src/tools/gmx_hbond.c

   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  *                        VERSION 3.3.3
  11  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  12  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  13  * Copyright (c) 2001-2008, The GROMACS development team,
  14  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  15
  16  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  17  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  18  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  19  * of the License, or (at your option) any later version.
  20  *
  21  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  22  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  23  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  24  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  25  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  26  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  27  *
  28  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  29  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  30  *
  31  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  32  *
  33  * And Hey:
  34  * Groningen Machine for Chemical Simulation
  35  */
  36 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  37 #include <config.h>
  38 #endif
  39 #include <math.h>
  40
  41 /*#define HAVE_NN_LOOPS*/
  42 /* Set environment variable CFLAGS = "-fopenmp" when running
  43  * configure and define DOUSEOPENMP to make use of parallelized
  44  * calculation of autocorrelation function.
  45  * It also adds a new option -nthreads which sets the number of threads.
  46  * */
  47 /*#define DOUSEOPENMP*/
  48
  49 #ifdef DOUSEOPENMP
  50 #define HAVE_OPENMP
  51 #include "omp.h"
  52 #endif
  53
  54 #include "statutil.h"
  55 #include "copyrite.h"
  56 #include "sysstuff.h"
  57 #include "txtdump.h"
  58 #include "futil.h"
  59 #include "tpxio.h"
  60 #include "physics.h"
  61 #include "macros.h"
  62 #include "gmx_fatal.h"
  63 #include "index.h"
  64 #include "smalloc.h"
  65 #include "vec.h"
  66 #include "xvgr.h"
  67 #include "gstat.h"
  68 #include "matio.h"
  69 #include "string2.h"
  70 #include "pbc.h"
  71 #include "correl.h"
  72 #include "gmx_ana.h"
  73 #include "geminate.h"
  74
  75 typedef short int t_E;
  76 typedef int t_EEst;
  77 #define max_hx 7
  78 typedef int t_hx[max_hx];
  79 #define NRHXTYPES max_hx
  80 const char *hxtypenames[NRHXTYPES]=
  81 {"n-n","n-n+1","n-n+2","n-n+3","n-n+4","n-n+5","n-n>6"};
  82 #define MAXHH 4
  83
  84 #ifdef HAVE_OPENMP
  85 #define MASTER_THREAD_ONLY(threadNr) ((threadNr)==0)
  86 #else
  87 #define MASTER_THREAD_ONLY(threadNr) ((threadNr)==(threadNr))
  88 #endif
  89
  90 /* -----------------------------------------*/
  91
  92 enum { gr0,  gr1,    grI,  grNR };
  93 enum { hbNo, hbDist, hbHB, hbNR, hbR2};
  94 enum { noDA, ACC, DON, DA, INGROUP};
  95 enum {NN_NULL, NN_NONE, NN_BINARY, NN_1_over_r3, NN_dipole, NN_NR};
  96
  97 static const char *grpnames[grNR] = {"0","1","I" };
  98
  99 static gmx_bool bDebug = FALSE;
 100
 101 #define HB_NO 0
 102 #define HB_YES 1<<0
 103 #define HB_INS 1<<1
 104 #define HB_YESINS HB_YES|HB_INS
 105 #define HB_NR (1<<2)
 106 #define MAXHYDRO 4
 107
 108 #define ISHB(h)   (((h) & 2) == 2)
 109 #define ISDIST(h) (((h) & 1) == 1)
 110 #define ISDIST2(h) (((h) & 4) == 4)
 111 #define ISACC(h)  (((h) & 1) == 1)
 112 #define ISDON(h)  (((h) & 2) == 2)
 113 #define ISINGRP(h) (((h) & 4) == 4)
 114
 115 typedef struct {
 116     int nr;
 117     int maxnr;
 118     atom_id *atoms;
 119 } t_ncell;
 120
 121 typedef struct {
 122     t_ncell d[grNR];
 123     t_ncell a[grNR];
 124 } t_gridcell;
 125
 126 typedef int     t_icell[grNR];
 127 typedef atom_id h_id[MAXHYDRO];
 128
 129 typedef struct {
 130     int      history[MAXHYDRO];
 131     /* Has this hbond existed ever? If so as hbDist or hbHB or both.
 132      * Result is stored as a bitmap (1 = hbDist) || (2 = hbHB)
 133      */
 134     /* Bitmask array which tells whether a hbond is present
 135      * at a given time. Either of these may be NULL
 136      */
 137     int      n0;       /* First frame a HB was found     */
 138     int      nframes,maxframes;  /* Amount of frames in this hbond */
 139     unsigned int **h;
 140     unsigned int **g;
 141     /* See Xu and Berne, JPCB 105 (2001), p. 11929. We define the
 142      * function g(t) = [1-h(t)] H(t) where H(t) is one when the donor-
 143      * acceptor distance is less than the user-specified distance (typically
 144      * 0.35 nm).
 145      */
 146 } t_hbond;
 147
 148 typedef struct {
 149     int     nra,max_nra;
 150     atom_id *acc;             /* Atom numbers of the acceptors     */
 151     int     *grp;             /* Group index                       */
 152     int     *aptr;            /* Map atom number to acceptor index */
 153 } t_acceptors;
 154
 155 typedef struct {
 156     int      nrd,max_nrd;
 157     int      *don;               /* Atom numbers of the donors         */
 158     int      *grp;               /* Group index                        */
 159     int      *dptr;              /* Map atom number to donor index     */
 160     int      *nhydro;            /* Number of hydrogens for each donor */
 161     h_id     *hydro;             /* The atom numbers of the hydrogens  */
 162     h_id     *nhbonds;           /* The number of HBs per H at current */
 163 } t_donors;
 164
 165 /* Tune this to match memory requirements. It should be a signed integer type, e.g. signed char.*/
 166 #define PSTYPE int
 167
 168 typedef struct {
 169     int len;     /* The length of frame and p. */
 170     int *frame;  /* The frames at which transitio*/
 171     PSTYPE *p;
 172 } t_pShift;
 173
 174 typedef struct {
 175     /* Periodicity history. Used for the reversible geminate recombination. */
 176     t_pShift **pHist;            /* The periodicity of every hbond in t_hbdata->hbmap:
 177                                   *   pHist[d][a]. We can safely assume that the same
 178                                   *   periodic shift holds for all hydrogens of a da-pair.
 179                                   *
 180                                   * Nowadays it only stores TRANSITIONS, and not the shift at every frame.
 181                                   *   That saves a LOT of memory, an hopefully kills a mysterious bug where
 182                                   *   pHist gets contaminated. */
 183
 184     PSTYPE nper;    /* The length of p2i */
 185     ivec *p2i;       /* Maps integer to periodic shift for a pair.*/
 186     matrix P;        /* Projection matrix to find the box shifts. */
 187     int gemtype;     /* enumerated type */
 188 } t_gemPeriod;
 189
 190 typedef struct {
 191     int nframes;
 192     int *Etot;  /* Total energy for each frame */
 193     t_E ****E;  /* Energy estimate for [d][a][h][frame-n0] */
 194 } t_hbEmap;
 195
 196 typedef struct {
 197     gmx_bool        bHBmap,bDAnr,bGem;
 198     int         wordlen;
 199     /* The following arrays are nframes long */
 200     int         nframes,max_frames,maxhydro;
 201     int         *nhb,*ndist;
 202     h_id        *n_bound;
 203     real        *time;
 204     t_icell     *danr;
 205     t_hx        *nhx;
 206     /* These structures are initialized from the topology at start up */
 207     t_donors    d;
 208     t_acceptors a;
 209     /* This holds a matrix with all possible hydrogen bonds */
 210     int         nrhb,nrdist;
 211     t_hbond     ***hbmap;
 212 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
 213     t_hbEmap    hbE;
 214 #endif
 215     /* For parallelization reasons this will have to be a pointer.
 216      * Otherwise discrepancies may arise between the periodicity data
 217      * seen by different threads. */
 218     t_gemPeriod *per;
 219 } t_hbdata;
 220
 221 static void clearPshift(t_pShift *pShift)
 222 {
 223     if (pShift->len > 0) {
 224         sfree(pShift->p);
 225         sfree(pShift->frame);
 226         pShift->len = 0;
 227     }
 228 }
 229
 230 static void calcBoxProjection(matrix B, matrix P)
 231 {
 232     const int vp[] = {XX,YY,ZZ};
 233     int i,j;
 234     int m,n;
 235     matrix M, N, U;
 236
 237     for (i=0; i<3; i++){ m = vp[i];
 238         for (j=0; j<3; j++){ n = vp[j];
 239             U[m][n] = i==j ? 1:0;
 240         }
 241     }
 242     m_inv(B,M);
 243     for (i=0; i<3; i++){ m = vp[i];
 244         mvmul(M, U[m], P[m]);
 245     }
 246     transpose(P,N);
 247 }
 248
 249 static void calcBoxDistance(matrix P, rvec d, ivec ibd){
 250     /* returns integer distance in box coordinates.
 251      * P is the projection matrix from cartesian coordinates
 252      * obtained with calcBoxProjection(). */
 253     int i;
 254     rvec bd;
 255     mvmul(P, d, bd);
 256     /* extend it by 0.5 in all directions since (int) rounds toward 0.*/
 257     for (i=0;i<3;i++)
 258         bd[i]=bd[i] + (bd[i]<0 ? -0.5 : 0.5);
 259     ibd[XX] = (int)bd[XX];
 260     ibd[YY] = (int)bd[YY];
 261     ibd[ZZ] = (int)bd[ZZ];
 262 }
 263
 264 /* Changed argument 'bMerge' into 'oneHB' below,
 265  * since -contact should cause maxhydro to be 1,
 266  * not just -merge.
