src/mdlib/tpi.c

   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  * check out http://www.gromacs.org for more information.
   7  * Copyright (c) 2012, by the GROMACS development team, led by
   8  * David van der Spoel, Berk Hess, Erik Lindahl, and including many
   9  * others, as listed in the AUTHORS file in the top-level source
  10  * directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  39 #include <config.h>
  40 #endif
  41
  42 #include <string.h>
  43 #include <time.h>
  44 #include <math.h>
  45 #include "sysstuff.h"
  46 #include "string2.h"
  47 #include "network.h"
  48 #include "confio.h"
  49 #include "copyrite.h"
  50 #include "smalloc.h"
  51 #include "nrnb.h"
  52 #include "main.h"
  53 #include "chargegroup.h"
  54 #include "force.h"
  55 #include "macros.h"
  56 #include "random.h"
  57 #include "names.h"
  58 #include "gmx_fatal.h"
  59 #include "txtdump.h"
  60 #include "typedefs.h"
  61 #include "update.h"
  62 #include "random.h"
  63 #include "constr.h"
  64 #include "vec.h"
  65 #include "statutil.h"
  66 #include "tgroup.h"
  67 #include "mdebin.h"
  68 #include "vsite.h"
  69 #include "force.h"
  70 #include "mdrun.h"
  71 #include "domdec.h"
  72 #include "partdec.h"
  73 #include "gmx_random.h"
  74 #include "physics.h"
  75 #include "xvgr.h"
  76 #include "mdatoms.h"
  77 #include "ns.h"
  78 #include "gmx_wallcycle.h"
  79 #include "mtop_util.h"
  80 #include "gmxfio.h"
  81 #include "pme.h"
  82 #include "gbutil.h"
  83
  84 #ifdef GMX_X86_SSE2
  85 #include "gmx_x86_sse2.h"
  86 #endif
  87
  88
  89 static void global_max(t_commrec *cr,int *n)
  90 {
  91   int *sum,i;
  92
  93   snew(sum,cr->nnodes);
  94   sum[cr->nodeid] = *n;
  95   gmx_sumi(cr->nnodes,sum,cr);
  96   for(i=0; i<cr->nnodes; i++)
  97     *n = max(*n,sum[i]);
  98
  99   sfree(sum);
 100 }
 101
 102 static void realloc_bins(double **bin,int *nbin,int nbin_new)
 103 {
 104   int i;
 105
 106   if (nbin_new != *nbin) {
 107     srenew(*bin,nbin_new);
 108     for(i=*nbin; i<nbin_new; i++)
 109       (*bin)[i] = 0;
 110     *nbin = nbin_new;
 111   }
 112 }
 113
 114 double do_tpi(FILE *fplog,t_commrec *cr,
 115               int nfile, const t_filenm fnm[],
 116               const output_env_t oenv, gmx_bool bVerbose,gmx_bool bCompact,
 117               int nstglobalcomm,
 118               gmx_vsite_t *vsite,gmx_constr_t constr,
 119               int stepout,
 120               t_inputrec *inputrec,
 121               gmx_mtop_t *top_global,t_fcdata *fcd,
 122               t_state *state,
 123               t_mdatoms *mdatoms,
 124               t_nrnb *nrnb,gmx_wallcycle_t wcycle,
 125               gmx_edsam_t ed,
 126               t_forcerec *fr,
 127               int repl_ex_nst, int repl_ex_nex, int repl_ex_seed,
 128               gmx_membed_t membed,
 129               real cpt_period,real max_hours,
 130               const char *deviceOptions,
 131               unsigned long Flags,
 132               gmx_runtime_t *runtime)
 133 {
 134   const char *TPI="Test Particle Insertion";
 135   gmx_localtop_t *top;
 136   gmx_groups_t *groups;
 137   gmx_enerdata_t *enerd;
 138   rvec   *f;
 139   real   lambda,t,temp,beta,drmax,epot;
 140   double embU,sum_embU,*sum_UgembU,V,V_all,VembU_all;
 141   t_trxstatus   *status;
