src/tools/anadih.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) 2012,2013, 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 <math.h>
  43 #include <stdio.h>
  44 #include <string.h>
  45 #include "physics.h"
  46 #include "smalloc.h"
  47 #include "macros.h"
  48 #include "txtdump.h"
  49 #include "bondf.h"
  50 #include "xvgr.h"
  51 #include "typedefs.h"
  52 #include "vec.h"
  53 #include "gstat.h"
  54 #include "confio.h"
  55
  56 void print_one(const output_env_t oenv, const char *base, const char *name,
  57                const char *title, const char *ylabel, int nf, real time[],
  58                real data[])
  59 {
  60     FILE *fp;
  61     char  buf[256], t2[256];
  62     int   k;
  63
  64     sprintf(buf, "%s%s.xvg", base, name);
  65     fprintf(stderr, "\rPrinting %s  ", buf);
  66     sprintf(t2, "%s %s", title, name);
  67     fp = xvgropen(buf, t2, "Time (ps)", ylabel, oenv);
  68     for (k = 0; (k < nf); k++)
  69     {
  70         fprintf(fp, "%10g  %10g\n", time[k], data[k]);
  71     }
  72     ffclose(fp);
  73 }
  74
  75 static int calc_RBbin(real phi, int multiplicity, real core_frac)
  76 {
  77     /* multiplicity and core_frac NOT used,
  78      * just given to enable use of pt-to-fn in caller low_ana_dih_trans*/
  79     static const real r30  = M_PI/6.0;
  80     static const real r90  = M_PI/2.0;
  81     static const real r150 = M_PI*5.0/6.0;
  82
  83     if ((phi < r30) && (phi > -r30))
  84     {
  85         return 1;
  86     }
  87     else if ((phi > -r150) && (phi < -r90))
  88     {
  89         return 2;
  90     }
  91     else if ((phi < r150) && (phi > r90))
  92     {
  93         return 3;
  94     }
  95     return 0;
  96 }
  97
  98 static int calc_Nbin(real phi, int multiplicity, real core_frac)
  99 {
 100     static const real r360 = 360*DEG2RAD;
 101     real              rot_width, core_width, core_offset, low, hi;
 102     int               bin;
 103     /* with multiplicity 3 and core_frac 0.5
 104      * 0<g(-)<120, 120<t<240, 240<g(+)<360
 105      * 0< bin0 < 30, 30<bin1<90, 90<bin0<150, 150<bin2<210, 210<bin0<270, 270<bin3<330, 330<bin0<360
 106      * so with multiplicity 3, bin1 is core g(-), bin2 is core t, bin3 is
 107        core g(+), bin0 is between rotamers */
 108     if (phi < 0)
 109     {
 110         phi += r360;
 111     }
 112
 113     rot_width   = 360/multiplicity;
 114     core_width  = core_frac * rot_width;
 115     core_offset = (rot_width - core_width)/2.0;
 116     for (bin = 1; bin <= multiplicity; bin++)
 117     {
 118         low  = ((bin - 1) * rot_width ) + core_offset;
 119         hi   = ((bin - 1) * rot_width ) + core_offset + core_width;
 120         low *= DEG2RAD;
 121         hi  *= DEG2RAD;
 122         if ((phi > low) && (phi < hi))
 123         {
 124             return bin;
 125         }
 126     }
 127     return 0;
 128 }
 129
 130 void ana_dih_trans(const char *fn_trans, const char *fn_histo,
 131                    real **dih, int nframes, int nangles,
 132                    const char *grpname, real *time, gmx_bool bRb,
 133                    const output_env_t oenv)
 134 {
 135     /* just a wrapper; declare extra args, then chuck away at end. */
 136     int      maxchi = 0;
 137     t_dlist *dlist;
 138     int     *multiplicity;
 139     int      nlist = nangles;
 140     int      k;
 141
 142     snew(dlist, nlist);
 143     snew(multiplicity, nangles);
 144     for (k = 0; (k < nangles); k++)
 145     {
 146         multiplicity[k] = 3;
 147     }
 148
 149     low_ana_dih_trans(TRUE, fn_trans, TRUE, fn_histo, maxchi,
 150                       dih, nlist, dlist, nframes,
 151                       nangles, grpname, multiplicity, time, bRb, 0.5, oenv);
 152     sfree(dlist);
 153     sfree(multiplicity);
 154
 155 }
 156
 157 void low_ana_dih_trans(gmx_bool bTrans, const char *fn_trans,
 158                        gmx_bool bHisto, const char *fn_histo, int maxchi,
 159                        real **dih, int nlist, t_dlist dlist[], int nframes,
 160                        int nangles, const char *grpname, int multiplicity[],