 267  * - Erik Marklund May 29, 2006
 268  */
 269
 270 static PSTYPE periodicIndex(ivec r, t_gemPeriod *per, gmx_bool daSwap) {
 271     /* Try to merge hbonds on the fly. That means that if the
 272      * acceptor and donor are mergable, then:
 273      * 1) store the hb-info so that acceptor id > donor id,
 274      * 2) add the periodic shift in pairs, so that [-x,-y,-z] is
 275      *    stored in per.p2i[] whenever acceptor id < donor id.
 276      * Note that [0,0,0] should already be the first element of per.p2i
 277      * by the time this function is called. */
 278
 279     /* daSwap is TRUE if the donor and acceptor were swapped.
 280      * If so, then the negative vector should be used. */
 281     PSTYPE i;
 282
 283     if (per->p2i == NULL || per->nper == 0)
 284         gmx_fatal(FARGS, "'per' not initialized properly.");
 285     for (i=0; i<per->nper; i++) {
 286         if (r[XX] == per->p2i[i][XX] &&
 287             r[YY] == per->p2i[i][YY] &&
 288             r[ZZ] == per->p2i[i][ZZ])
 289             return i;
 290     }
 291     /* Not found apparently. Add it to the list! */
 292     /* printf("New shift found: %i,%i,%i\n",r[XX],r[YY],r[ZZ]); */
 293
 294 /* Unfortunately this needs to be critical it seems. */
 295 #ifdef HAVE_OPENMP
 296 #pragma omp critical
 297 #endif
 298     {
 299         if (!per->p2i) {
 300             fprintf(stderr, "p2i not initialized. This shouldn't happen!\n");
 301             snew(per->p2i, 1);
 302         }
 303         else
 304             srenew(per->p2i, per->nper+2);
 305         copy_ivec(r, per->p2i[per->nper]);
 306         (per->nper)++;
 307
 308         /* Add the mirror too. It's rather likely that it'll be needed. */
 309         per->p2i[per->nper][XX] = -r[XX];
 310         per->p2i[per->nper][YY] = -r[YY];
 311         per->p2i[per->nper][ZZ] = -r[ZZ];
 312         (per->nper)++;
 313     } /* omp critical */
 314     return per->nper - 1 - (daSwap ? 0:1);
 315 }
 316
 317 static t_hbdata *mk_hbdata(gmx_bool bHBmap,gmx_bool bDAnr,gmx_bool oneHB, gmx_bool bGem, int gemmode)
 318 {
 319     t_hbdata *hb;
 320
 321     snew(hb,1);
 322     hb->wordlen = 8*sizeof(unsigned int);
 323     hb->bHBmap  = bHBmap;
 324     hb->bDAnr   = bDAnr;
 325     hb->bGem    = bGem;
 326     if (oneHB)
 327         hb->maxhydro = 1;
 328     else
 329         hb->maxhydro = MAXHYDRO;
 330     snew(hb->per, 1);
 331     hb->per->gemtype = bGem ? gemmode : 0;
 332
 333     return hb;
 334 }
 335
 336 static void mk_hbmap(t_hbdata *hb,gmx_bool bTwo)
 337 {
 338     int  i,j;
 339
 340     snew(hb->hbmap,hb->d.nrd);
 341     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
 342         snew(hb->hbmap[i],hb->a.nra);
 343         if (hb->hbmap[i] == NULL)
 344             gmx_fatal(FARGS,"Could not allocate enough memory for hbmap");
 345         for (j=0; (j>hb->a.nra); j++)
 346             hb->hbmap[i][j] = NULL;
 347     }
 348 }
 349
 350 /* Consider redoing pHist so that is only stores transitions between
 351  * periodicities and not the periodicity for all frames. This eats heaps of memory. */
 352 static void mk_per(t_hbdata *hb)
 353 {
 354     int i,j;
 355     if (hb->bGem) {
 356         snew(hb->per->pHist, hb->d.nrd);
 357         for (i=0; i<hb->d.nrd; i++) {
 358             snew(hb->per->pHist[i], hb->a.nra);
 359             if (hb->per->pHist[i]==NULL)
 360                 gmx_fatal(FARGS,"Could not allocate enough memory for per->pHist");
 361             for (j=0; j<hb->a.nra; j++) {
 362                 clearPshift(&(hb->per->pHist[i][j]));
 363             }
 364         }
 365         /* add the [0,0,0] shift to element 0 of p2i. */
 366         snew(hb->per->p2i, 1);
 367         clear_ivec(hb->per->p2i[0]);
 368         hb->per->nper = 1;
 369     }
 370 }
 371
 372 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
 373 static void mk_hbEmap (t_hbdata *hb, int n0)
 374 {
 375     int i, j, k;
 376     hb->hbE.E = NULL;
 377     hb->hbE.nframes = 0;
 378     snew(hb->hbE.E, hb->d.nrd);
 379     for (i=0; i<hb->d.nrd; i++)
 380     {
 381         snew(hb->hbE.E[i], hb->a.nra);
 382         for (j=0; j<hb->a.nra; j++)
 383         {
 384             snew(hb->hbE.E[i][j], MAXHYDRO);
 385             for (k=0; k<MAXHYDRO; k++)
 386                 hb->hbE.E[i][j][k] = NULL;
 387         }
 388     }
 389     hb->hbE.Etot = NULL;
 390 }
 391
 392 static void free_hbEmap (t_hbdata *hb)
 393 {
 394     int i, j, k;
 395     for (i=0; i<hb->d.nrd; i++)
 396     {
 397         for (j=0; j<hb->a.nra; j++)
 398         {
 399             for (k=0; k<MAXHYDRO; k++)
 400                 sfree(hb->hbE.E[i][j][k]);
 401             sfree(hb->hbE.E[i][j]);
 402         }
 403         sfree(hb->hbE.E[i]);
 404     }
 405     sfree(hb->hbE.E);
 406     sfree(hb->hbE.Etot);
 407 }
 408
 409 static void addFramesNN(t_hbdata *hb, int frame)
 410 {
 411
 412 #define DELTAFRAMES_HBE 10
 413
 414     int d,a,h,nframes;
 415
 416     if (frame >= hb->hbE.nframes) {
 417         nframes =  hb->hbE.nframes + DELTAFRAMES_HBE;
 418         srenew(hb->hbE.Etot, nframes);
 419
 420         for (d=0; d<hb->d.nrd; d++)
 421             for (a=0; a<hb->a.nra; a++)
 422                 for (h=0; h<hb->d.nhydro[d]; h++)
 423                     srenew(hb->hbE.E[d][a][h], nframes);
 424
 425         hb->hbE.nframes += DELTAFRAMES_HBE;
 426     }
 427 }
 428
 429 static t_E calcHbEnergy(int d, int a, int h, rvec x[], t_EEst EEst,
 430                         matrix box, rvec hbox, t_donors *donors){
 431     /* d     - donor atom
 432      * a     - acceptor atom
 433      * h     - hydrogen
 434      * alpha - angle between dipoles
 435      * x[]   - atomic positions
 436      * EEst  - the type of energy estimate (see enum in hbplugin.h)
 437      * box   - the box vectors   \
 438      * hbox  - half box lengths  _These two are only needed for the pbc correction
 439      */
 440
 441     t_E E;
 442     rvec dist;
 443     rvec dipole[2], xmol[3], xmean[2];
 444     int i;
 445     real r, realE;
 446
 447     if (d == a)
 448         /* Self-interaction */
 449         return NONSENSE_E;
 450
 451     switch (EEst)
 452     {
 453     case NN_BINARY:
 454         /* This is a simple binary existence function that sets E=1 whenever
 455          * the distance between the oxygens is equal too or less than 0.35 nm.
 456          */
 457         rvec_sub(x[d], x[a], dist);
 458         pbc_correct_gem(dist, box, hbox);
 459         if (norm(dist) <= 0.35)
 460             E = 1;
 461         else
 462             E = 0;
 463         break;
 464
 465     case NN_1_over_r3:
 466         /* Negative potential energy of a dipole.
 467          * E = -cos(alpha) * 1/r^3 */
 468
 469         copy_rvec(x[d], xmol[0]); /* donor */
 470         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[d]][0]], xmol[1]); /* hydrogen */
 471         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[d]][1]], xmol[2]); /* hydrogen */
 472
 473         svmul(15.9994*(1/1.008), xmol[0], xmean[0]);
 474         rvec_inc(xmean[0], xmol[1]);
 475         rvec_inc(xmean[0], xmol[2]);
 476         for(i=0; i<3; i++)
 477             xmean[0][i] /= (15.9994 + 1.008 + 1.008)/1.008;
 478
 479         /* Assumes that all acceptors are also donors. */
 480         copy_rvec(x[a], xmol[0]); /* acceptor */
 481         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[a]][0]], xmol[1]); /* hydrogen */
 482         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[a]][1]], xmol[2]); /* hydrogen */
 483
 484
 485         svmul(15.9994*(1/1.008), xmol[0], xmean[1]);
 486         rvec_inc(xmean[1], xmol[1]);
 487         rvec_inc(xmean[1], xmol[2]);
 488         for(i=0; i<3; i++)
 489             xmean[1][i] /= (15.9994 + 1.008 + 1.008)/1.008;
 490
 491         rvec_sub(xmean[0], xmean[1], dist);
 492         pbc_correct_gem(dist, box, hbox);
 493         r = norm(dist);
 494
 495         realE = pow(r, -3.0);
 496         E = (t_E)(SCALEFACTOR_E * realE);
 497         break;
 498
 499     case NN_dipole:
 500         /* Negative potential energy of a (unpolarizable) dipole.