 142   t_trxframe rerun_fr;
 143   gmx_bool   bDispCorr,bCharge,bRFExcl,bNotLastFrame,bStateChanged,bNS,bOurStep;
 144   tensor force_vir,shake_vir,vir,pres;
 145   int    cg_tp,a_tp0,a_tp1,ngid,gid_tp,nener,e;
 146   rvec   *x_mol;
 147   rvec   mu_tot,x_init,dx,x_tp;
 148   int    nnodes,frame,nsteps,step;
 149   int    i,start,end;
 150   gmx_rng_t tpi_rand;
 151   FILE   *fp_tpi=NULL;
 152   char   *ptr,*dump_pdb,**leg,str[STRLEN],str2[STRLEN];
 153   double dbl,dump_ener;
 154   gmx_bool   bCavity;
 155   int    nat_cavity=0,d;
 156   real   *mass_cavity=NULL,mass_tot;
 157   int    nbin;
 158   double invbinw,*bin,refvolshift,logV,bUlogV;
 159   real dvdl,prescorr,enercorr,dvdlcorr;
 160   gmx_bool bEnergyOutOfBounds;
 161   const char *tpid_leg[2]={"direct","reweighted"};
 162
 163   /* Since there is no upper limit to the insertion energies,
 164    * we need to set an upper limit for the distribution output.
 165    */
 166   real bU_bin_limit      = 50;
 167   real bU_logV_bin_limit = bU_bin_limit + 10;
 168
 169   nnodes = cr->nnodes;
 170
 171   top = gmx_mtop_generate_local_top(top_global,inputrec);
 172
 173   groups = &top_global->groups;
 174
 175   bCavity = (inputrec->eI == eiTPIC);
 176   if (bCavity) {
 177     ptr = getenv("GMX_TPIC_MASSES");
 178     if (ptr == NULL) {
 179       nat_cavity = 1;
 180     } else {
 181       /* Read (multiple) masses from env var GMX_TPIC_MASSES,
 182        * The center of mass of the last atoms is then used for TPIC.
 183        */
 184       nat_cavity = 0;
 185       while (sscanf(ptr,"%lf%n",&dbl,&i) > 0) {
 186         srenew(mass_cavity,nat_cavity+1);
 187         mass_cavity[nat_cavity] = dbl;
 188         fprintf(fplog,"mass[%d] = %f\n",
 189                 nat_cavity+1,mass_cavity[nat_cavity]);
 190         nat_cavity++;
 191         ptr += i;
 192       }
 193       if (nat_cavity == 0)
 194         gmx_fatal(FARGS,"Found %d masses in GMX_TPIC_MASSES",nat_cavity);
 195     }
 196   }
 197
 198   /*
 199   init_em(fplog,TPI,inputrec,&lambda,nrnb,mu_tot,
 200   state->box,fr,mdatoms,top,cr,nfile,fnm,NULL,NULL);*/
 201   /* We never need full pbc for TPI */
 202   fr->ePBC = epbcXYZ;
 203   /* Determine the temperature for the Boltzmann weighting */
 204   temp = inputrec->opts.ref_t[0];
 205   if (fplog) {
 206     for(i=1; (i<inputrec->opts.ngtc); i++) {
 207       if (inputrec->opts.ref_t[i] != temp) {
 208         fprintf(fplog,"\nWARNING: The temperatures of the different temperature coupling groups are not identical\n\n");
 209         fprintf(stderr,"\nWARNING: The temperatures of the different temperature coupling groups are not identical\n\n");
 210       }
 211     }
 212     fprintf(fplog,
 213             "\n  The temperature for test particle insertion is %.3f K\n\n",
 214             temp);
 215   }
 216   beta = 1.0/(BOLTZ*temp);
 217
 218   /* Number of insertions per frame */
 219   nsteps = inputrec->nsteps;
 220
 221   /* Use the same neighborlist with more insertions points
 222    * in a sphere of radius drmax around the initial point
 223    */
 224   /* This should be a proper mdp parameter */
 225   drmax = inputrec->rtpi;
 226
 227   /* An environment variable can be set to dump all configurations
 228    * to pdb with an insertion energy <= this value.