 161                        real *time, gmx_bool bRb, real core_frac,
 162                        const output_env_t oenv)
 163 {
 164     FILE *fp;
 165     int  *tr_f, *tr_h;
 166     char  title[256];
 167     int   i, j, k, Dih, ntrans;
 168     int   cur_bin, new_bin;
 169     real  ttime, tt;
 170     real *rot_occ[NROT];
 171     int   (*calc_bin)(real, int, real);
 172     real  dt;
 173
 174     if (1 <= nframes)
 175     {
 176         return;
 177     }
 178     /* Assumes the frames are equally spaced in time */
 179     dt = (time[nframes-1]-time[0])/(nframes-1);
 180
 181     /* Analysis of dihedral transitions */
 182     fprintf(stderr, "Now calculating transitions...\n");
 183
 184     if (bRb)
 185     {
 186         calc_bin = calc_RBbin;
 187     }
 188     else
 189     {
 190         calc_bin = calc_Nbin;
 191     }
 192
 193     for (k = 0; k < NROT; k++)
 194     {
 195         snew(rot_occ[k], nangles);
 196         for (i = 0; (i < nangles); i++)
 197         {
 198             rot_occ[k][i] = 0;
 199         }
 200     }
 201     snew(tr_h, nangles);
 202     snew(tr_f, nframes);
 203
 204     /* dih[i][j] is the dihedral angle i in frame j  */
 205     ntrans = 0;
 206     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 207     {
 208
 209         /*#define OLDIE*/
 210 #ifdef OLDIE
 211         mind = maxd = prev = dih[i][0];
 212 #else
 213         cur_bin = calc_bin(dih[i][0], multiplicity[i], core_frac);
 214         rot_occ[cur_bin][i]++;
 215 #endif
 216         for (j = 1; (j < nframes); j++)
 217         {
 218             new_bin = calc_bin(dih[i][j], multiplicity[i], core_frac);
 219             rot_occ[new_bin][i]++;
 220 #ifndef OLDIE
 221             if (cur_bin == 0)
 222             {
 223                 cur_bin = new_bin;
 224             }
 225             else if ((new_bin != 0) && (cur_bin != new_bin))
 226             {
 227                 cur_bin = new_bin;
 228                 tr_f[j]++;
 229                 tr_h[i]++;
 230                 ntrans++;
 231             }
 232 #else
 233             /* why is all this md rubbish periodic? Remove 360 degree periodicity */
 234             if ( (dih[i][j] - prev) > M_PI)
 235             {
 236                 dih[i][j] -= 2*M_PI;
 237             }
 238             else if ( (dih[i][j] - prev) < -M_PI)
 239             {
 240                 dih[i][j] += 2*M_PI;
 241             }
 242
 243             prev = dih[i][j];
 244
 245             mind = min(mind, dih[i][j]);
 246             maxd = max(maxd, dih[i][j]);
 247             if ( (maxd - mind) > 2*M_PI/3) /* or 120 degrees, assuming       */
 248             {                              /* multiplicity 3. Not so general.*/
 249                 tr_f[j]++;
 250                 tr_h[i]++;
 251                 maxd = mind = dih[i][j]; /* get ready for next transition  */
 252                 ntrans++;
 253             }
 254 #endif
 255         } /* end j */
 256         for (k = 0; k < NROT; k++)
 257         {
 258             rot_occ[k][i] /= nframes;
 259         }
 260     } /* end i */
 261     fprintf(stderr, "Total number of transitions: %10d\n", ntrans);
 262     if (ntrans > 0)
 263     {
 264         ttime = (dt*nframes*nangles)/ntrans;
 265         fprintf(stderr, "Time between transitions:    %10.3f ps\n", ttime);
 266     }
 267
 268     /* new by grs - copy transitions from tr_h[] to dlist->ntr[]
 269      * and rotamer populations from rot_occ to dlist->rot_occ[]
 270      * based on fn histogramming in g_chi. diff roles for i and j here */
 271
 272     j = 0;
 273     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 274     {
 275         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 276         {
 277             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 278                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 279                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 280             {
 281                 /* grs debug  printf("Not OK? i %d j %d Dih %d \n", i, j, Dih) ; */