 501          * E = -cos(alpha) * 1/r^3 */
 502         clear_rvec(dipole[1]);
 503         clear_rvec(dipole[0]);
 504
 505         copy_rvec(x[d], xmol[0]); /* donor */
 506         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[d]][0]], xmol[1]); /* hydrogen */
 507         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[d]][1]], xmol[2]); /* hydrogen */
 508
 509         rvec_inc(dipole[0], xmol[1]);
 510         rvec_inc(dipole[0], xmol[2]);
 511         for (i=0; i<3; i++)
 512             dipole[0][i] *= 0.5;
 513         rvec_dec(dipole[0], xmol[0]);
 514
 515         svmul(15.9994*(1/1.008), xmol[0], xmean[0]);
 516         rvec_inc(xmean[0], xmol[1]);
 517         rvec_inc(xmean[0], xmol[2]);
 518         for(i=0; i<3; i++)
 519             xmean[0][i] /= (15.9994 + 1.008 + 1.008)/1.008;
 520
 521         /* Assumes that all acceptors are also donors. */
 522         copy_rvec(x[a], xmol[0]); /* acceptor */
 523         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[a]][0]], xmol[1]); /* hydrogen */
 524         copy_rvec(x[donors->hydro[donors->dptr[a]][2]], xmol[2]); /* hydrogen */
 525
 526
 527         rvec_inc(dipole[1], xmol[1]);
 528         rvec_inc(dipole[1], xmol[2]);
 529         for (i=0; i<3; i++)
 530             dipole[1][i] *= 0.5;
 531         rvec_dec(dipole[1], xmol[0]);
 532
 533         svmul(15.9994*(1/1.008), xmol[0], xmean[1]);
 534         rvec_inc(xmean[1], xmol[1]);
 535         rvec_inc(xmean[1], xmol[2]);
 536         for(i=0; i<3; i++)
 537             xmean[1][i] /= (15.9994 + 1.008 + 1.008)/1.008;
 538
 539         rvec_sub(xmean[0], xmean[1], dist);
 540         pbc_correct_gem(dist, box, hbox);
 541         r = norm(dist);
 542
 543         double cosalpha = cos_angle(dipole[0],dipole[1]);
 544         realE = cosalpha * pow(r, -3.0);
 545         E = (t_E)(SCALEFACTOR_E * realE);
 546         break;
 547
 548     default:
 549         printf("Can't do that type of energy estimate: %i\n.", EEst);
 550         E = NONSENSE_E;
 551     }
 552
 553     return E;
 554 }
 555
 556 static void storeHbEnergy(t_hbdata *hb, int d, int a, int h, t_E E, int frame){
 557     /* hb - hbond data structure
 558        d  - donor
 559        a  - acceptor
 560        h  - hydrogen
 561        E  - estimate of the energy
 562        frame - the current frame.
 563     */
 564
 565     /* Store the estimated energy */
 566     if (E == NONSENSE_E)
 567         E = 0;
 568
 569     hb->hbE.E[d][a][h][frame] = E;
 570 #ifdef HAVE_OPENMP
 571 #pragma omp critical
 572 #endif
 573     {
 574         hb->hbE.Etot[frame] += E;
 575     }
 576 }
 577 #endif /* HAVE_NN_LOOPS */
 578
 579
 580 /* Finds -v[] in the periodicity index */
 581 static int findMirror(PSTYPE p, ivec v[], PSTYPE nper)
 582 {
 583     PSTYPE i;
 584     ivec u;
 585     for (i=0; i<nper; i++){
 586         if (v[i][XX] == -(v[p][XX]) &&
 587             v[i][YY] == -(v[p][YY]) &&
 588             v[i][ZZ] == -(v[p][ZZ]))
 589             return (int)i;
 590     }
 591     printf("Couldn't find mirror of [%i, %i, %i], index \n",
 592            v[p][XX],
 593            v[p][YY],
 594            v[p][ZZ]);
 595     return -1;
 596 }
 597
 598
 599 static void add_frames(t_hbdata *hb,int nframes)
 600 {
 601     int  i,j,k,l;
 602
 603     if (nframes >= hb->max_frames) {
 604         hb->max_frames += 4096;
 605         srenew(hb->time,hb->max_frames);
 606         srenew(hb->nhb,hb->max_frames);
 607         srenew(hb->ndist,hb->max_frames);
 608         srenew(hb->n_bound,hb->max_frames);
 609         srenew(hb->nhx,hb->max_frames);
 610         if (hb->bDAnr)
 611             srenew(hb->danr,hb->max_frames);
 612     }
 613     hb->nframes=nframes;
 614 }
 615
 616 #define OFFSET(frame) (frame / 32)
 617 #define MASK(frame)   (1 << (frame % 32))
 618
 619 static void _set_hb(unsigned int hbexist[],unsigned int frame,gmx_bool bValue)
 620 {
 621     if (bValue)
 622         hbexist[OFFSET(frame)] |= MASK(frame);
 623     else
 624         hbexist[OFFSET(frame)] &= ~MASK(frame);
 625 }
 626
 627 static gmx_bool is_hb(unsigned int hbexist[],int frame)
 628 {
 629     return ((hbexist[OFFSET(frame)] & MASK(frame)) != 0) ? 1 : 0;
 630 }
 631
 632 static void set_hb(t_hbdata *hb,int id,int ih, int ia,int frame,int ihb)
 633 {
 634     unsigned int *ghptr=NULL;
 635
 636     if (ihb == hbHB)
 637         ghptr = hb->hbmap[id][ia]->h[ih];
 638     else if (ihb == hbDist)
 639         ghptr = hb->hbmap[id][ia]->g[ih];
 640     else
 641         gmx_fatal(FARGS,"Incomprehensible iValue %d in set_hb",ihb);
 642
 643     _set_hb(ghptr,frame-hb->hbmap[id][ia]->n0,TRUE);
 644 }
 645
 646 static void addPshift(t_pShift *pHist, PSTYPE p, int frame)
 647 {
 648     if (pHist->len == 0) {
 649         snew(pHist->frame, 1);
 650         snew(pHist->p, 1);
 651         pHist->len      = 1;
 652         pHist->frame[0] = frame;
 653         pHist->p[0]     = p;
 654         return;
 655     } else
 656         if (pHist->p[pHist->len-1] != p) {
 657             pHist->len++;
 658             srenew(pHist->frame, pHist->len);
 659             srenew(pHist->p, pHist->len);
 660             pHist->frame[pHist->len-1] = frame;
 661             pHist->p[pHist->len-1]     = p;
 662         } /* Otherwise, there is no transition. */
 663     return;
 664 }
 665
 666 static PSTYPE getPshift(t_pShift pHist, int frame)
 667 {
 668     int f, i;
 669
 670     if (pHist.len == 0
 671         || (pHist.len > 0 && pHist.frame[0]>frame))
 672         return -1;
 673
 674     for (i=0; i<pHist.len; i++)
 675     {
 676         f = pHist.frame[i];
 677         if (f==frame)
 678             return pHist.p[i];
 679         if (f>frame)
 680             return pHist.p[i-1];
 681     }
 682
 683     /* It seems that frame is after the last periodic transition. Return the last periodicity. */
 684     return pHist.p[pHist.len-1];
 685 }
 686
 687 static void add_ff(t_hbdata *hbd,int id,int h,int ia,int frame,int ihb, PSTYPE p)
 688 {
 689     int     i,j,n;
 690     t_hbond *hb      = hbd->hbmap[id][ia];
 691     int     maxhydro = min(hbd->maxhydro,hbd->d.nhydro[id]);
 692     int     wlen     = hbd->wordlen;
 693     int     delta    = 32*wlen;
 694     gmx_bool    bGem     = hbd->bGem;
 695
 696     if (!hb->h[0]) {
 697         hb->n0        = frame;
 698         hb->maxframes = delta;
 699         for(i=0; (i<maxhydro); i++) {
 700             snew(hb->h[i],hb->maxframes/wlen);
 701             snew(hb->g[i],hb->maxframes/wlen);
 702         }
 703     } else {
 704         hb->nframes = frame-hb->n0;
 705         /* We need a while loop here because hbonds may be returning
 706          * after a long time.