 229    */
 230   dump_pdb = getenv("GMX_TPI_DUMP");
 231   dump_ener = 0;
 232   if (dump_pdb)
 233     sscanf(dump_pdb,"%lf",&dump_ener);
 234
 235   atoms2md(top_global,inputrec,0,NULL,0,top_global->natoms,mdatoms);
 236   update_mdatoms(mdatoms,inputrec->fepvals->init_lambda);
 237
 238   snew(enerd,1);
 239   init_enerdata(groups->grps[egcENER].nr,inputrec->fepvals->n_lambda,enerd);
 240   snew(f,top_global->natoms);
 241
 242   /* Print to log file  */
 243   runtime_start(runtime);
 244   print_date_and_time(fplog,cr->nodeid,
 245                       "Started Test Particle Insertion",runtime);
 246   wallcycle_start(wcycle,ewcRUN);
 247
 248   /* The last charge group is the group to be inserted */
 249   cg_tp = top->cgs.nr - 1;
 250   a_tp0 = top->cgs.index[cg_tp];
 251   a_tp1 = top->cgs.index[cg_tp+1];
 252   if (debug)
 253     fprintf(debug,"TPI cg %d, atoms %d-%d\n",cg_tp,a_tp0,a_tp1);
 254   if (a_tp1 - a_tp0 > 1 &&
 255       (inputrec->rlist < inputrec->rcoulomb ||
 256        inputrec->rlist < inputrec->rvdw))
 257     gmx_fatal(FARGS,"Can not do TPI for multi-atom molecule with a twin-range cut-off");
 258   snew(x_mol,a_tp1-a_tp0);
 259
 260   bDispCorr = (inputrec->eDispCorr != edispcNO);
 261   bCharge = FALSE;
 262   for(i=a_tp0; i<a_tp1; i++) {
 263     /* Copy the coordinates of the molecule to be insterted */
 264     copy_rvec(state->x[i],x_mol[i-a_tp0]);
 265     /* Check if we need to print electrostatic energies */
 266     bCharge |= (mdatoms->chargeA[i] != 0 ||
 267                 (mdatoms->chargeB && mdatoms->chargeB[i] != 0));
 268   }
 269   bRFExcl = (bCharge && EEL_RF(fr->eeltype) && fr->eeltype!=eelRF_NEC);
 270
 271   calc_cgcm(fplog,cg_tp,cg_tp+1,&(top->cgs),state->x,fr->cg_cm);
 272   if (bCavity) {
 273     if (norm(fr->cg_cm[cg_tp]) > 0.5*inputrec->rlist && fplog) {
 274       fprintf(fplog, "WARNING: Your TPI molecule is not centered at 0,0,0\n");
 275       fprintf(stderr,"WARNING: Your TPI molecule is not centered at 0,0,0\n");
 276     }
 277   } else {
 278     /* Center the molecule to be inserted at zero */
 279      for(i=0; i<a_tp1-a_tp0; i++)
 280       rvec_dec(x_mol[i],fr->cg_cm[cg_tp]);
 281   }
 282
 283   if (fplog) {
 284     fprintf(fplog,"\nWill insert %d atoms %s partial charges\n",
 285             a_tp1-a_tp0,bCharge ? "with" : "without");
 286
 287     fprintf(fplog,"\nWill insert %d times in each frame of %s\n",
 288             nsteps,opt2fn("-rerun",nfile,fnm));
 289   }
 290
 291     if (!bCavity)
 292     {
 293         if (inputrec->nstlist > 1)
 294         {
 295             if (drmax==0 && a_tp1-a_tp0==1)
 296             {
 297                 gmx_fatal(FARGS,"Re-using the neighborlist %d times for insertions of a single atom in a sphere of radius %f does not make sense",inputrec->nstlist,drmax);
 298             }
 299             if (fplog)
 300             {
 301                 fprintf(fplog,"Will use the same neighborlist for %d insertions in a sphere of radius %f\n",inputrec->nstlist,drmax);
 302             }
 303         }
 304     }
 305     else
 306     {
 307         if (fplog)
 308         {
 309             fprintf(fplog,"Will insert randomly in a sphere of radius %f around the center of the cavity\n",drmax);
 310         }
 311     }
 312
 313   ngid = groups->grps[egcENER].nr;
 314   gid_tp = GET_CGINFO_GID(fr->cginfo[cg_tp]);
 315   nener = 1 + ngid;
 316   if (bDispCorr)
 317     nener += 1;
 318   if (bCharge) {
 319     nener += ngid;
 320     if (bRFExcl)
 321       nener += 1;
 322     if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 323       nener += 1;
 324   }
 325   snew(sum_UgembU,nener);
 326
 327   /* Initialize random generator */
 328   tpi_rand = gmx_rng_init(inputrec->ld_seed);
 329
 330   if (MASTER(cr)) {
 331     fp_tpi = xvgropen(opt2fn("-tpi",nfile,fnm),
 332                       "TPI energies","Time (ps)",
