1];
 200     newparam->wpol.al_z   =old[2];
 201     newparam->wpol.rOH    =old[3];
 202     newparam->wpol.rHH    =old[4];
 203     newparam->wpol.rOD    =old[5];
 204     break;
 205   case F_THOLE_POL:
 206     newparam->thole.a      = old[0];
 207     newparam->thole.alpha1 = old[1];
 208     newparam->thole.alpha2 = old[2];
 209     if ((old[1] > 0) && (old[2] > 0))
 210       newparam->thole.rfac = old[0]*pow(old[1]*old[2],-1.0/6.0);
 211     else
 212       newparam->thole.rfac = 1;
 213     break;
 214   case F_BHAM:
 215     newparam->bham.a = old[0];
 216     newparam->bham.b = old[1];
 217     newparam->bham.c = old[2];
 218     break;
 219   case F_LJ14:
 220     set_ljparams(comb,reppow,old[0],old[1],&newparam->lj14.c6A,&newparam->lj14.c12A);
 221     set_ljparams(comb,reppow,old[2],old[3],&newparam->lj14.c6B,&newparam->lj14.c12B);
 222     break;
 223   case F_LJC14_Q:
 224     newparam->ljc14.fqq = old[0];
 225     newparam->ljc14.qi  = old[1];
 226     newparam->ljc14.qj  = old[2];
 227     set_ljparams(comb,reppow,old[3],old[4],&newparam->ljc14.c6,&newparam->ljc14.c12);
 228     break;
 229   case F_LJC_PAIRS_NB:
 230     newparam->ljcnb.qi = old[0];
 231     newparam->ljcnb.qj = old[1];
 232     set_ljparams(comb,reppow,old[2],old[3],&newparam->ljcnb.c6,&newparam->ljcnb.c12);
 233     break;
 234   case F_LJ:
 235     set_ljparams(comb,reppow,old[0],old[1],&newparam->lj.c6,&newparam->lj.c12);
 236     break;
 237   case F_PDIHS:
 238   case F_PIDIHS:
 239   case F_ANGRES:
 240   case F_ANGRESZ:
 241     newparam->pdihs.phiA = old[0];
 242     newparam->pdihs.cpA  = old[1];
 243
 244     /* Dont do any checks if all parameters are zero (such interactions will be removed).
 245      * Change 20100720: Amber occasionally uses negative multiplicities (mathematically OK),
 246      * so I have changed the lower limit to -99 /EL
 247      *
 248      * Second, if the force constant is zero in both A and B states, we set the phase
 249      * and multiplicity to zero too so the interaction gets removed during clean-up.
 250      */
 251     newparam->pdihs.phiB = old[3];
 252     newparam->pdihs.cpB  = old[4];
 253
 254     if( fabs(newparam->pdihs.cpA) < GMX_REAL_MIN && fabs(newparam->pdihs.cpB) < GMX_REAL_MIN )
 255     {
 256         newparam->pdihs.phiA = 0.0;
 257         newparam->pdihs.phiB = 0.0;
 258         newparam->pdihs.mult = 0;
 259     }
 260     else
 261     {
 262         newparam->pdihs.mult = round_check(old[2],-99,ftype,"multiplicity");
 263     }
 264
 265     break;
 266   case F_POSRES:
 267     newparam->posres.fcA[XX]   = old[0];
 268     newparam->posres.fcA[YY]   = old[1];
 269     newparam->posres.fcA[ZZ]   = old[2];
 270     newparam->posres.fcB[XX]   = old[3];
 271     newparam->posres.fcB[YY]   = old[4];
 272     newparam->posres.fcB[ZZ]   = old[5];
 273     newparam->posres.pos0A[XX] = old[6];
 274     newparam->posres.pos0A[YY] = old[7];
 275     newparam->posres.pos0A[ZZ] = old[8];
 276     newparam->posres.pos0B[XX] = old[9];
 277     newparam->posres.pos0B[YY] = old[10];
 278     newparam->posres.pos0B[ZZ] = old[11];
 279     break;
 280   case F_DISRES:
 281     newparam->disres.label = round_check(old[0],0,ftype,"label");
 282     newparam->disres.type  = round_check(old[1],1,ftype,"type'");
 283     newparam->disres.low   = old[2];
 284     newparam->disres.up1   = old[3];
 285     newparam->disres.up2   = old[4];
 286     newparam->disres.kfac  = old[5];
 287     break;
 288   case F_ORIRES:
 289     newparam->orires.ex    = round_check(old[0],1,ftype,"experiment") - 1;
 290     newparam->orires.label = round_check(old[1],1,ftype,"label");
 291     newparam->orires.power = round_check(old[2],0,ftype,"power");
 292     newparam->orires.c     = old[3];
 293     newparam->orires.obs   = old[4];
 294     newparam->orires.kfac  = old[5];
 295     break;
 296   case F_DIHRES:
 297     newparam->dihres.label = round_check(old[0],0,ftype,"label");
 298     newparam->dihres.phi   = old[1];
 299     newparam->dihres.dphi  = old[2];
 300     newparam->dihres.kfac  = old[3];
 301     newparam->dihres.power = round_check(old[4],0,ftype,"power");
 302     break;
 303   case F_RBDIHS:
 304     for (i=0; (i<NR_RBDIHS); i++) {
 305       newparam->rbdihs.rbcA[i]=old[i];
 306       newparam->rbdihs.rbcB[i]=old[NR_RBDIHS+i];
 307     }
 308     break;
 309   case F_FOURDIHS:
 310     /* Read the dihedral parameters to temporary arrays,
 311      * and convert them to the computationally faster
 312      * Ryckaert-Bellemans form.