 707          */
 708         while (hb->nframes >= hb->maxframes) {
 709             n = hb->maxframes + delta;
 710             for(i=0; (i<maxhydro); i++) {
 711                 srenew(hb->h[i],n/wlen);
 712                 srenew(hb->g[i],n/wlen);
 713                 for(j=hb->maxframes/wlen; (j<n/wlen); j++) {
 714                     hb->h[i][j] = 0;
 715                     hb->g[i][j] = 0;
 716                 }
 717             }
 718
 719             hb->maxframes = n;
 720         }
 721     }
 722     if (frame >= 0) {
 723         set_hb(hbd,id,h,ia,frame,ihb);
 724         if (bGem) {
 725             if (p>=hbd->per->nper)
 726                 gmx_fatal(FARGS, "invalid shift: p=%u, nper=%u", p, hbd->per->nper);
 727             else
 728                 addPshift(&(hbd->per->pHist[id][ia]), p, frame);
 729
 730         }
 731     }
 732 }
 733
 734 static void inc_nhbonds(t_donors *ddd,int d, int h)
 735 {
 736     int j;
 737     int dptr = ddd->dptr[d];
 738
 739     for(j=0; (j<ddd->nhydro[dptr]); j++)
 740         if (ddd->hydro[dptr][j] == h) {
 741             ddd->nhbonds[dptr][j]++;
 742             break;
 743         }
 744     if (j == ddd->nhydro[dptr])
 745         gmx_fatal(FARGS,"No such hydrogen %d on donor %d\n",h+1,d+1);
 746 }
 747
 748 static int _acceptor_index(t_acceptors *a,int grp,atom_id i,
 749                            const char *file,int line)
 750 {
 751     int ai = a->aptr[i];
 752
 753     if (a->grp[ai] != grp) {
 754         if (debug && bDebug)
 755             fprintf(debug,"Acc. group inconsist.. grp[%d] = %d, grp = %d (%s, %d)\n",
 756                     ai,a->grp[ai],grp,file,line);
 757         return NOTSET;
 758     }
 759     else
 760         return ai;
 761 }
 762 #define acceptor_index(a,grp,i) _acceptor_index(a,grp,i,__FILE__,__LINE__)
 763
 764 static int _donor_index(t_donors *d,int grp,atom_id i,const char *file,int line)
 765 {
 766     int di = d->dptr[i];
 767
 768     if (di == NOTSET)
 769         return NOTSET;
 770
 771     if (d->grp[di] != grp) {
 772         if (debug && bDebug)
 773             fprintf(debug,"Don. group inconsist.. grp[%d] = %d, grp = %d (%s, %d)\n",
 774                     di,d->grp[di],grp,file,line);
 775         return NOTSET;
 776     }
 777     else
 778         return di;
 779 }
 780 #define donor_index(d,grp,i) _donor_index(d,grp,i,__FILE__,__LINE__)
 781
 782 static gmx_bool isInterchangable(t_hbdata *hb, int d, int a, int grpa, int grpd)
 783 {
 784     /* g_hbond doesn't allow overlapping groups */
 785     if (grpa!=grpd)
 786         return FALSE;
 787     return
 788         donor_index(&hb->d,grpd,a) != NOTSET
 789         && acceptor_index(&hb->a,grpa,d) != NOTSET;
 790 }
 791
 792
 793 static void add_hbond(t_hbdata *hb,int d,int a,int h,int grpd,int grpa,
 794                       int frame,gmx_bool bMerge,int ihb,gmx_bool bContact, PSTYPE p)
 795 {
 796     int k,id,ia,hh;
 797     gmx_bool daSwap = FALSE;
 798
 799     if ((id = hb->d.dptr[d]) == NOTSET)
 800         gmx_fatal(FARGS,"No donor atom %d",d+1);
 801     else if (grpd != hb->d.grp[id])
 802         gmx_fatal(FARGS,"Inconsistent donor groups, %d iso %d, atom %d",
 803                   grpd,hb->d.grp[id],d+1);
 804     if ((ia = hb->a.aptr[a]) == NOTSET)
 805         gmx_fatal(FARGS,"No acceptor atom %d",a+1);
 806     else if (grpa != hb->a.grp[ia])
 807         gmx_fatal(FARGS,"Inconsistent acceptor groups, %d iso %d, atom %d",
 808                   grpa,hb->a.grp[ia],a+1);
 809
 810     if (bMerge)
 811         if ((daSwap = isInterchangable(hb, d, a, grpd, grpa) || bContact) && d>a)
 812             /* Then swap identity so that the id of d is lower then that of a.
 813              *
 814              * This should really be redundant by now, as is_hbond() now ought to return
 815              * hbNo in the cases where this conditional is TRUE. */
 816         {
 817             k = d;
 818             d = a;
 819             a = k;
 820
 821             /* Now repeat donor/acc check. */
 822             if ((id = hb->d.dptr[d]) == NOTSET)
 823                 gmx_fatal(FARGS,"No donor atom %d",d+1);
 824             else if (grpd != hb->d.grp[id])
 825                 gmx_fatal(FARGS,"Inconsistent donor groups, %d iso %d, atom %d",
 826                           grpd,hb->d.grp[id],d+1);
 827             if ((ia = hb->a.aptr[a]) == NOTSET)
 828                 gmx_fatal(FARGS,"No acceptor atom %d",a+1);
 829             else if (grpa != hb->a.grp[ia])
 830                 gmx_fatal(FARGS,"Inconsistent acceptor groups, %d iso %d, atom %d",
 831                           grpa,hb->a.grp[ia],a+1);
 832         }
 833
 834     if (hb->hbmap) {
 835         /* Loop over hydrogens to find which hydrogen is in this particular HB */
 836         if ((ihb == hbHB) && !bMerge && !bContact) {
 837             for(k=0; (k<hb->d.nhydro[id]); k++)
 838                 if (hb->d.hydro[id][k] == h)
 839                     break;
 840             if (k == hb->d.nhydro[id])
 841                 gmx_fatal(FARGS,"Donor %d does not have hydrogen %d (a = %d)",
 842                           d+1,h+1,a+1);
 843         }
 844         else
 845             k = 0;
 846
 847         if (hb->bHBmap) {
 848             if (hb->hbmap[id][ia] == NULL) {
 849                 snew(hb->hbmap[id][ia],1);
 850                 snew(hb->hbmap[id][ia]->h,hb->maxhydro);
 851                 snew(hb->hbmap[id][ia]->g,hb->maxhydro);
 852             }
 853             add_ff(hb,id,k,ia,frame,ihb,p);
 854         }
 855
 856         /* Strange construction with frame >=0 is a relic from old code
 857          * for selected hbond analysis. It may be necessary again if that
 858          * is made to work again.
 859          */
 860         if (frame >= 0) {
 861             hh = hb->hbmap[id][ia]->history[k];
 862             if (ihb == hbHB) {
 863                 hb->nhb[frame]++;
 864                 if (!(ISHB(hh))) {
 865                     hb->hbmap[id][ia]->history[k] = hh | 2;
 866                     hb->nrhb++;
 867                 }
 868             }
 869             else
 870             {
 871                 if (ihb == hbDist) {
 872                     hb->ndist[frame]++;
 873                     if (!(ISDIST(hh))) {
 874                         hb->hbmap[id][ia]->history[k] = hh | 1;
 875                         hb->nrdist++;
 876                     }
 877                 }
 878             }
 879         }
 880     } else {
 881         if (frame >= 0) {
 882             if (ihb == hbHB) {
 883                 hb->nhb[frame]++;
 884             } else {
 885                 if (ihb == hbDist) {
 886                     hb->ndist[frame]++;
 887                 }
 888             }
 889         }
 890     }
 891     if (bMerge && daSwap)
 892         h = hb->d.hydro[id][0];
 893     /* Increment number if HBonds per H */
 894     if (ihb == hbHB && !bContact)
 895         inc_nhbonds(&(hb->d),d,h);
 896 }
 897
 898 /* Now a redundant function. It might find use at some point though. */
 899 static gmx_bool in_list(atom_id selection,int isize,atom_id *index)
 900 {
 901     int i;
 902     gmx_bool bFound;
 903
 904     bFound=FALSE;
 905     for(i=0; (i<isize) && !bFound; i++)
 906         if(selection == index[i])
 907             bFound=TRUE;
 908
 909     return bFound;
 910 }
 911
 912 static char *mkatomname(t_atoms *atoms,int i)
 913 {
 914     static char buf[32];
 915     int rnr;
 916
 917     rnr = atoms->atom[i].resind;
 918     sprintf(buf,"%4s%d%-4s",
 919             *atoms->resinfo[rnr].name,atoms->resinfo[rnr].nr,*atoms->atomname[i]);
 920
 921     return buf;
 922 }
 923
 924 static void gen_datable(atom_id *index, int isize, unsigned char *datable, int natoms){
 925     /* Generates table of all atoms and sets the ingroup bit for atoms in index[] */
 926     int i;
 927
 928     for (i=0; i<isize; i++){
 929         if (index[i] >= natoms)
 930             gmx_fatal(FARGS,"Atom has index %d larger than number of atoms %d.",index[i],natoms);
 931         datable[index[i]] |= INGROUP;
 932     }
 933 }
 934
 935 static void clear_datable_grp(unsigned char *datable, int size){
 936     /* Clears group information from the table */
 937     int i;
 938     const char mask = !(char)INGROUP;
 939     if (size > 0)
 940         for (i=0;i<size;i++)
 941             datable[i] &= mask;
 942 }
 943
 944 static void add_acc(t_acceptors *a,int ia,int grp)
 945 {
 946     if (a->nra >= a->max_nra) {
 947         a->max_nra += 16;
 948         srenew(a->acc,a->max_nra);
 949         srenew(a->grp,a->max_nra);
 950     }
 951     a->grp[a->nra]   = grp;
 952     a->acc[a->nra++] = ia;
 953 }
 954
 955 static void search_acceptors(t_topology *top,int isize,
 956                              atom_id *index,t_acceptors *a,int grp,
 957                              gmx_bool bNitAcc,
 958                              gmx_bool bContact,gmx_bool bDoIt, unsigned char *datable)
 959 {
 960     int i,n;
 961
 962     if (bDoIt) {
 963         for (i=0; (i<isize); i++) {
 964             n = index[i];
 965             if ((bContact ||
 966                  (((*top->atoms.atomname[n])[0] == 'O') ||
 967                   (bNitAcc && ((*top->atoms.atomname[n])[0] == 'N')))) &&
 968                 ISINGRP(datable[n])) {
 969                 datable[n] |= ACC; /* set the atom's acceptor flag in datable. */