 333                       "(kJ mol\\S-1\\N) / (nm\\S3\\N)",oenv);
 334     xvgr_subtitle(fp_tpi,"f. are averages over one frame",oenv);
 335     snew(leg,4+nener);
 336     e = 0;
 337     sprintf(str,"-kT log(<Ve\\S-\\betaU\\N>/<V>)");
 338     leg[e++] = strdup(str);
 339     sprintf(str,"f. -kT log<e\\S-\\betaU\\N>");
 340     leg[e++] = strdup(str);
 341     sprintf(str,"f. <e\\S-\\betaU\\N>");
 342     leg[e++] = strdup(str);
 343     sprintf(str,"f. V");
 344     leg[e++] = strdup(str);
 345     sprintf(str,"f. <Ue\\S-\\betaU\\N>");
 346     leg[e++] = strdup(str);
 347     for(i=0; i<ngid; i++) {
 348       sprintf(str,"f. <U\\sVdW %s\\Ne\\S-\\betaU\\N>",
 349               *(groups->grpname[groups->grps[egcENER].nm_ind[i]]));
 350       leg[e++] = strdup(str);
 351     }
 352     if (bDispCorr) {
 353       sprintf(str,"f. <U\\sdisp c\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 354       leg[e++] = strdup(str);
 355     }
 356     if (bCharge) {
 357       for(i=0; i<ngid; i++) {
 358         sprintf(str,"f. <U\\sCoul %s\\Ne\\S-\\betaU\\N>",
 359                 *(groups->grpname[groups->grps[egcENER].nm_ind[i]]));
 360         leg[e++] = strdup(str);
 361       }
 362       if (bRFExcl) {
 363         sprintf(str,"f. <U\\sRF excl\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 364         leg[e++] = strdup(str);
 365       }
 366       if (EEL_FULL(fr->eeltype)) {
 367         sprintf(str,"f. <U\\sCoul recip\\Ne\\S-\\betaU\\N>");
 368         leg[e++] = strdup(str);
 369       }
 370     }
 371     xvgr_legend(fp_tpi,4+nener,(const char**)leg,oenv);
 372     for(i=0; i<4+nener; i++)
 373       sfree(leg[i]);
 374     sfree(leg);
 375   }
 376   clear_rvec(x_init);
 377   V_all = 0;
 378   VembU_all = 0;
 379
 380   invbinw = 10;
 381   nbin = 10;
 382   snew(bin,nbin);
 383
 384   bNotLastFrame = read_first_frame(oenv,&status,opt2fn("-rerun",nfile,fnm),
 385                                    &rerun_fr,TRX_NEED_X);
 386   frame = 0;
 387
 388   if (rerun_fr.natoms - (bCavity ? nat_cavity : 0) !=
 389       mdatoms->nr - (a_tp1 - a_tp0))
 390     gmx_fatal(FARGS,"Number of atoms in trajectory (%d)%s "
 391               "is not equal the number in the run input file (%d) "
 392               "minus the number of atoms to insert (%d)\n",
 393               rerun_fr.natoms,bCavity ? " minus one" : "",
 394               mdatoms->nr,a_tp1-a_tp0);
 395
 396   refvolshift = log(det(rerun_fr.box));
 397
 398 #ifdef GMX_X86_SSE2
 399     /* Make sure we don't detect SSE overflow generated before this point */
 400     gmx_mm_check_and_reset_overflow();
 401 #endif
 402
 403     while (bNotLastFrame)
 404     {
 405         lambda = rerun_fr.lambda;
 406         t = rerun_fr.time;
 407
 408         sum_embU = 0;
 409         for(e=0; e<nener; e++)
 410         {
 411             sum_UgembU[e] = 0;
 412         }
 413
 414         /* Copy the coordinates from the input trajectory */
 415         for(i=0; i<rerun_fr.natoms; i++)
 416         {
 417             copy_rvec(rerun_fr.x[i],state->x[i]);
 418         }
 419         copy_mat(rerun_fr.box,state->box);
 420
 421         V = det(state->box);
 422         logV = log(V);
 423
 424         bStateChanged = TRUE;
 425         bNS = TRUE;
 426         for(step=0; step<nsteps; step++)
 427         {
 428             /* In parallel all nodes generate all random configurations.
 429              * In that way the result is identical to a single cpu tpi run.
 430              */
 431             if (!bCavity)
 432             {
 433                 /* Random insertion in the whole volume */
 434                 bNS = (step % inputrec->nstlist == 0);
 435                 if (bNS)
 436                 {
 437                     /* Generate a random position in the box */
 438                     x_init[XX] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[XX][XX];