 313      */
 314     /* Use conversion formula for OPLS to Ryckaert-Bellemans: */
 315     newparam->rbdihs.rbcA[0]=old[1]+0.5*(old[0]+old[2]);
 316     newparam->rbdihs.rbcA[1]=0.5*(3.0*old[2]-old[0]);
 317     newparam->rbdihs.rbcA[2]=4.0*old[3]-old[1];
 318     newparam->rbdihs.rbcA[3]=-2.0*old[2];
 319     newparam->rbdihs.rbcA[4]=-4.0*old[3];
 320     newparam->rbdihs.rbcA[5]=0.0;
 321
 322     newparam->rbdihs.rbcB[0]=old[NR_FOURDIHS+1]+0.5*(old[NR_FOURDIHS+0]+old[NR_FOURDIHS+2]);
 323     newparam->rbdihs.rbcB[1]=0.5*(3.0*old[NR_FOURDIHS+2]-old[NR_FOURDIHS+0]);
 324     newparam->rbdihs.rbcB[2]=4.0*old[NR_FOURDIHS+3]-old[NR_FOURDIHS+1];
 325     newparam->rbdihs.rbcB[3]=-2.0*old[NR_FOURDIHS+2];
 326     newparam->rbdihs.rbcB[4]=-4.0*old[NR_FOURDIHS+3];
 327     newparam->rbdihs.rbcB[5]=0.0;
 328     break;
 329   case F_CONSTR:
 330   case F_CONSTRNC:
 331     newparam->constr.dA = old[0];
 332     newparam->constr.dB = old[1];
 333     break;
 334   case F_SETTLE:
 335     newparam->settle.doh=old[0];
 336     newparam->settle.dhh=old[1];
 337     break;
 338   case F_VSITE2:
 339   case F_VSITE3:
 340   case F_VSITE3FD:
 341   case F_VSITE3OUT:
 342   case F_VSITE4FD:
 343   case F_VSITE4FDN:
 344     newparam->vsite.a=old[0];
 345     newparam->vsite.b=old[1];
 346     newparam->vsite.c=old[2];
 347     newparam->vsite.d=old[3];
 348     newparam->vsite.e=old[4];
 349     newparam->vsite.f=old[5];
 350     break;
 351   case F_VSITE3FAD:
 352     newparam->vsite.a=old[1] * cos(DEG2RAD * old[0]);
 353     newparam->vsite.b=old[1] * sin(DEG2RAD * old[0]);
 354     newparam->vsite.c=old[2];
 355     newparam->vsite.d=old[3];
 356     newparam->vsite.e=old[4];
 357     newparam->vsite.f=old[5];
 358     break;
 359   case F_VSITEN:
 360     newparam->vsiten.n = round_check(old[0],1,ftype,"number of atoms");
 361     newparam->vsiten.a = old[1];
 362     break;
 363   case F_CMAP:
 364     newparam->cmap.cmapA=old[0];
 365     newparam->cmap.cmapB=old[1];
 366     break;
 367   case F_GB12:
 368   case F_GB13:
 369   case F_GB14:
 370     newparam->gb.sar  = old[0];
 371     newparam->gb.st   = old[1];
 372     newparam->gb.pi   = old[2];
 373     newparam->gb.gbr  = old[3];
 374     newparam->gb.bmlt = old[4];
 375     break;
 376   default:
 377     gmx_fatal(FARGS,"unknown function type %d in %s line %d",
 378               ftype,__FILE__,__LINE__);
 379   }
 380 }
 381
 382 static int enter_params(gmx_ffparams_t *ffparams, t_functype ftype,
 383                         real forceparams[MAXFORCEPARAM],int comb,real reppow,
 384                         int start,gmx_bool bAppend)
 385 {
 386   t_iparams newparam;
 387   int       type;
 388
 389   assign_param(ftype,&newparam,forceparams,comb,reppow);
 390   if (!bAppend) {
 391     for (type=start; (type<ffparams->ntypes); type++) {
 392       if (ffparams->functype[type]==ftype) {
 393         if (F_GB13 == ftype) {
 394           /* Occasionally, the way the 1-3 reference distance is
 395            * computed can lead to non-binary-identical results, but I
 396            * don't know why. */
 397           if ((gmx_within_tol(newparam.gb.sar,  ffparams->iparams[type].gb.sar,  1e-6)) &&
 398               (gmx_within_tol(newparam.gb.st,   ffparams->iparams[type].gb.st,   1e-6)) &&
 399               (gmx_within_tol(newparam.gb.pi,   ffparams->iparams[type].gb.pi,   1e-6)) &&
 400               (gmx_within_tol(newparam.gb.gbr,  ffparams->iparams[type].gb.gbr,  1e-6)) &&
 401               (gmx_within_tol(newparam.gb.bmlt, ffparams->iparams[type].gb.bmlt, 1e-6))) {
 402             return type;
 403           }
 404         }
 405         else {
 406         if (memcmp(&newparam,&ffparams->iparams[type],(size_t)sizeof(newparam)) == 0)