 282                 dlist[i].ntr[Dih] = tr_h[j];
 283                 for (k = 0; k < NROT; k++)
 284                 {
 285                     dlist[i].rot_occ[Dih][k] = rot_occ[k][j];
 286                 }
 287                 j++;
 288             }
 289         }
 290     }
 291
 292     /* end addition by grs */
 293
 294     if (bTrans)
 295     {
 296         sprintf(title, "Number of transitions: %s", grpname);
 297         fp = xvgropen(fn_trans, title, "Time (ps)", "# transitions/timeframe", oenv);
 298         for (j = 0; (j < nframes); j++)
 299         {
 300             fprintf(fp, "%10.3f  %10d\n", time[j], tr_f[j]);
 301         }
 302         ffclose(fp);
 303     }
 304
 305     /* Compute histogram from # transitions per dihedral */
 306     /* Use old array */
 307     for (j = 0; (j < nframes); j++)
 308     {
 309         tr_f[j] = 0;
 310     }
 311     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 312     {
 313         tr_f[tr_h[i]]++;
 314     }
 315     for (j = nframes; ((tr_f[j-1] == 0) && (j > 0)); j--)
 316     {
 317         ;
 318     }
 319
 320     ttime = dt*nframes;
 321     if (bHisto)
 322     {
 323         sprintf(title, "Transition time: %s", grpname);
 324         fp = xvgropen(fn_histo, title, "Time (ps)", "#", oenv);
 325         for (i = j-1; (i > 0); i--)
 326         {
 327             if (tr_f[i] != 0)
 328             {
 329                 fprintf(fp, "%10.3f  %10d\n", ttime/i, tr_f[i]);
 330             }
 331         }
 332         ffclose(fp);
 333     }
 334
 335     sfree(tr_f);
 336     sfree(tr_h);
 337     for (k = 0; k < NROT; k++)
 338     {
 339         sfree(rot_occ[k]);
 340     }
 341
 342 }
 343
 344 void mk_multiplicity_lookup (int *multiplicity, int maxchi, real **dih,
 345                              int nlist, t_dlist dlist[], int nangles)
 346 {
 347     /* new by grs - for dihedral j (as in dih[j]) get multiplicity from dlist
 348      * and store in multiplicity[j]
 349      */
 350
 351     int  j, Dih, i;
 352     char name[4];
 353
 354     j = 0;
 355     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 356     {
 357         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 358         {
 359             strncpy(name, dlist[i].name, 3);
 360             name[3] = '\0';
 361             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 362                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 363                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 364             {
 365                 /* default - we will correct the rest below */
 366                 multiplicity[j] = 3;
 367
 368                 /* make omegas 2fold, though doesn't make much more sense than 3 */
 369                 if (Dih == edOmega && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i]))))
 370                 {
 371                     multiplicity[j] = 2;
 372                 }
 373
 374                 /* dihedrals to aromatic rings, COO, CONH2 or guanidinium are 2fold*/
 375                 if (Dih > edOmega && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1))
 376                 {
 377                     if ( ((strstr(name, "PHE") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 378                          ((strstr(name, "TYR") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 379                          ((strstr(name, "PTR") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 380                          ((strstr(name, "TRP") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 381                          ((strstr(name, "HIS") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 382                          ((strstr(name, "GLU") != NULL) && (Dih == edChi3))  ||
 383                          ((strstr(name, "ASP") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 384                          ((strstr(name, "GLN") != NULL) && (Dih == edChi3))  ||
 385                          ((strstr(name, "ASN") != NULL) && (Dih == edChi2))  ||
 386                          ((strstr(name, "ARG") != NULL) && (Dih == edChi4))  )