 439                     x_init[YY] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[YY][YY];
 440                     x_init[ZZ] = gmx_rng_uniform_real(tpi_rand)*state->box[ZZ][ZZ];
 441                 }
 442                 if (inputrec->nstlist == 1)
 443                 {
 444                     copy_rvec(x_init,x_tp);
 445                 }
 446                 else
 447                 {
 448                     /* Generate coordinates within |dx|=drmax of x_init */
 449                     do
 450                     {
 451                         dx[XX] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 452                         dx[YY] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 453                         dx[ZZ] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 454                     }
 455                     while (norm2(dx) > drmax*drmax);
 456                     rvec_add(x_init,dx,x_tp);
 457                 }
 458             }
 459             else
 460             {
 461                 /* Random insertion around a cavity location
 462                  * given by the last coordinate of the trajectory.
 463                  */
 464                 if (step == 0)
 465                 {
 466                     if (nat_cavity == 1)
 467                     {
 468                         /* Copy the location of the cavity */
 469                         copy_rvec(rerun_fr.x[rerun_fr.natoms-1],x_init);
 470                     }
 471                     else
 472                     {
 473                         /* Determine the center of mass of the last molecule */
 474                         clear_rvec(x_init);
 475                         mass_tot = 0;
 476                         for(i=0; i<nat_cavity; i++)
 477                         {
 478                             for(d=0; d<DIM; d++)
 479                             {
 480                                 x_init[d] +=
 481                                     mass_cavity[i]*rerun_fr.x[rerun_fr.natoms-nat_cavity+i][d];
 482                             }
 483                             mass_tot += mass_cavity[i];
 484                         }
 485                         for(d=0; d<DIM; d++)
 486                         {
 487                             x_init[d] /= mass_tot;
 488                         }
 489                     }
 490                 }
 491                 /* Generate coordinates within |dx|=drmax of x_init */
 492                 do
 493                 {
 494                     dx[XX] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 495                     dx[YY] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 496                     dx[ZZ] = (2*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand) - 1)*drmax;
 497                 }
 498                 while (norm2(dx) > drmax*drmax);
 499                 rvec_add(x_init,dx,x_tp);
 500             }
 501
 502             if (a_tp1 - a_tp0 == 1)
 503             {
 504                 /* Insert a single atom, just copy the insertion location */
 505         copy_rvec(x_tp,state->x[a_tp0]);
 506             }
 507             else
 508             {
 509                 /* Copy the coordinates from the top file */
 510                 for(i=a_tp0; i<a_tp1; i++)
 511                 {
 512                     copy_rvec(x_mol[i-a_tp0],state->x[i]);
 513                 }
 514                 /* Rotate the molecule randomly */
 515                 rotate_conf(a_tp1-a_tp0,state->x+a_tp0,NULL,
 516                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand),
 517                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand),
 518                             2*M_PI*gmx_rng_uniform_real(tpi_rand));
 519                 /* Shift to the insertion location */
 520                 for(i=a_tp0; i<a_tp1; i++)
 521                 {
 522                     rvec_inc(state->x[i],x_tp);
 523                 }