 970                 add_acc(a,n,grp);
 971             }
 972         }
 973     }
 974     snew(a->aptr,top->atoms.nr);
 975     for(i=0; (i<top->atoms.nr); i++)
 976         a->aptr[i] = NOTSET;
 977     for(i=0; (i<a->nra); i++)
 978         a->aptr[a->acc[i]] = i;
 979 }
 980
 981 static void add_h2d(int id,int ih,t_donors *ddd)
 982 {
 983     int i;
 984
 985     for(i=0; (i<ddd->nhydro[id]); i++)
 986         if (ddd->hydro[id][i] == ih) {
 987             printf("Hm. This isn't the first time I found this donor (%d,%d)\n",
 988                    ddd->don[id],ih);
 989             break;
 990         }
 991     if (i == ddd->nhydro[id]) {
 992         if (ddd->nhydro[id] >= MAXHYDRO)
 993             gmx_fatal(FARGS,"Donor %d has more than %d hydrogens!",
 994                       ddd->don[id],MAXHYDRO);
 995         ddd->hydro[id][i] = ih;
 996         ddd->nhydro[id]++;
 997     }
 998 }
 999
1000 static void add_dh(t_donors *ddd,int id,int ih,int grp, unsigned char *datable)
1001 {
1002     int i;
1003
1004     if (ISDON(datable[id]) || !datable) {
1005         if (ddd->dptr[id] == NOTSET) { /* New donor */
1006             i = ddd->nrd;
1007             ddd->dptr[id] = i;
1008         } else
1009             i = ddd->dptr[id];
1010
1011         if (i == ddd->nrd) {
1012             if (ddd->nrd >= ddd->max_nrd) {
1013                 ddd->max_nrd += 128;
1014                 srenew(ddd->don,ddd->max_nrd);
1015                 srenew(ddd->nhydro,ddd->max_nrd);
1016                 srenew(ddd->hydro,ddd->max_nrd);
1017                 srenew(ddd->nhbonds,ddd->max_nrd);
1018                 srenew(ddd->grp,ddd->max_nrd);
1019             }
1020             ddd->don[ddd->nrd] = id;
1021             ddd->nhydro[ddd->nrd] = 0;
1022             ddd->grp[ddd->nrd] = grp;
1023             ddd->nrd++;
1024         } else
1025             ddd->don[i] = id;
1026         add_h2d(i,ih,ddd);
1027     } else
1028         if (datable)
1029             printf("Warning: Atom %d is not in the d/a-table!\n", id);
1030 }
1031
1032 static void search_donors(t_topology *top, int isize, atom_id *index,
1033                           t_donors *ddd,int grp,gmx_bool bContact,gmx_bool bDoIt,
1034                           unsigned char *datable)
1035 {
1036     int        i,j,nra,n;
1037     t_functype func_type;
1038     t_ilist    *interaction;
1039     atom_id    nr1,nr2;
1040     gmx_bool       stop;
1041
1042     if (!ddd->dptr) {
1043         snew(ddd->dptr,top->atoms.nr);
1044         for(i=0; (i<top->atoms.nr); i++)
1045             ddd->dptr[i] = NOTSET;
1046     }
1047
1048     if (bContact) {
1049         if (bDoIt)
1050             for(i=0; (i<isize); i++) {
1051                 datable[index[i]] |= DON;
1052                 add_dh(ddd,index[i],-1,grp,datable);
1053             }
1054     }
1055     else {
1056         for(func_type=0; (func_type < F_NRE); func_type++) {
1057             interaction=&(top->idef.il[func_type]);
1058             if (func_type == F_POSRES)
1059             { /* The ilist looks strange for posre. Bug in grompp?
1060                * We don't need posre interactions for hbonds anyway.*/
1061                 continue;
1062             }
1063             for(i=0; i < interaction->nr;
1064                 i+=interaction_function[top->idef.functype[interaction->iatoms[i]]].nratoms+1) {
1065                 /* next function */
1066                 if (func_type != top->idef.functype[interaction->iatoms[i]]) {
1067                     fprintf(stderr,"Error in func_type %s",
1068                             interaction_function[func_type].longname);
1069                     continue;
1070                 }
1071
1072                 /* check out this functype */
1073                 if (func_type == F_SETTLE) {
1074                     nr1=interaction->iatoms[i+1];
1075
1076                     if (ISINGRP(datable[nr1])) {
1077                         if (ISINGRP(datable[nr1+1])) {
1078                             datable[nr1] |= DON;
1079                             add_dh(ddd,nr1,nr1+1,grp,datable);
1080                         }
1081                         if (ISINGRP(datable[nr1+2])) {
1082                             datable[nr1] |= DON;
1083                             add_dh(ddd,nr1,nr1+2,grp,datable);
1084                         }
1085                     }
1086                 }
1087                 else if (IS_CHEMBOND(func_type)) {
1088                     for (j=0; j<2; j++) {
1089                         nr1=interaction->iatoms[i+1+j];
1090                         nr2=interaction->iatoms[i+2-j];
1091                         if ((*top->atoms.atomname[nr1][0] == 'H') &&
1092                             ((*top->atoms.atomname[nr2][0] == 'O') ||
1093                              (*top->atoms.atomname[nr2][0] == 'N')) &&
1094                             ISINGRP(datable[nr1]) && ISINGRP(datable[nr2])) {
1095                             datable[nr2] |= DON;
1096                             add_dh(ddd,nr2,nr1,grp,datable);
1097                         }
1098                     }
1099                 }
1100             }
1101         }
1102 #ifdef SAFEVSITES
1103         for(func_type=0; func_type < F_NRE; func_type++) {
1104             interaction=&top->idef.il[func_type];
1105             for(i=0; i < interaction->nr;
1106                 i+=interaction_function[top->idef.functype[interaction->iatoms[i]]].nratoms+1) {
1107                 /* next function */
1108                 if (func_type != top->idef.functype[interaction->iatoms[i]])
1109                     gmx_incons("function type in search_donors");
1110
1111                 if ( interaction_function[func_type].flags & IF_VSITE ) {
1112                     nr1=interaction->iatoms[i+1];
1113                     if ( *top->atoms.atomname[nr1][0]  == 'H') {
1114                         nr2=nr1-1;
1115                         stop=FALSE;
1116                         while (!stop && ( *top->atoms.atomname[nr2][0] == 'H'))
1117                             if (nr2)
1118                                 nr2--;
1119                             else
1120                                 stop=TRUE;
1121                         if ( !stop && ( ( *top->atoms.atomname[nr2][0] == 'O') ||
1122                                         ( *top->atoms.atomname[nr2][0] == 'N') ) &&
1123                              ISINGRP(datable[nr1]) && ISINGRP(datable[nr2])) {
1124                             datable[nr2] |= DON;
1125                             add_dh(ddd,nr2,nr1,grp,datable);
1126                         }
1127                     }
1128                 }
1129             }
1130         }
1131 #endif
1132     }
1133 }
1134
1135 static t_gridcell ***init_grid(gmx_bool bBox,rvec box[],real rcut,ivec ngrid)
1136 {
1137     t_gridcell ***grid;
1138     int i,y,z;
1139
1140     if (bBox)
1141         for(i=0; i<DIM; i++)
1142             ngrid[i]=(box[i][i]/(1.2*rcut));
1143
1144     if ( !bBox || (ngrid[XX]<3) || (ngrid[YY]<3) || (ngrid[ZZ]<3) )
1145         for(i=0; i<DIM; i++)
1146             ngrid[i]=1;
1147     else
1148         printf("\nWill do grid-seach on %dx%dx%d grid, rcut=%g\n",
1149                ngrid[XX],ngrid[YY],ngrid[ZZ],rcut);
1150     snew(grid,ngrid[ZZ]);
1151     for (z=0; z<ngrid[ZZ]; z++) {
1152         snew((grid)[z],ngrid[YY]);
1153         for (y=0; y<ngrid[YY]; y++)
1154             snew((grid)[z][y],ngrid[XX]);
1155     }
1156     return grid;
1157 }
1158
1159 static void control_pHist(t_hbdata *hb, int nframes)
1160 {
1161     int i,j,k;
1162     PSTYPE p;
1163     for (i=0;i<hb->d.nrd;i++)
1164         for (j=0;j<hb->a.nra;j++)
1165             if (hb->per->pHist[i][j].len != 0)
1166                 for (k=hb->hbmap[i][j][0].n0; k<nframes; k++) {
1167                     p = getPshift(hb->per->pHist[i][j], k);
1168                     if (p>hb->per->nper)
1169                         fprintf(stderr, "Weird stuff in pHist[%i][%i].p at frame %i: p=%i\n",
1170                                 i,j,k,p);
1171                 }
1172 }
1173
1174 static void reset_nhbonds(t_donors *ddd)
1175 {
1176     int i,j;
1177
1178     for(i=0; (i<ddd->nrd); i++)
1179         for(j=0; (j<MAXHH); j++)
1180             ddd->nhbonds[i][j] = 0;
1181 }
1182
1183 void pbc_correct_gem(rvec dx,matrix box,rvec hbox);
1184
1185 static void build_grid(t_hbdata *hb,rvec x[], rvec xshell,
1186                        gmx_bool bBox, matrix box, rvec hbox,
1187                        real rcut, real rshell,
1188                        ivec ngrid, t_gridcell ***grid)
1189 {
1190     int     i,m,gr,xi,yi,zi,nr;
1191     atom_id *ad;
1192     ivec    grididx;
1193     rvec    invdelta,dshell,xtemp={0,0,0};
1194     t_ncell *newgrid;
1195     gmx_bool    bDoRshell,bInShell,bAcc;
1196     real    rshell2=0;
1197     int     gx,gy,gz;
1198     int     dum = -1;
1199
1200     bDoRshell = (rshell > 0);
1201     rshell2   = sqr(rshell);
1202     bInShell  = TRUE;
1203
1204 #define DBB(x) if (debug && bDebug) fprintf(debug,"build_grid, line %d, %s = %d\n",__LINE__,#x,x)
1205     DBB(dum);
1206     for(m=0; m<DIM; m++) {
1207         hbox[m]=box[m][m]*0.5;
1208         if (bBox) {
1209             invdelta[m]=ngrid[m]/box[m][m];
1210             if (1/invdelta[m] < rcut)
1211                 gmx_fatal(FARGS,"Your computational box has shrunk too much.\n"
1212                           "%s can not handle this situation, sorry.\n",