 387                     {
 388                         multiplicity[j] = 2;
 389                     }
 390                 }
 391                 j++;
 392             }
 393         }
 394     }
 395     if (j < nangles)
 396     {
 397         fprintf(stderr, "WARNING: not all dihedrals found in topology (only %d out of %d)!\n",
 398                 j, nangles);
 399     }
 400     /* Check for remaining dihedrals */
 401     for (; (j < nangles); j++)
 402     {
 403         multiplicity[j] = 3;
 404     }
 405
 406 }
 407
 408 void mk_chi_lookup (int **lookup, int maxchi, real **dih,
 409                     int nlist, t_dlist dlist[])
 410 {
 411
 412     /* by grs. should rewrite everything to use this. (but haven't,
 413      * and at mmt only used in get_chi_product_traj
 414      * returns the dihed number given the residue number (from-0)
 415      * and chi (from-0) nr. -1 for chi undefined for that res (eg gly, ala..)*/
 416
 417     int i, j, Dih, Chi;
 418
 419     j = 0;
 420     for (Dih = 0; (Dih < NONCHI+maxchi); Dih++)
 421     {
 422         for (i = 0; (i < nlist); i++)
 423         {
 424             Chi = Dih - NONCHI;
 425             if (((Dih  < edOmega) ) ||
 426                 ((Dih == edOmega) && (has_dihedral(edOmega, &(dlist[i])))) ||
 427                 ((Dih  > edOmega) && (dlist[i].atm.Cn[Dih-NONCHI+3] != -1)))
 428             {
 429                 /* grs debug  printf("Not OK? i %d j %d Dih %d \n", i, j, Dih) ; */
 430                 if (Dih > edOmega)
 431                 {
 432                     lookup[i][Chi] = j;
 433                 }
 434                 j++;
 435             }
 436             else
 437             {
 438                 lookup[i][Chi] = -1;
 439             }
 440         }
 441     }
 442
 443 }
 444
 445
 446 void get_chi_product_traj (real **dih, int nframes, int nangles, int nlist,
 447                            int maxchi, t_dlist dlist[], real time[],
 448                            int **lookup, int *multiplicity, gmx_bool bRb, gmx_bool bNormalize,
 449                            real core_frac, gmx_bool bAll, const char *fnall,
 450                            const output_env_t oenv)
 451 {
 452
 453     gmx_bool bRotZero, bHaveChi = FALSE;
 454     int      accum = 0, index, i, j, k, Xi, n, b;
 455     real    *chi_prtrj;
 456     int     *chi_prhist;
 457     int      nbin;
 458     FILE    *fp, *fpall;
 459     char     hisfile[256], histitle[256], *namept;
 460
 461     int      (*calc_bin)(real, int, real);
 462
 463     /* Analysis of dihedral transitions */
 464     fprintf(stderr, "Now calculating Chi product trajectories...\n");
 465
 466     if (bRb)
 467     {
 468         calc_bin = calc_RBbin;
 469     }
 470     else
 471     {
 472         calc_bin = calc_Nbin;
 473     }
 474
 475     snew(chi_prtrj, nframes);
 476
 477     /* file for info on all residues */
 478     if (bNormalize)
 479     {
 480         fpall = xvgropen(fnall, "Cumulative Rotamers", "Residue", "Probability", oenv);
 481     }
 482     else
 483     {
 484         fpall = xvgropen(fnall, "Cumulative Rotamers", "Residue", "# Counts", oenv);
 485     }
 486
 487     for (i = 0; (i < nlist); i++)
 488     {
 489
 490         /* get nbin, the nr. of cumulative rotamers that need to be considered */
 491         nbin = 1;
 492         for (Xi = 0; Xi < maxchi; Xi++)
 493         {
 494             index = lookup[i][Xi]; /* chi_(Xi+1) of res i (-1 if off end) */
 495             if (index >= 0)
 496             {
 497                 n    = multiplicity[index];
 498                 nbin = n*nbin;
 499             }
 500         }
 501         nbin += 1; /* for the "zero rotamer", outside the core region */
 502
 503         for (j = 0; (j < nframes); j++)
 504         {
 505
 506             bRotZero = FALSE;
 507             bHaveChi = TRUE;
 508             index    = lookup[i][0]; /* index into dih of chi1 of res i */
 509             if (index == -1)
 510             {
 511                 b        = 0;
 512                 bRotZero = TRUE;