 524             }
 525
 526             /* Check if this insertion belongs to this node */
 527             bOurStep = TRUE;
 528             if (PAR(cr))
 529             {
 530                 switch (inputrec->eI)
 531                 {
 532                 case eiTPI:
 533                     bOurStep = ((step / inputrec->nstlist) % nnodes == cr->nodeid);
 534                     break;
 535                 case eiTPIC:
 536                     bOurStep = (step % nnodes == cr->nodeid);
 537                     break;
 538                 default:
 539                     gmx_fatal(FARGS,"Unknown integrator %s",ei_names[inputrec->eI]);
 540                 }
 541             }
 542             if (bOurStep)
 543             {
 544                 /* Clear some matrix variables  */
 545                 clear_mat(force_vir);
 546                 clear_mat(shake_vir);
 547                 clear_mat(vir);
 548                 clear_mat(pres);
 549
 550                 /* Set the charge group center of mass of the test particle */
 551                 copy_rvec(x_init,fr->cg_cm[top->cgs.nr-1]);
 552
 553                 /* Calc energy (no forces) on new positions.
 554                  * Since we only need the intermolecular energy
 555                  * and the RF exclusion terms of the inserted molecule occur
 556                  * within a single charge group we can pass NULL for the graph.
 557                  * This also avoids shifts that would move charge groups
 558                  * out of the box.
 559                  *
 560                  * Some checks above ensure than we can not have
 561                  * twin-range interactions together with nstlist > 1,
 562                  * therefore we do not need to remember the LR energies.
 563                  */
 564                 /* Make do_force do a single node force calculation */
 565                 cr->nnodes = 1;
 566                 do_force(fplog,cr,inputrec,
 567                          step,nrnb,wcycle,top,top_global,&top_global->groups,
 568                          state->box,state->x,&state->hist,
 569                          f,force_vir,mdatoms,enerd,fcd,
 570                          state->lambda,
 571                          NULL,fr,NULL,mu_tot,t,NULL,NULL,FALSE,
 572                          GMX_FORCE_NONBONDED | GMX_FORCE_ENERGY |
 573                          (bNS ? GMX_FORCE_DYNAMICBOX | GMX_FORCE_NS | GMX_FORCE_DO_LR : 0) |
 574                          (bStateChanged ? GMX_FORCE_STATECHANGED : 0));
 575                 cr->nnodes = nnodes;
 576                 bStateChanged = FALSE;
 577                 bNS = FALSE;
 578
 579                 /* Calculate long range corrections to pressure and energy */
 580                 calc_dispcorr(fplog,inputrec,fr,step,top_global->natoms,state->box,
 581                               lambda,pres,vir,&prescorr,&enercorr,&dvdlcorr);
 582                 /* figure out how to rearrange the next 4 lines MRS 8/4/2009 */
 583                 enerd->term[F_DISPCORR] = enercorr;
 584                 enerd->term[F_EPOT] += enercorr;
 585                 enerd->term[F_PRES] += prescorr;
 586                 enerd->term[F_DVDL_VDW] += dvdlcorr;
 587
 588                 epot = enerd->term[F_EPOT];
 589                 bEnergyOutOfBounds = FALSE;
 590 #ifdef GMX_X86_SSE2
 591                 /* With SSE the energy can overflow, check for this */
 592                 if (gmx_mm_check_and_reset_overflow())
 593                 {
 594                     if (debug)
 595                     {
 596                         fprintf(debug,"Found an SSE overflow, assuming the energy is out of bounds\n");
 597                     }
 598                     bEnergyOutOfBounds = TRUE;
 599                 }
 600 #endif
 601                 /* If the compiler doesn't optimize this check away
 602                  * we catch the NAN energies.