1213                           ShortProgram());
1214         } else
1215             invdelta[m]=0;
1216     }
1217     grididx[XX]=0;
1218     grididx[YY]=0;
1219     grididx[ZZ]=0;
1220     DBB(dum);
1221     /* resetting atom counts */
1222     for(gr=0; (gr<grNR); gr++) {
1223         for (zi=0; zi<ngrid[ZZ]; zi++)
1224             for (yi=0; yi<ngrid[YY]; yi++)
1225                 for (xi=0; xi<ngrid[XX]; xi++) {
1226                     grid[zi][yi][xi].d[gr].nr=0;
1227                     grid[zi][yi][xi].a[gr].nr=0;
1228                 }
1229         DBB(dum);
1230
1231         /* put atoms in grid cells */
1232         for(bAcc=FALSE; (bAcc<=TRUE); bAcc++) {
1233             if (bAcc) {
1234                 nr = hb->a.nra;
1235                 ad = hb->a.acc;
1236             }
1237             else {
1238                 nr = hb->d.nrd;
1239                 ad = hb->d.don;
1240             }
1241             DBB(bAcc);
1242             for(i=0; (i<nr); i++) {
1243                 /* check if we are inside the shell */
1244                 /* if bDoRshell=FALSE then bInShell=TRUE always */
1245                 DBB(i);
1246                 if ( bDoRshell ) {
1247                     bInShell=TRUE;
1248                     rvec_sub(x[ad[i]],xshell,dshell);
1249                     if (bBox) {
1250                         if (FALSE && !hb->bGem) {
1251                             for(m=DIM-1; m>=0 && bInShell; m--) {
1252                                 if ( dshell[m] < -hbox[m] )
1253                                     rvec_inc(dshell,box[m]);
1254                                 else if ( dshell[m] >= hbox[m] )
1255                                     dshell[m] -= 2*hbox[m];
1256                                 /* if we're outside the cube, we're outside the sphere also! */
1257                                 if ( (dshell[m]>rshell) || (-dshell[m]>rshell) )
1258                                     bInShell=FALSE;
1259                             }
1260                         } else {
1261                             gmx_bool bDone = FALSE;
1262                             while (!bDone)
1263                             {
1264                                 bDone = TRUE;
1265                                 for(m=DIM-1; m>=0 && bInShell; m--) {
1266                                     if ( dshell[m] < -hbox[m] ) {
1267                                         bDone = FALSE;
1268                                         rvec_inc(dshell,box[m]);
1269                                     }
1270                                     if ( dshell[m] >= hbox[m] ) {
1271                                         bDone = FALSE;
1272                                         dshell[m] -= 2*hbox[m];
1273                                     }
1274                                 }
1275                             }
1276                             for(m=DIM-1; m>=0 && bInShell; m--) {
1277                                 /* if we're outside the cube, we're outside the sphere also! */
1278                                 if ( (dshell[m]>rshell) || (-dshell[m]>rshell) )
1279                                     bInShell=FALSE;
1280                             }
1281                         }
1282                     }
1283                     /* if we're inside the cube, check if we're inside the sphere */
1284                     if (bInShell)
1285                         bInShell = norm2(dshell) < rshell2;
1286                 }
1287                 DBB(i);
1288                 if ( bInShell ) {
1289                     if (bBox) {
1290                         if (hb->bGem)
1291                             copy_rvec(x[ad[i]], xtemp);
1292                         pbc_correct_gem(x[ad[i]], box, hbox);
1293                     }
1294                     for(m=DIM-1; m>=0; m--) {
1295                         if (TRUE || !hb->bGem){
1296                             /* put atom in the box */
1297                             while( x[ad[i]][m] < 0 )
1298                                 rvec_inc(x[ad[i]],box[m]);
1299                             while( x[ad[i]][m] >= box[m][m] )
1300                                 rvec_dec(x[ad[i]],box[m]);
1301                         }
1302                         /* determine grid index of atom */
1303                         grididx[m]=x[ad[i]][m]*invdelta[m];
1304                         grididx[m] = (grididx[m]+ngrid[m]) % ngrid[m];
1305                     }
1306                     if (hb->bGem)
1307                         copy_rvec(xtemp, x[ad[i]]); /* copy back */
1308                     gx = grididx[XX];
1309                     gy = grididx[YY];
1310                     gz = grididx[ZZ];
1311                     range_check(gx,0,ngrid[XX]);
1312                     range_check(gy,0,ngrid[YY]);
1313                     range_check(gz,0,ngrid[ZZ]);
1314                     DBB(gx);
1315                     DBB(gy);
1316                     DBB(gz);
1317                     /* add atom to grid cell */
1318                     if (bAcc)
1319                         newgrid=&(grid[gz][gy][gx].a[gr]);
1320                     else
1321                         newgrid=&(grid[gz][gy][gx].d[gr]);
1322                     if (newgrid->nr >= newgrid->maxnr) {
1323                         newgrid->maxnr+=10;
1324                         DBB(newgrid->maxnr);
1325                         srenew(newgrid->atoms, newgrid->maxnr);
1326                     }
1327                     DBB(newgrid->nr);
1328                     newgrid->atoms[newgrid->nr]=ad[i];
1329                     newgrid->nr++;
1330                 }
1331             }
1332         }
1333     }
1334 }
1335
1336 static void count_da_grid(ivec ngrid, t_gridcell ***grid, t_icell danr)
1337 {
1338     int gr,xi,yi,zi;
1339
1340     for(gr=0; (gr<grNR); gr++) {
1341         danr[gr]=0;
1342         for (zi=0; zi<ngrid[ZZ]; zi++)
1343             for (yi=0; yi<ngrid[YY]; yi++)
1344                 for (xi=0; xi<ngrid[XX]; xi++) {
1345                     danr[gr] += grid[zi][yi][xi].d[gr].nr;
1346                 }
1347     }
1348 }
1349
1350 /* The grid loop.
1351  * Without a box, the grid is 1x1x1, so all loops are 1 long.
1352  * With a rectangular box (bTric==FALSE) all loops are 3 long.
1353  * With a triclinic box all loops are 3 long, except when a cell is
1354  * located next to one of the box edges which is not parallel to the
1355  * x/y-plane, in that case all cells in a line or layer are searched.
1356  * This could be implemented slightly more efficient, but the code
1357  * would get much more complicated.
1358  */
1359 #define B(n,x,bTric,bEdge) ((n==1) ? x : bTric&&(bEdge) ? 0   : (x-1))
1360 #define E(n,x,bTric,bEdge) ((n==1) ? x : bTric&&(bEdge) ? n-1 : (x+1))
1361 #define GRIDMOD(j,n) (j+n)%(n)
1362 #define LOOPGRIDINNER(x,y,z,xx,yy,zz,xo,yo,zo,n,bTric)                  \
1363     for(zz=B(n[ZZ],zo,bTric,FALSE); zz<=E(n[ZZ],zo,bTric,FALSE); zz++) { \
1364     z=GRIDMOD(zz,n[ZZ]);                                                \
1365     for(yy=B(n[YY],yo,bTric,z==0||z==n[ZZ]-1);                          \
1366         yy<=E(n[YY],yo,bTric,z==0||z==n[ZZ]-1); yy++) {                 \
1367     y=GRIDMOD(yy,n[YY]);                                                \
1368     for(xx=B(n[XX],xo,bTric,y==0||y==n[YY]-1||z==0||z==n[ZZ]-1);                \
1369         xx<=E(n[XX],xo,bTric,y==0||y==n[YY]-1||z==0||z==n[ZZ]-1); xx++) { \
1370     x=GRIDMOD(xx,n[XX]);
1371 #define ENDLOOPGRIDINNER                                                \
1372     }                                                                   \
1373         }                                                               \
1374                                         }                                                               \
1375                                                                         \
1376
1377 static void dump_grid(FILE *fp, ivec ngrid, t_gridcell ***grid)
1378 {
1379     int gr,x,y,z,sum[grNR];
1380
1381     fprintf(fp,"grid %dx%dx%d\n",ngrid[XX],ngrid[YY],ngrid[ZZ]);
1382     for (gr=0; gr<grNR; gr++) {
1383         sum[gr]=0;
1384         fprintf(fp,"GROUP %d (%s)\n",gr,grpnames[gr]);
1385         for (z=0; z<ngrid[ZZ]; z+=2) {
1386             fprintf(fp,"Z=%d,%d\n",z,z+1);
1387             for (y=0; y<ngrid[YY]; y++) {
1388                 for (x=0; x<ngrid[XX]; x++) {
1389                     fprintf(fp,"%3d",grid[x][y][z].d[gr].nr);
1390                     sum[gr]+=grid[z][y][x].d[gr].nr;
1391                     fprintf(fp,"%3d",grid[x][y][z].a[gr].nr);
1392                     sum[gr]+=grid[z][y][x].a[gr].nr;
1393
1394                 }
1395                 fprintf(fp," | ");
1396                 if ( (z+1) < ngrid[ZZ] )
1397                     for (x=0; x<ngrid[XX]; x++) {
1398                         fprintf(fp,"%3d",grid[z+1][y][x].d[gr].nr);
1399                         sum[gr]+=grid[z+1][y][x].d[gr].nr;
1400                         fprintf(fp,"%3d",grid[z+1][y][x].a[gr].nr);
1401                         sum[gr]+=grid[z+1][y][x].a[gr].nr;
1402                     }
1403                 fprintf(fp,"\n");
1404             }
1405         }
1406     }
1407     fprintf(fp,"TOTALS:");
1408     for (gr=0; gr<grNR; gr++)
1409         fprintf(fp," %d=%d",gr,sum[gr]);
1410     fprintf(fp,"\n");
1411 }
1412
1413 /* New GMX record! 5 * in a row. Congratulations!