 513                 bHaveChi = FALSE;
 514             }
 515             else
 516             {
 517                 b     = calc_bin(dih[index][j], multiplicity[index], core_frac);
 518                 accum = b - 1;
 519                 if (b == 0)
 520                 {
 521                     bRotZero = TRUE;
 522                 }
 523                 for (Xi = 1; Xi < maxchi; Xi++)
 524                 {
 525                     index = lookup[i][Xi]; /* chi_(Xi+1) of res i (-1 if off end) */
 526                     if (index >= 0)
 527                     {
 528                         n     = multiplicity[index];
 529                         b     = calc_bin(dih[index][j], n, core_frac);
 530                         accum = n * accum + b - 1;
 531                         if (b == 0)
 532                         {
 533                             bRotZero = TRUE;
 534                         }
 535                     }
 536                 }
 537                 accum++;
 538             }
 539             if (bRotZero)
 540             {
 541                 chi_prtrj[j] = 0.0;
 542             }
 543             else
 544             {
 545                 chi_prtrj[j] = accum;
 546                 if (accum+1 > nbin)
 547                 {
 548                     nbin = accum+1;
 549                 }
 550             }
 551         }
 552         if (bHaveChi)
 553         {
 554
 555             if (bAll)
 556             {
 557                 /* print cuml rotamer vs time */
 558                 print_one(oenv, "chiproduct", dlist[i].name, "chi product for",
 559                           "cumulative rotamer", nframes, time, chi_prtrj);
 560             }
 561
 562             /* make a histogram pf culm. rotamer occupancy too */
 563             snew(chi_prhist, nbin);
 564             make_histo(NULL, nframes, chi_prtrj, nbin, chi_prhist, 0, nbin);
 565             if (bAll)
 566             {
 567                 sprintf(hisfile, "histo-chiprod%s.xvg", dlist[i].name);
 568                 sprintf(histitle, "cumulative rotamer distribution for %s", dlist[i].name);
 569                 fprintf(stderr, "  and %s  ", hisfile);
 570                 fp = xvgropen(hisfile, histitle, "number", "", oenv);
 571                 if(output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
 572                 {
 573                     fprintf(fp, "@ xaxis tick on\n");
 574                     fprintf(fp, "@ xaxis tick major 1\n");
 575                     fprintf(fp, "@ type xy\n");
 576                 }
 577                 for (k = 0; (k < nbin); k++)
 578                 {
 579                     if (bNormalize)
 580                     {
 581                         fprintf(fp, "%5d  %10g\n", k, (1.0*chi_prhist[k])/nframes);
 582                     }
 583                     else
 584                     {
 585                         fprintf(fp, "%5d  %10d\n", k, chi_prhist[k]);
 586                     }
 587                 }
 588                 fprintf(fp, "%s\n", output_env_get_print_xvgr_codes(oenv) ? "&" : "");
 589                 ffclose(fp);
 590             }
 591
 592             /* and finally print out occupancies to a single file */
 593             /* get the gmx from-1 res nr by setting a ptr to the number part
 594              * of dlist[i].name - potential bug for 4-letter res names... */
 595             namept = dlist[i].name + 3;
 596             fprintf(fpall, "%5s ", namept);
 597             for (k = 0; (k < nbin); k++)
 598             {
 599                 if (bNormalize)
 600                 {
 601                     fprintf(fpall, "  %10g", (1.0*chi_prhist[k])/nframes);
 602                 }
 603                 else
 604                 {
 605                     fprintf(fpall, "  %10d", chi_prhist[k]);
 606                 }
 607             }
 608             fprintf(fpall, "\n");
 609
 610             sfree(chi_prhist);
 611             /* histogram done */
 612         }
 613     }
 614
 615     sfree(chi_prtrj);
 616     ffclose(fpall);
 617     fprintf(stderr, "\n");
 618
 619 }
