src/mdlib/groupcoord.h

   1 /*  -*- mode: c; tab-width: 4; indent-tabs-mode: nil; c-basic-offset: 4; c-file-style: "stroustrup"; -*-
   2  *
   3  *
   4  *                This source code is part of
   5  *
   6  *                 G   R   O   M   A   C   S
   7  *
   8  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   9  *
  10  * 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) 2001-2008, 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
  36 /*! \file groupcoord.h
  37  *
  38  *  @brief Assemble atom positions for comparison with a reference set.
  39  *
  40  *  This file contains functions to assemble the positions of a subset of the
  41  *  atoms and to do operations on it like determining the center of mass, or
  42  *  doing translations and rotations. These functions are useful when
  43  *  a subset of the positions needs to be compared to some set of reference
  44  *  positions, as e.g. done for essential dynamics.
  45  *
  46  */
  47
  48 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  49 #include <config.h>
  50 #endif
  51
  52 #include <stdio.h>
  53 #include "typedefs.h"
  54 #include "types/commrec.h"
  55
  56
  57 /*! \brief Select local atoms of a group.
  58 *
  59 * Selects the indices of local atoms of a group and stores them in anrs_loc[0..nr_loc].
  60 * If you need the positions of the group's atoms on all nodes, provide a coll_ind[0..nr]
  61 * array and pass it on to communicate_group_positions. Thus the collective array
  62 * will always have the same atom order (ascending indices).
  63 *
  64 *  \param ga2la[in]         Global to local atom index conversion data.
  65 *  \param nr[in]            The total number of atoms that the group contains.
  66 *  \param anrs[in]          The global atom number of the group's atoms.
  67 *  \param nr_loc[out]       The number of group atoms present on the local node.
  68 *  \param anrs_loc[out]     The local atom numbers of the group.
  69 *  \param nalloc_loc[inout] Local allocation size of anrs_loc array.
  70 *  \param coll_ind[opt]     If not NULL this array must be of size nr. It stores
  71 *                           for each local atom where it belongs in the global
  72 *                           (collective) array such that it can be gmx_summed
  73 *                           in the communicate_group_positions routine.
  74 */
  75 extern void dd_make_local_group_indices(gmx_ga2la_t ga2la,
  76                                         const int nr, int anrs[], int *nr_loc,
  77                                         int *anrs_loc[], int *nalloc_loc,
  78                                         int coll_ind[]);
  79
  80
  81 /*! \brief Assemble local positions into a collective array present on all nodes.
  82  *
  83  * Communicate the positions of the group's atoms such that every node has all of
  84  * them. Unless running on huge number of cores, this is not a big performance impact
  85  * as long as the collective subset [0..nr] is kept small. The atom indices are
  86  * retrieved from anrs_loc[0..nr_loc]. If you call the routine for the serial case,
  87  * provide an array coll_ind[i] = i for i in 1..nr.
  88  *
  89  * \param cr[in]             Pointer to MPI communication data.
  90  * \param xcoll[out]         Collective array of positions, idential on all nodes
  91  *                           after this routine has been called.
  92  * \param shifts[inout]      Collective array of shifts for xcoll, needed to make
  93  *                           the group whole. This array remembers the shifts
  94  *                           since the start of the simulation (where the group
  95  *                           is whole) and must therefore not be changed outside
  96  *                           of this routine!
  97  * \param extra_shifts[buf]  Extra shifts since last time step, only needed as
  98  *                           buffer variable [0..nr].
  99  * \param bNS[in]            Neighborsearching/domain redecomposition has been
 100  *                           performed at the begin of this time step such that
 101  *                           the shifts have changed and need to be updated.
 102  * \param x_loc[in]          Pointer to the local atom positions this node has.
 103  * \param nr[in]             Total number of atoms in the group.
 104  * \param nr_loc[in]         Number of group atoms on the local node.
 105  * \param anrs_loc[in]       Array of the local atom indices.