 603                  * The epot>GMX_REAL_MAX check catches inf values,
 604                  * which should nicely result in embU=0 through the exp below,
 605                  * but it does not hurt to check anyhow.
 606                  */
 607                 /* Non-bonded Interaction usually diverge at r=0.
 608                  * With tabulated interaction functions the first few entries
 609                  * should be capped in a consistent fashion between
 610                  * repulsion, dispersion and Coulomb to avoid accidental
 611                  * negative values in the total energy.
 612                  * The table generation code in tables.c does this.
 613                  * With user tbales the user should take care of this.
 614                  */
 615                 if (epot != epot || epot > GMX_REAL_MAX)
 616                 {
 617                     bEnergyOutOfBounds = TRUE;
 618                 }
 619                 if (bEnergyOutOfBounds)
 620                 {
 621                     if (debug)
 622                     {
 623                         fprintf(debug,"\n  time %.3f, step %d: non-finite energy %f, using exp(-bU)=0\n",t,step,epot);
 624                     }
 625                     embU = 0;
 626                 }
 627                 else
 628                 {
 629                     embU = exp(-beta*epot);
 630                     sum_embU += embU;
 631                     /* Determine the weighted energy contributions of each energy group */
 632                     e = 0;
 633                     sum_UgembU[e++] += epot*embU;
 634                     if (fr->bBHAM)
 635                     {
 636                         for(i=0; i<ngid; i++)
 637                         {
 638                             sum_UgembU[e++] +=
 639                                 (enerd->grpp.ener[egBHAMSR][GID(i,gid_tp,ngid)] +
 640                                  enerd->grpp.ener[egBHAMLR][GID(i,gid_tp,ngid)])*embU;
 641                         }
 642                     }
 643                     else
 644                     {
 645                         for(i=0; i<ngid; i++)
 646                         {
 647                             sum_UgembU[e++] +=
 648                                 (enerd->grpp.ener[egLJSR][GID(i,gid_tp,ngid)] +
 649                                  enerd->grpp.ener[egLJLR][GID(i,gid_tp,ngid)])*embU;
 650                         }
 651                     }
 652                     if (bDispCorr)
 653                     {
 654                         sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_DISPCORR]*embU;
 655                     }
 656                     if (bCharge)
 657                     {
 658                         for(i=0; i<ngid; i++)
 659                         {
 660                             sum_UgembU[e++] +=
 661                                 (enerd->grpp.ener[egCOULSR][GID(i,gid_tp,ngid)] +
 662                                  enerd->grpp.ener[egCOULLR][GID(i,gid_tp,ngid)])*embU;
 663                         }
 664                         if (bRFExcl)
 665                         {
 666                             sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_RF_EXCL]*embU;
 667                         }
 668                         if (EEL_FULL(fr->eeltype))
 669                         {
 670                             sum_UgembU[e++] += enerd->term[F_COUL_RECIP]*embU;
 671                         }
 672                     }
 673                 }
 674
 675                 if (embU == 0 || beta*epot > bU_bin_limit)
 676                 {
 677                     bin[0]++;
 678                 }
 679                 else
 680                 {
 681                     i = (int)((bU_logV_bin_limit
 682                                - (beta*epot - logV + refvolshift))*invbinw
 683                               + 0.5);