 620
 621 void calc_distribution_props(int nh, int histo[], real start,
 622                              int nkkk, t_karplus kkk[],
 623                              real *S2)
 624 {
 625     real d, dc, ds, c1, c2, tdc, tds;
 626     real fac, ang, invth, Jc;
 627     int  i, j, th;
 628
 629     if (nh == 0)
 630     {
 631         gmx_fatal(FARGS, "No points in histogram (%s, %d)", __FILE__, __LINE__);
 632     }
 633     fac = 2*M_PI/nh;
 634
 635     /* Compute normalisation factor */
 636     th = 0;
 637     for (j = 0; (j < nh); j++)
 638     {
 639         th += histo[j];
 640     }
 641     invth = 1.0/th;
 642
 643     for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 644     {
 645         kkk[i].Jc    = 0;
 646         kkk[i].Jcsig = 0;
 647     }
 648     tdc = 0, tds = 0;
 649     for (j = 0; (j < nh); j++)
 650     {
 651         d    = invth*histo[j];
 652         ang  = j*fac-start;
 653         c1   = cos(ang);
 654         c2   = c1*c1;
 655         dc   = d*c1;
 656         ds   = d*sin(ang);
 657         tdc += dc;
 658         tds += ds;
 659         for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 660         {
 661             c1            = cos(ang+kkk[i].offset);
 662             c2            = c1*c1;
 663             Jc            = (kkk[i].A*c2 + kkk[i].B*c1 + kkk[i].C);
 664             kkk[i].Jc    += histo[j]*Jc;
 665             kkk[i].Jcsig += histo[j]*sqr(Jc);
 666         }
 667     }
 668     for (i = 0; (i < nkkk); i++)
 669     {
 670         kkk[i].Jc    /= th;
 671         kkk[i].Jcsig  = sqrt(kkk[i].Jcsig/th-sqr(kkk[i].Jc));
 672     }
 673     *S2 = tdc*tdc+tds*tds;
 674 }
 675
 676 static void calc_angles(FILE *log, t_pbc *pbc,
 677                         int n3, atom_id index[], real ang[], rvec x_s[])
 678 {
 679     int  i, ix, t1, t2;
 680     rvec r_ij, r_kj;
 681     real costh;
 682
 683     for (i = ix = 0; (ix < n3); i++, ix += 3)
 684     {
 685         ang[i] = bond_angle(x_s[index[ix]], x_s[index[ix+1]], x_s[index[ix+2]],
 686                             pbc, r_ij, r_kj, &costh, &t1, &t2);
 687     }
 688     if (debug)
 689     {
 690         fprintf(debug, "Angle[0]=%g, costh=%g, index0 = %d, %d, %d\n",
 691                 ang[0], costh, index[0], index[1], index[2]);
 692         pr_rvec(debug, 0, "rij", r_ij, DIM, TRUE);
 693         pr_rvec(debug, 0, "rkj", r_kj, DIM, TRUE);
 694     }
 695 }
 696
 697 static real calc_fraction(real angles[], int nangles)
 698 {
 699     int  i;
 700     real trans = 0, gauche = 0;
 701     real angle;
 702
 703     for (i = 0; i < nangles; i++)
 704     {
 705         angle = angles[i] * RAD2DEG;
 706
 707         if (angle > 135 && angle < 225)
 708         {
 709             trans += 1.0;
 710         }
 711         else if (angle > 270 && angle < 330)
 712         {
 713             gauche += 1.0;
 714         }
 715         else if (angle < 90 && angle > 30)
 716         {
 717             gauche += 1.0;
 718         }
 719     }
 720     if (trans+gauche > 0)
 721     {
 722         return trans/(trans+gauche);
 723     }
 724     else
 725     {
 726         return 0;
 727     }
 728 }
 729
 730 static void calc_dihs(FILE *log, t_pbc *pbc,
 731                       int n4, atom_id index[], real ang[], rvec x_s[])
 732 {
 733     int  i, ix, t1, t2, t3;
 734     rvec r_ij, r_kj, r_kl, m, n;
 735     real sign, aaa;
 736
 737     for (i = ix = 0; (ix < n4); i++, ix += 4)
 738     {
 739         aaa = dih_angle(x_s[index[ix]], x_s[index[ix+1]], x_s[index[ix+2]],
 740                         x_s[index[ix+3]], pbc,
 741                         r_ij, r_kj, r_kl, m, n,
 742                         &sign, &t1, &t2, &t3);
 743
 744         ang[i] = aaa; /* not taking into account ryckaert bellemans yet */
 745     }
 746 }
 747
 748 void make_histo(FILE *log,
 749                 int ndata, real data[], int npoints, int histo[],
 750                 real minx, real maxx)
 751 {
 752     double dx;
 753     int    i, ind;
 754
 755     if (minx == maxx)
 756     {
 757         minx = maxx = data[0];