1414  * Sorry, only four left.
1415  */
1416 static void free_grid(ivec ngrid, t_gridcell ****grid)
1417 {
1418     int y,z;
1419     t_gridcell ***g = *grid;
1420
1421     for (z=0; z<ngrid[ZZ]; z++) {
1422         for (y=0; y<ngrid[YY]; y++) {
1423             sfree(g[z][y]);
1424         }
1425         sfree(g[z]);
1426     }
1427     sfree(g);
1428     g=NULL;
1429 }
1430
1431 static void pbc_correct(rvec dx,matrix box,rvec hbox)
1432 {
1433     int m;
1434     for(m=DIM-1; m>=0; m--) {
1435         if ( dx[m] < -hbox[m] )
1436             rvec_inc(dx,box[m]);
1437         else if ( dx[m] >= hbox[m] )
1438             rvec_dec(dx,box[m]);
1439     }
1440 }
1441
1442 void pbc_correct_gem(rvec dx,matrix box,rvec hbox)
1443 {
1444     int m;
1445     gmx_bool bDone = FALSE;
1446     while (!bDone) {
1447         bDone = TRUE;
1448         for(m=DIM-1; m>=0; m--) {
1449             if ( dx[m] < -hbox[m] ) {
1450                 bDone = FALSE;
1451                 rvec_inc(dx,box[m]);
1452             }
1453             if ( dx[m] >= hbox[m] ) {
1454                 bDone = FALSE;
1455                 rvec_dec(dx,box[m]);
1456             }
1457         }
1458     }
1459 }
1460
1461 /* Added argument r2cut, changed contact and implemented
1462  * use of second cut-off.
1463  * - Erik Marklund, June 29, 2006
1464  */
1465 static int is_hbond(t_hbdata *hb,int grpd,int grpa,int d,int a,
1466                     real rcut, real r2cut, real ccut,
1467                     rvec x[], gmx_bool bBox, matrix box,rvec hbox,
1468                     real *d_ha, real *ang,gmx_bool bDA,int *hhh,
1469                     gmx_bool bContact, gmx_bool bMerge, PSTYPE *p)
1470 {
1471     int  h,hh,id,ja,ihb;
1472     rvec r_da,r_ha,r_dh, r={0, 0, 0};
1473     ivec ri;
1474     real rc2,r2c2,rda2,rha2,ca;
1475     gmx_bool HAinrange = FALSE; /* If !bDA. Needed for returning hbDist in a correct way. */
1476     gmx_bool daSwap = FALSE;
1477
1478     if (d == a)
1479         return hbNo;
1480
1481     if (((id = donor_index(&hb->d,grpd,d)) == NOTSET) ||
1482         ((ja = acceptor_index(&hb->a,grpa,a)) == NOTSET))
1483         return hbNo;
1484
1485     rc2  = rcut*rcut;
1486     r2c2 = r2cut*r2cut;
1487
1488     rvec_sub(x[d],x[a],r_da);
1489     /* Insert projection code here */
1490
1491     /* if (d>a && ((isInterchangable(hb, d, a, grpd, grpa) && bMerge) || bContact)) */
1492 /*         /\* Then this hbond will be found again, or it has already been found. *\/ */
1493 /*         return hbNo; */
1494
1495     if (bBox){
1496         if (d>a && bMerge && (bContact || isInterchangable(hb, d, a, grpd, grpa))) { /* acceptor is also a donor and vice versa? */
1497             return hbNo;
1498             daSwap = TRUE; /* If so, then their history should be filed with donor and acceptor swapped. */
1499         }
1500         if (hb->bGem) {
1501             copy_rvec(r_da, r); /* Save this for later */
1502             pbc_correct_gem(r_da,box,hbox);
1503         } else {
1504             pbc_correct_gem(r_da,box,hbox);
1505         }
1506     }
1507     rda2 = iprod(r_da,r_da);
1508
1509     if (bContact) {
1510         if (daSwap)
1511             return hbNo;
1512         if (rda2 <= rc2){
1513             if (hb->bGem){
1514                 calcBoxDistance(hb->per->P, r, ri);
1515                 *p = periodicIndex(ri, hb->per, daSwap);        /* find (or add) periodicity index. */
1516             }
1517             return hbHB;
1518         }
1519         else if (rda2 < r2c2)
1520             return hbDist;
1521         else
1522             return hbNo;
1523     }
1524     *hhh = NOTSET;
1525
1526     if (bDA && (rda2 > rc2))
1527         return hbNo;
1528
1529     for(h=0; (h < hb->d.nhydro[id]); h++) {
1530         hh = hb->d.hydro[id][h];
1531         rha2 = rc2+1;
1532         if (!bDA) {
1533             rvec_sub(x[hh],x[a],r_ha);
1534             if (bBox) {
1535                 pbc_correct_gem(r_ha,box,hbox);
1536             }
1537             rha2 = iprod(r_ha,r_ha);
1538         }
1539
1540         if (hb->bGem) {
1541             calcBoxDistance(hb->per->P, r, ri);
1542             *p = periodicIndex(ri, hb->per, daSwap);    /* find periodicity index. */
1543         }
1544
1545         if (bDA || (!bDA && (rha2 <= rc2))) {
1546             rvec_sub(x[d],x[hh],r_dh);
1547             if (bBox) {
1548                 if (hb->bGem)
1549                     pbc_correct_gem(r_dh,box,hbox);
1550                 else
1551                     pbc_correct_gem(r_dh,box,hbox);
1552             }
1553
1554             if (!bDA)
1555                 HAinrange = TRUE;
1556             ca = cos_angle(r_dh,r_da);
1557             /* if angle is smaller, cos is larger */
1558             if (ca >= ccut) {
1559                 *hhh  = hh;
1560                 *d_ha = sqrt(bDA?rda2:rha2);
1561                 *ang  = acos(ca);
1562                 return hbHB;
1563             }
1564         }
1565     }
1566     if (bDA || (!bDA && HAinrange))
1567         return hbDist;
1568     else
1569         return hbNo;
1570 }
1571
1572 /* Fixed previously undiscovered bug in the merge
1573    code, where the last frame of each hbond disappears.
1574    - Erik Marklund, June 1, 2006 */
1575 /* Added the following arguments:
1576  *   ptmp[] - temporary periodicity hisory
1577  *   a1     - identity of first acceptor/donor
1578  *   a2     - identity of second acceptor/donor
1579  * - Erik Marklund, FEB 20 2010 */
1580
1581 /* Merging is now done on the fly, so do_merge is most likely obsolete now.
1582  * Will do some more testing before removing the function entirely.
1583  * - Erik Marklund, MAY 10 2010 */
1584 static void do_merge(t_hbdata *hb,int ntmp,
1585                      unsigned int htmp[],unsigned int gtmp[],PSTYPE ptmp[],
1586                      t_hbond *hb0,t_hbond *hb1, int a1, int a2)
1587 {
1588     /* Here we need to make sure we're treating periodicity in
1589      * the right way for the geminate recombination kinetics. */
1590
1591     int m,mm,n00,n01,nn0,nnframes;
1592     PSTYPE pm;
1593     t_pShift *pShift;
1594
1595     /* Decide where to start from when merging */
1596     n00      = hb0->n0;
1597     n01      = hb1->n0;
1598     nn0      = min(n00,n01);
1599     nnframes = max(n00 + hb0->nframes,n01 + hb1->nframes) - nn0;
1600     /* Initiate tmp arrays */
1601     for(m=0; (m<ntmp); m++) {
1602         htmp[m] = 0;
1603         gtmp[m] = 0;
1604         ptmp[m] = 0;
1605     }
1606     /* Fill tmp arrays with values due to first HB */
1607     /* Once again '<' had to be replaced with '<='
1608        to catch the last frame in which the hbond
1609        appears.
1610        - Erik Marklund, June 1, 2006 */
1611     for(m=0; (m<=hb0->nframes); m++) {
1612         mm = m+n00-nn0;
1613         htmp[mm] = is_hb(hb0->h[0],m);
1614         if (hb->bGem) {
1615             pm = getPshift(hb->per->pHist[a1][a2], m+hb0->n0);
1616             if (pm > hb->per->nper)
1617                 gmx_fatal(FARGS, "Illegal shift!");
1618             else
1619                 ptmp[mm] = pm; /*hb->per->pHist[a1][a2][m];*/
1620         }
1621     }
1622     /* If we're doing geminate recompbination we usually don't need the distances.