 684                     if (i < 0)
 685                     {
 686                         i = 0;
 687                     }
 688                     if (i >= nbin)
 689                     {
 690                         realloc_bins(&bin,&nbin,i+10);
 691                     }
 692                     bin[i]++;
 693                 }
 694
 695                 if (debug)
 696                 {
 697                     fprintf(debug,"TPI %7d %12.5e %12.5f %12.5f %12.5f\n",
 698                             step,epot,x_tp[XX],x_tp[YY],x_tp[ZZ]);
 699                 }
 700
 701                 if (dump_pdb && epot <= dump_ener)
 702                 {
 703                     sprintf(str,"t%g_step%d.pdb",t,step);
 704                     sprintf(str2,"t: %f step %d ener: %f",t,step,epot);
 705                     write_sto_conf_mtop(str,str2,top_global,state->x,state->v,
 706                                         inputrec->ePBC,state->box);
 707                 }
 708             }
 709         }
 710
 711         if (PAR(cr))
 712         {
 713             /* When running in parallel sum the energies over the processes */
 714             gmx_sumd(1,    &sum_embU, cr);
 715             gmx_sumd(nener,sum_UgembU,cr);
 716         }
 717
 718         frame++;
 719         V_all += V;
 720         VembU_all += V*sum_embU/nsteps;
 721
 722         if (fp_tpi)
 723         {
 724             if (bVerbose || frame%10==0 || frame<10)
 725             {
 726                 fprintf(stderr,"mu %10.3e <mu> %10.3e\n",
 727                         -log(sum_embU/nsteps)/beta,-log(VembU_all/V_all)/beta);
 728             }
 729
 730             fprintf(fp_tpi,"%10.3f %12.5e %12.5e %12.5e %12.5e",
 731                     t,
 732                     VembU_all==0 ? 20/beta : -log(VembU_all/V_all)/beta,
 733                     sum_embU==0  ? 20/beta : -log(sum_embU/nsteps)/beta,
 734                     sum_embU/nsteps,V);
 735             for(e=0; e<nener; e++)
 736             {
 737                 fprintf(fp_tpi," %12.5e",sum_UgembU[e]/nsteps);
 738             }
 739             fprintf(fp_tpi,"\n");
 740             fflush(fp_tpi);
 741         }
 742
 743         bNotLastFrame = read_next_frame(oenv, status,&rerun_fr);
 744     } /* End of the loop  */
 745     runtime_end(runtime);
 746
 747     close_trj(status);
 748
 749     if (fp_tpi != NULL)
 750     {
 751         gmx_fio_fclose(fp_tpi);
 752     }
 753
 754     if (fplog != NULL)
 755     {
 756         fprintf(fplog,"\n");
 757         fprintf(fplog,"  <V>  = %12.5e nm^3\n",V_all/frame);
 758         fprintf(fplog,"  <mu> = %12.5e kJ/mol\n",-log(VembU_all/V_all)/beta);
 759     }
 760
 761     /* Write the Boltzmann factor histogram */
 762     if (PAR(cr))
 763     {
 764         /* When running in parallel sum the bins over the processes */
 765         i = nbin;
 766         global_max(cr,&i);
 767         realloc_bins(&bin,&nbin,i);
 768         gmx_sumd(nbin,bin,cr);
 769     }
 770     if (MASTER(cr))
 771     {
 772         fp_tpi = xvgropen(opt2fn("-tpid",nfile,fnm),
 773                           "TPI energy distribution",
 774                           "\\betaU - log(V/<V>)","count",oenv);
 775         sprintf(str,"number \\betaU > %g: %9.3e",bU_bin_limit,bin[0]);
 776         xvgr_subtitle(fp_tpi,str,oenv);
 777         xvgr_legend(fp_tpi,2,(const char **)tpid_leg,oenv);
 778         for(i=nbin-1; i>0; i--)
 779         {
 780             bUlogV = -i/invbinw + bU_logV_bin_limit - refvolshift + log(V_all/frame);
 781             fprintf(fp_tpi,"%6.2f %10d %12.5e\n",
 782                     bUlogV,
 783                     (int)(bin[i]+0.5),
 784                     bin[i]*exp(-bUlogV)*V_all/VembU_all);
 785         }
 786         gmx_fio_fclose(fp_tpi);
 787     }
 788     sfree(bin);
 789
 790     sfree(sum_UgembU);
 791
 792     runtime->nsteps_done = frame*inputrec->nsteps;
 793
 794     return 0;
 795 }