src/programs/mdrun/tests/minimize.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2018,2019, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35
  36 /*! \internal \file
  37  * \brief
  38  * Tests for the energy minimization functionality.
  39  *
  40  * \author Mark Abraham <mark.j.abraham@gmail.com>
  41  * \ingroup module_mdrun_integration_tests
  42  */
  43 #include "gmxpre.h"
  44
  45 #include <map>
  46 #include <memory>
  47 #include <string>
  48 #include <tuple>
  49 #include <vector>
  50
  51 #include <gtest/gtest.h>
  52
  53 #include "gromacs/compat/make_unique.h"
  54 #include "gromacs/options/filenameoption.h"
  55 #include "gromacs/topology/idef.h"
  56 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  57 #include "gromacs/trajectory/energyframe.h"
  58 #include "gromacs/trajectory/trajectoryframe.h"
  59 #include "gromacs/utility/basenetwork.h"
  60 #include "gromacs/utility/stringutil.h"
  61
  62 #include "testutils/mpitest.h"
  63 #include "testutils/refdata.h"
  64 #include "testutils/simulationdatabase.h"
  65 #include "testutils/testasserts.h"
  66
  67 #include "energycomparison.h"
  68 #include "energyreader.h"
  69 #include "moduletest.h"
  70
  71 namespace gmx
  72 {
  73 namespace test
  74 {
  75 namespace
  76 {
  77
  78 /*! \brief Test fixture base for energy minimizaiton
  79  *
  80  * This test ensures mdrun can run an energy minimization, reaching
  81  * a reproducible final energy.
  82  *
  83  * The choices for tolerance are arbitrary but sufficient. */
  84 class EnergyMinimizationTest : public MdrunTestFixture,
  85                                public ::testing::WithParamInterface <
  86                                std::tuple < std::string, std::string>>
  87 {
  88 };
  89
  90 /*! \brief Database of empirical tolerances for EM integrators on the various systems. */
  91 std::unordered_map<std::string, FloatingPointTolerance> potentialEnergyToleranceForSystem_g =
  92 {{
  93      {
  94          "argon12",
  95          relativeToleranceAsPrecisionDependentUlp(-1, 10, 200)
  96      },
  97      {
  98          "tip3p5",
  99          relativeToleranceAsPrecisionDependentUlp(-50, 150, 3800)
 100      },
 101      {
 102          "glycine_vacuo",
 103          relativeToleranceAsPrecisionDependentUlp(1000, 100, 100)
 104      },
 105      {
 106          "alanine_vsite_vacuo",
 107          relativeToleranceAsPrecisionDependentUlp(-160, 150, 400)
 108      },
 109      {
 110          "glycine_no_constraints_vacuo",
 111          relativeToleranceAsPrecisionDependentUlp(2000, 100, 100)
 112      }
 113  }};
 114
 115 TEST_P(EnergyMinimizationTest, WithinTolerances)
 116 {
 117     auto params         = GetParam();
 118     auto simulationName = std::get<0>(params);
 119     auto minimizer      = std::get<1>(params);
 120     SCOPED_TRACE(formatString("Comparing '%s' energy minimization for simulation '%s'",
 121                               minimizer.c_str(), simulationName.c_str()));
 122
 123     // TODO At some point we should also test PME-only ranks.
 124     int numRanksAvailable = getNumberOfTestMpiRanks();
 125     if (!isNumberOfPpRanksSupported(simulationName, numRanksAvailable))
 126     {
 127         fprintf(stdout, "Test system '%s' cannot run with %d ranks.\n"
 128                 "The supported numbers are: %s\n",
 129                 simulationName.c_str(), numRanksAvailable,
 130                 reportNumbersOfPpRanksSupported(simulationName).c_str());
 131         return;
 132     }
 133
 134     auto mdpFieldValues = prepareMdpFieldValues(simulationName.c_str(),
 135                                                 minimizer.c_str(),
 136                                                 "no", "no");
 137     mdpFieldValues["nsteps"] = "4";
 138
 139     int maxWarningsTolerated = (minimizer == "l-bfgs") ? 1 : 0;
 140     // prepare the .tpr file
 141     {
 142         // TODO evolve grompp to report the number of warnings issued, so
 143         // tests always expect the right number.
 144         CommandLine caller;
 145         caller.append("grompp");
 146         caller.addOption("-maxwarn", maxWarningsTolerated);
 147         runner_.useTopGroAndNdxFromDatabase(simulationName);
 148         runner_.useStringAsMdpFile(prepareMdpFileContents(mdpFieldValues));
 149         EXPECT_EQ(0, runner_.callGrompp(caller));
 150     }
 151
 152     // do mdrun, preparing to check the energies later
 153     runner_.edrFileName_ = fileManager_.getTemporaryFilePath("minimize.edr");
 154     {
 155         CommandLine mdrunCaller;
 156         mdrunCaller.append("mdrun");
 157         if (minimizer == "l-bfgs" && getNumberOfTestMpiRanks() > 1)
 158         {
 159             // Ideally we would use this death test, but it is not
 160             // stable enough in Jenkins, so we just skip it.
 161             //EXPECT_DEATH_IF_SUPPORTED(runner_.callMdrun(mdrunCaller),
 162             //                          "L-BFGS minimization only supports a single rank");
 163             return;
 164         }
 165         else
 166         {
 167             ASSERT_EQ(0, runner_.callMdrun(mdrunCaller));
 168         }
 169     }
 170
 171     EnergyTolerances energiesToMatch
 172     {{
 173          {
 174              interaction_function[F_EPOT].longname, potentialEnergyToleranceForSystem_g.at(simulationName)
 175          },
 176      }};
 177
 178     TestReferenceData refData;
 179     auto              checker = refData.rootChecker()
 180             .checkCompound("Simulation", simulationName)
 181             .checkCompound("Minimizer", minimizer);
 182     checkEnergiesAgainstReferenceData(runner_.edrFileName_,
 183                                       energiesToMatch,
 184                                       &checker);
 185 }
 186
 187 //! Containers of systems and integrators to test.
 188 //! \{
 189 std::vector<std::string> unconstrainedSystemsToTest_g = { "argon12", "glycine_no_constraints_vacuo" };
 190 std::vector<std::string> minimizersToTest_g           = { "steep", "cg", "l-bfgs" };
 191
 192 std::vector<std::string> constrainedSystemsToTest_g        = { "tip3p5", "glycine_vacuo", "alanine_vsite_vacuo" };
 193 std::vector<std::string> minimizersToTestWithConstraints_g = { "steep", "cg" };
 194 //! \}
 195
 196 // The time for OpenCL kernel compilation means these tests might time
 197 // out. If that proves to be a problem, these can be disabled for
 198 // OpenCL builds. However, once that compilation is cached for the
 199 // lifetime of the whole test binary process, these tests should run in
 200 // such configurations.
 201 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(MinimizersWorkWithConstraints, EnergyMinimizationTest,
 202                             ::testing::Combine(::testing::ValuesIn(constrainedSystemsToTest_g),
 203                                                    ::testing::ValuesIn(minimizersToTestWithConstraints_g)));
 204 INSTANTIATE_TEST_CASE_P(MinimizersWork, EnergyMinimizationTest,
 205                             ::testing::Combine(::testing::ValuesIn(unconstrainedSystemsToTest_g),
 206                                                    ::testing::ValuesIn(minimizersToTest_g)));
 207
 208 } // namespace
 209 } // namespace test
 210 } // namespace gmx