 758         for (i = 1; (i < ndata); i++)
 759         {
 760             minx = min(minx, data[i]);
 761             maxx = max(maxx, data[i]);
 762         }
 763         fprintf(log, "Min data: %10g  Max data: %10g\n", minx, maxx);
 764     }
 765     dx = (double)npoints/(maxx-minx);
 766     if (debug)
 767     {
 768         fprintf(debug,
 769                 "Histogramming: ndata=%d, nhisto=%d, minx=%g,maxx=%g,dx=%g\n",
 770                 ndata, npoints, minx, maxx, dx);
 771     }
 772     for (i = 0; (i < ndata); i++)
 773     {
 774         ind = (data[i]-minx)*dx;
 775         if ((ind >= 0) && (ind < npoints))
 776         {
 777             histo[ind]++;
 778         }
 779         else
 780         {
 781             fprintf(log, "index = %d, data[%d] = %g\n", ind, i, data[i]);
 782         }
 783     }
 784 }
 785
 786 void normalize_histo(int npoints, int histo[], real dx, real normhisto[])
 787 {
 788     int    i;
 789     double d, fac;
 790
 791     d = 0;
 792     for (i = 0; (i < npoints); i++)
 793     {
 794         d += dx*histo[i];
 795     }
 796     if (d == 0)
 797     {
 798         fprintf(stderr, "Empty histogram!\n");
 799         return;
 800     }
 801     fac = 1.0/d;
 802     for (i = 0; (i < npoints); i++)
 803     {
 804         normhisto[i] = fac*histo[i];
 805     }
 806 }
 807
 808 void read_ang_dih(const char *trj_fn,
 809                   gmx_bool bAngles, gmx_bool bSaveAll, gmx_bool bRb, gmx_bool bPBC,
 810                   int maxangstat, int angstat[],
 811                   int *nframes, real **time,
 812                   int isize, atom_id index[],
 813                   real **trans_frac,
 814                   real **aver_angle,
 815                   real *dih[],
 816                   const output_env_t oenv)
 817 {
 818     t_pbc       *pbc;
 819     t_trxstatus *status;
 820     int          i, angind, natoms, total, teller;
 821     int          nangles, n_alloc;
 822     real         t, fraction, pifac, aa, angle;
 823     real        *angles[2];
 824     matrix       box;
 825     rvec        *x;
 826     int          cur = 0;
 827 #define prev (1-cur)
 828
 829     snew(pbc, 1);
 830     natoms = read_first_x(oenv, &status, trj_fn, &t, &x, box);
 831
 832     if (bAngles)
 833     {
 834         nangles = isize/3;
 835         pifac   = M_PI;
 836     }
 837     else
 838     {
 839         nangles = isize/4;
 840         pifac   = 2.0*M_PI;
 841     }
 842     snew(angles[cur], nangles);
 843     snew(angles[prev], nangles);
 844
 845     /* Start the loop over frames */
 846     total       = 0;
 847     teller      = 0;
 848     n_alloc     = 0;
 849     *time       = NULL;
 850     *trans_frac = NULL;
 851     *aver_angle = NULL;
 852
 853     do
 854     {
 855         if (teller >= n_alloc)
 856         {
 857             n_alloc += 100;
 858             if (bSaveAll)
 859             {
 860                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 861                 {
 862                     srenew(dih[i], n_alloc);
 863                 }
 864             }
 865             srenew(*time, n_alloc);
 866             srenew(*trans_frac, n_alloc);
 867             srenew(*aver_angle, n_alloc);
 868         }
 869
 870         (*time)[teller] = t;
 871
 872         if (pbc)
 873         {
 874             set_pbc(pbc, -1, box);
 875         }
 876
 877         if (bAngles)
 878         {
 879             calc_angles(stdout, pbc, isize, index, angles[cur], x);
 880         }
 881         else
 882         {
 883             calc_dihs(stdout, pbc, isize, index, angles[cur], x);
 884
 885             /* Trans fraction */
 886             fraction              = calc_fraction(angles[cur], nangles);
 887             (*trans_frac)[teller] = fraction;
 888
 889             /* Change Ryckaert-Bellemans dihedrals to polymer convention
 890              * Modified 990913 by Erik:
 891              * We actually shouldn't change the convention, since it's
 892              * calculated from polymer above, but we change the intervall
 893              * from [-180,180] to [0,360].