 407           return type;
 408         }
 409       }
 410     }
 411   }
 412   else {
 413     type = ffparams->ntypes;
 414   }
 415   if (debug)
 416     fprintf(debug,"copying newparam to ffparams->iparams[%d] (ntypes=%d)\n",
 417             type,ffparams->ntypes);
 418   memcpy(&ffparams->iparams[type],&newparam,(size_t)sizeof(newparam));
 419
 420   ffparams->ntypes++;
 421   ffparams->functype[type]=ftype;
 422
 423   return type;
 424 }
 425
 426 static void append_interaction(t_ilist *ilist,
 427                                int type,int nral,atom_id a[MAXATOMLIST])
 428 {
 429   int i,where1;
 430
 431   where1     = ilist->nr;
 432   ilist->nr += nral+1;
 433
 434   ilist->iatoms[where1++]=type;
 435   for (i=0; (i<nral); i++)
 436     ilist->iatoms[where1++]=a[i];
 437 }
 438
 439 static void enter_function(t_params *p,t_functype ftype,int comb,real reppow,
 440                            gmx_ffparams_t *ffparams,t_ilist *il,
 441                            int *maxtypes,
 442                            gmx_bool bNB,gmx_bool bAppend)
 443 {
 444   int     k,type,nr,nral,delta,start;
 445
 446   start = ffparams->ntypes;
 447   nr    = p->nr;
 448
 449   for (k=0; k<nr; k++) {
 450     if (*maxtypes <= ffparams->ntypes) {
 451       *maxtypes += 1000;
 452       srenew(ffparams->functype,*maxtypes);
 453       srenew(ffparams->iparams, *maxtypes);
 454       if (debug)
 455         fprintf(debug,"%s, line %d: srenewed idef->functype and idef->iparams to %d\n",
 456                 __FILE__,__LINE__,*maxtypes);
 457     }
 458     type = enter_params(ffparams,ftype,p->param[k].c,comb,reppow,start,bAppend);
 459     if (!bNB) {
 460       nral  = NRAL(ftype);
 461       delta = nr*(nral+1);
 462       srenew(il->iatoms,il->nr+delta);
 463       append_interaction(il,type,nral,p->param[k].a);
 464     }
 465   }
 466 }
 467
 468 static void new_interaction_list(t_ilist *ilist)
 469 {
 470   int i;
 471
 472   ilist->nr=0;
 473   ilist->iatoms=NULL;
 474 }
 475
 476 void convert_params(int atnr,t_params nbtypes[],
 477                     t_molinfo *mi,int comb,double reppow,real fudgeQQ,
 478                     gmx_mtop_t *mtop)
 479 {
 480   int    i,j,maxtypes,mt;
 481   unsigned long  flags;
 482   gmx_ffparams_t *ffp;
 483   gmx_moltype_t *molt;
 484   t_params *plist;
 485
 486   maxtypes=0;
 487
 488   ffp = &mtop->ffparams;
 489   ffp->ntypes   = 0;
 490   ffp->atnr     = atnr;
 491   ffp->functype = NULL;
 492   ffp->iparams  = NULL;
 493   ffp->reppow   = reppow;
 494
 495   enter_function(&(nbtypes[F_LJ]),  (t_functype)F_LJ,    comb,reppow,ffp,NULL,
 496                  &maxtypes,TRUE,TRUE);
 497   enter_function(&(nbtypes[F_BHAM]),(t_functype)F_BHAM,  comb,reppow,ffp,NULL,
 498                  &maxtypes,TRUE,TRUE);
 499
 500   for(mt=0; mt<mtop->nmoltype; mt++) {
 501     molt = &mtop->moltype[mt];
 502     for(i=0; (i<F_NRE); i++) {
 503       molt->ilist[i].nr     = 0;
 504       molt->ilist[i].iatoms = NULL;
 505
 506       plist = mi[mt].plist;
 507
 508       flags = interaction_function[i].flags;
 509       if ((i != F_LJ) && (i != F_BHAM) && ((flags & IF_BOND) ||
 510                                            (flags & IF_VSITE) ||
 511                                            (flags & IF_CONSTRAINT))) {
 512         enter_function(&(plist[i]),(t_functype)i,comb,reppow,
 513                        ffp,&molt->ilist[i],
 514                        &maxtypes,FALSE,(i == F_POSRES));
 515       }
 516     }
 517   }
 518   if (debug) {
 519     fprintf(debug,"%s, line %d: There are %d functypes in idef\n",
 520             __FILE__,__LINE__,ffp->ntypes);
 521   }
 522
 523   ffp->fudgeQQ = fudgeQQ;
 524 }