 106  * \param coll_ind[in]       This array of size nr stores for each local atom where
 107  *                           it belongs in the collective array so that the local
 108  *                           contributions can be gmx_summed. It is provided by
 109  *                           dd_make_local_group_indices.
 110  * \param xcoll_old[inout]   Positions from the last time step, used to make the
 111  *                           group whole.
 112  * \param box[in]            Simulation box matrix, needed to shift xcoll such that
 113  *                           the group becomes whole.
 114  */
 115 extern void communicate_group_positions(t_commrec *cr, rvec *xcoll, ivec *shifts,
 116                                         ivec *extra_shifts, const gmx_bool bNS,
 117                                         rvec *x_loc, const int nr, const int nr_loc,
 118                                         int *anrs_loc, int *coll_ind, rvec *xcoll_old,
 119                                         matrix box);
 120
 121
 122 /*! \brief Calculates the center of the positions x locally.
 123  *
 124  * Calculates the center of mass (if masses are given in the weight array) or
 125  * the geometrical center (if NULL is passed as weight).
 126  *
 127  * \param x[in]              Positions.
 128  * \param weight[in]         Can be NULL or an array of weights. If masses are
 129  *                           given as weights, the COM is calculated.
 130  * \param nr[in]             Number of positions and weights if present.
 131  * \param center[out]        The (weighted) center of the positions.
 132  *
 133  */
 134 extern void get_center(rvec x[], real weight[], const int nr, rvec center);
 135
 136
 137 /*! \brief Calculates the sum of the positions x locally.
 138  *
 139  * Calculates the (weighted) sum of position vectors and returns the sum of
 140  * weights, which is needed when local contributions shall be summed to a
 141  * global weighted center.
 142  *
 143  * \param x[in]              Array of positions.
 144  * \param weight[in]         Can be NULL or an array of weights.
 145  * \param nr[in]             Number of positions and weights if present.
 146  * \param dsumvec[out]       The (weighted) sum of the positions.
 147  * \return Sum of weights.
 148  *
 149  */
 150 extern double get_sum_of_positions(rvec x[], real weight[], const int nr, dvec dsumvec);
 151
 152
 153 /*! \brief Calculates the global center of all local arrays x.
 154  *
 155  * Get the center from local positions [0..nr_loc], this involves communication.
 156  * Not that the positions must already have the correct PBC representation. Use
 157  * this routine if no collective coordinates are assembled from which the center
 158  * could be calculated without communication.
 159  *
 160  * \param cr[in]             Pointer to MPI communication data.
 161  * \param x_loc[in]          Array of local positions [0..nr_loc].
 162  * \param weight_loc[in]     Array of local weights, these are the masses if the
 163  *                           center of mass is to be calculated.
 164  * \param nr_loc[in]         The number of positions on the local node.
 165  * \param nr_group[in]       The number of positions in the whole group. Since
 166  *                           this is known anyway, we do not need to communicate
 167  *                           and sum nr_loc if we pass it over.
 168  * \param center[out]        The (weighted) center of all x_loc from all the
 169  *                           nodes.
 170  */
 171 extern void get_center_comm(t_commrec *cr, rvec x_loc[], real weight_loc[],
 172                             int nr_loc, int nr_group, rvec center);
 173
 174
 175 /*! \brief Translate positions.
 176  *
 177  * Add a translation vector to the positions x.
 178  *
 179  * \param x[inout]           Array of positions.
 180  * \param nr[in]             Number of entries in the position array.
 181  * \param transvec[in]       Translation vector to be added to all positions.
 182  *
 183  */
 184 extern void translate_x(rvec x[], const int nr, const rvec transvec);
 185
 186
 187 /*! \brief Rotate positions.
 188  *
 189  * Rotate the positions with the rotation matrix.
 190  *
 191  * \param x[inout]           Array of positions.
 192  * \param nr[in]             Number of entries in the position array.
 193  * \param rmat[in]           Rotation matrix to operate on all positions.
 194  *
 195  */
 196 extern void rotate_x(rvec x[], const int nr, matrix rmat);
 197