 894              */
 895             if (bRb)
 896             {
 897                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 898                 {
 899                     if (angles[cur][i] <= 0.0)
 900                     {
 901                         angles[cur][i] += 2*M_PI;
 902                     }
 903                 }
 904             }
 905
 906             /* Periodicity in dihedral space... */
 907             if (bPBC)
 908             {
 909                 for (i = 0; (i < nangles); i++)
 910                 {
 911                     real dd = angles[cur][i];
 912                     angles[cur][i] = atan2(sin(dd), cos(dd));
 913                 }
 914             }
 915             else
 916             {
 917                 if (teller > 1)
 918                 {
 919                     for (i = 0; (i < nangles); i++)
 920                     {
 921                         while (angles[cur][i] <= angles[prev][i] - M_PI)
 922                         {
 923                             angles[cur][i] += 2*M_PI;
 924                         }
 925                         while (angles[cur][i] > angles[prev][i] + M_PI)
 926                         {
 927                             angles[cur][i] -= 2*M_PI;
 928                         }
 929                     }
 930                 }
 931             }
 932         }
 933
 934         /* Average angles */
 935         aa = 0;
 936         for (i = 0; (i < nangles); i++)
 937         {
 938             aa = aa+angles[cur][i];
 939
 940             /* angle in rad / 2Pi * max determines bin. bins go from 0 to maxangstat,
 941                even though scale goes from -pi to pi (dihedral) or -pi/2 to pi/2
 942                (angle) Basically: translate the x-axis by Pi. Translate it back by
 943                -Pi when plotting.
 944              */
 945
 946             angle = angles[cur][i];
 947             if (!bAngles)
 948             {
 949                 while (angle < -M_PI)
 950                 {
 951                     angle += 2*M_PI;
 952                 }
 953                 while (angle >= M_PI)
 954                 {
 955                     angle -= 2*M_PI;
 956                 }
 957
 958                 angle += M_PI;
 959             }
 960
 961             /* Update the distribution histogram */
 962             angind = (int) ((angle*maxangstat)/pifac + 0.5);
 963             if (angind == maxangstat)
 964             {
 965                 angind = 0;
 966             }
 967             if ( (angind < 0) || (angind >= maxangstat) )
 968             {
 969                 /* this will never happen */
 970                 gmx_fatal(FARGS, "angle (%f) index out of range (0..%d) : %d\n",
 971                           angle, maxangstat, angind);
 972             }
 973
 974             angstat[angind]++;
 975             if (angind == maxangstat)
 976             {
 977                 fprintf(stderr, "angle %d fr %d = %g\n", i, cur, angle);
 978             }
 979
 980             total++;
 981         }
 982
 983         /* average over all angles */
 984         (*aver_angle)[teller] = (aa/nangles);
 985
 986         /* this copies all current dih. angles to dih[i], teller is frame */
 987         if (bSaveAll)
 988         {
 989             for (i = 0; i < nangles; i++)
 990             {
 991                 dih[i][teller] = angles[cur][i];
 992             }
 993         }
 994
 995         /* Swap buffers */
 996         cur = prev;
 997
 998         /* Increment loop counter */
 999         teller++;
1000     }
1001     while (read_next_x(oenv, status, &t, natoms, x, box));
1002     close_trj(status);
1003
1004     sfree(x);
1005     sfree(angles[cur]);
1006     sfree(angles[prev]);
1007
1008     *nframes = teller;
1009 }