1623      * Let's save some memory and time. */
1624     if (TRUE || !hb->bGem || hb->per->gemtype == gemAD){
1625         for(m=0; (m<=hb0->nframes); m++) {
1626             mm = m+n00-nn0;
1627             gtmp[mm] = is_hb(hb0->g[0],m);
1628         }
1629     }
1630     /* Next HB */
1631     for(m=0; (m<=hb1->nframes); m++) {
1632         mm = m+n01-nn0;
1633         htmp[mm] = htmp[mm] || is_hb(hb1->h[0],m);
1634         gtmp[mm] = gtmp[mm] || is_hb(hb1->g[0],m);
1635         if (hb->bGem /* && ptmp[mm] != 0 */) {
1636
1637             /* If this hbond has been seen before with donor and acceptor swapped,
1638              * then we need to find the mirrored (*-1) periodicity vector to truely
1639              * merge the hbond history. */
1640             pm = findMirror(getPshift(hb->per->pHist[a2][a1],m+hb1->n0), hb->per->p2i, hb->per->nper);
1641             /* Store index of mirror */
1642             if (pm > hb->per->nper)
1643                 gmx_fatal(FARGS, "Illegal shift!");
1644             ptmp[mm] = pm;
1645         }
1646     }
1647     /* Reallocate target array */
1648     if (nnframes > hb0->maxframes) {
1649         srenew(hb0->h[0],4+nnframes/hb->wordlen);
1650         srenew(hb0->g[0],4+nnframes/hb->wordlen);
1651     }
1652     clearPshift(&(hb->per->pHist[a1][a2]));
1653
1654     /* Copy temp array to target array */
1655     for(m=0; (m<=nnframes); m++) {
1656         _set_hb(hb0->h[0],m,htmp[m]);
1657         _set_hb(hb0->g[0],m,gtmp[m]);
1658         if (hb->bGem)
1659             addPshift(&(hb->per->pHist[a1][a2]), ptmp[m], m+nn0);
1660     }
1661
1662     /* Set scalar variables */
1663     hb0->n0        = nn0;
1664     hb0->maxframes = nnframes;
1665 }
1666
1667 /* Added argument bContact for nicer output.
1668  * Erik Marklund, June 29, 2006
1669  */
1670 static void merge_hb(t_hbdata *hb,gmx_bool bTwo, gmx_bool bContact){
1671     int  i,inrnew,indnew,j,ii,jj,m,id,ia,grp,ogrp,ntmp;
1672     unsigned int *htmp,*gtmp;
1673     PSTYPE *ptmp;
1674     t_hbond *hb0,*hb1;
1675
1676     inrnew = hb->nrhb;
1677     indnew = hb->nrdist;
1678
1679     /* Check whether donors are also acceptors */
1680     printf("Merging hbonds with Acceptor and Donor swapped\n");
1681
1682     ntmp = 2*hb->max_frames;
1683     snew(gtmp,ntmp);
1684     snew(htmp,ntmp);
1685     snew(ptmp,ntmp);
1686     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
1687         fprintf(stderr,"\r%d/%d",i+1,hb->d.nrd);
1688         id = hb->d.don[i];
1689         ii = hb->a.aptr[id];
1690         for(j=0; (j<hb->a.nra); j++) {
1691             ia = hb->a.acc[j];
1692             jj = hb->d.dptr[ia];
1693             if ((id != ia) && (ii != NOTSET) && (jj != NOTSET) &&
1694                 (!bTwo || (bTwo && (hb->d.grp[i] != hb->a.grp[j])))) {
1695                 hb0 = hb->hbmap[i][j];
1696                 hb1 = hb->hbmap[jj][ii];
1697                 if (hb0 && hb1 && ISHB(hb0->history[0]) && ISHB(hb1->history[0])) {
1698                     do_merge(hb,ntmp,htmp,gtmp,ptmp,hb0,hb1,i,j);
1699                     if (ISHB(hb1->history[0]))
1700                         inrnew--;
1701                     else if (ISDIST(hb1->history[0]))
1702                         indnew--;
1703                     else
1704                         if (bContact)
1705                             gmx_incons("No contact history");
1706                         else
1707                             gmx_incons("Neither hydrogen bond nor distance");
1708                     sfree(hb1->h[0]);
1709                     sfree(hb1->g[0]);
1710                     if (hb->bGem) {
1711                         clearPshift(&(hb->per->pHist[jj][ii]));
1712                     }
1713                     hb1->h[0] = NULL;
1714                     hb1->g[0] = NULL;
1715                     hb1->history[0] = hbNo;
1716                 }
1717             }
1718         }
1719     }
1720     fprintf(stderr,"\n");
1721     printf("- Reduced number of hbonds from %d to %d\n",hb->nrhb,inrnew);
1722     printf("- Reduced number of distances from %d to %d\n",hb->nrdist,indnew);
1723     hb->nrhb   = inrnew;
1724     hb->nrdist = indnew;
1725     sfree(gtmp);
1726     sfree(htmp);
1727     sfree(ptmp);
1728 }
1729
1730 static void do_nhb_dist(FILE *fp,t_hbdata *hb,real t)
1731 {
1732     int  i,j,k,n_bound[MAXHH],nbtot;
1733     h_id nhb;
1734
1735
1736     /* Set array to 0 */
1737     for(k=0; (k<MAXHH); k++)
1738         n_bound[k] = 0;
1739     /* Loop over possible donors */
1740     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
1741         for(j=0; (j<hb->d.nhydro[i]); j++)
1742             n_bound[hb->d.nhbonds[i][j]]++;
1743     }
1744     fprintf(fp,"%12.5e",t);
1745     nbtot = 0;
1746     for(k=0; (k<MAXHH); k++) {
1747         fprintf(fp,"  %8d",n_bound[k]);
1748         nbtot += n_bound[k]*k;
1749     }
1750     fprintf(fp,"  %8d\n",nbtot);
1751 }
1752
1753 /* Added argument bContact in do_hblife(...). Also
1754  * added support for -contact in function body.
1755  * - Erik Marklund, May 31, 2006 */
1756 /* Changed the contact code slightly.
1757  * - Erik Marklund, June 29, 2006
1758  */
1759 static void do_hblife(const char *fn,t_hbdata *hb,gmx_bool bMerge,gmx_bool bContact,
1760                       const output_env_t oenv)
1761 {
1762     FILE *fp;
1763     const char *leg[] = { "p(t)", "t p(t)" };
1764     int  *histo;
1765     int  i,j,j0,k,m,nh,ihb,ohb,nhydro,ndump=0;
1766     int   nframes = hb->nframes;
1767     unsigned int **h;
1768     real   t,x1,dt;
1769     double sum,integral;
1770     t_hbond *hbh;
1771
1772     snew(h,hb->maxhydro);
1773     snew(histo,nframes+1);
1774     /* Total number of hbonds analyzed here */
1775     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
1776         for(k=0; (k<hb->a.nra); k++) {
1777             hbh = hb->hbmap[i][k];
1778             if (hbh) {
1779                 if (bMerge) {
1780                     if (hbh->h[0]) {
1781                         h[0] = hbh->h[0];
1782                         nhydro = 1;
1783                     }
1784                     else
1785                         nhydro = 0;
1786                 }
1787                 else {
1788                     nhydro = 0;
1789                     for(m=0; (m<hb->maxhydro); m++)
1790                         if (hbh->h[m]) {
1791                             h[nhydro++] = bContact ? hbh->g[m] : hbh->h[m];
1792                         }
1793                 }
1794                 for(nh=0; (nh<nhydro); nh++) {
1795                     ohb = 0;
1796                     j0  = 0;
1797
1798                     /* Changed '<' into '<=' below, just like I
1799                        did in the hbm-output-loop in the main code.
1800                        - Erik Marklund, May 31, 2006
1801                     */
1802                     for(j=0; (j<=hbh->nframes); j++) {
1803                         ihb      = is_hb(h[nh],j);
1804                         if (debug && (ndump < 10))
1805                             fprintf(debug,"%5d  %5d\n",j,ihb);
1806                         if (ihb != ohb) {
1807                             if (ihb) {
1808                                 j0 = j;
1809                             }
1810                             else {
1811                                 histo[j-j0]++;
1812                             }
1813                             ohb = ihb;
1814                         }
1815                     }
1816                     ndump++;
1817                 }
1818             }
1819         }
1820     }
1821     fprintf(stderr,"\n");
1822     if (bContact)
1823         fp = xvgropen(fn,"Uninterrupted contact lifetime","Time (ps)","()",oenv);
1824     else
1825         fp = xvgropen(fn,"Uninterrupted hydrogen bond lifetime","Time (ps)","()",
1826                       oenv);
1827
1828     xvgr_legend(fp,asize(leg),leg,oenv);
1829     j0 = nframes-1;
1830     while ((j0 > 0) && (histo[j0] == 0))
1831         j0--;
1832     sum = 0;
1833     for(i=0; (i<=j0); i++)
1834         sum+=histo[i];
1835     dt       = hb->time[1]-hb->time[0];
1836     sum      = dt*sum;
1837     integral = 0;
1838     for(i=1; (i<=j0); i++) {
1839         t  = hb->time[i] - hb->time[0] - 0.5*dt;
1840         x1 = t*histo[i]/sum;
1841         fprintf(fp,"%8.3f  %10.3e  %10.3e\n",t,histo[i]/sum,x1);
1842         integral += x1;
1843     }
1844     integral *= dt;
1845     ffclose(fp);
1846     printf("%s lifetime = %.2f ps\n", bContact?"Contact":"HB", integral);
1847     printf("Note that the lifetime obtained in this manner is close to useless\n");
1848     printf("Use the -ac option instead and check the Forward lifetime\n");
1849     please_cite(stdout,"Spoel2006b");
1850     sfree(h);
1851     sfree(histo);
1852 }
1853
1854 /* Changed argument bMerge into oneHB to handle contacts properly.
1855  * - Erik Marklund, June 29, 2006
1856  */
1857 static void dump_ac(t_hbdata *hb,gmx_bool oneHB,int nDump)
1858 {
1859     FILE  *fp;
1860     int   i,j,k,m,nd,ihb,idist;
1861     int   nframes = hb->nframes;
1862     gmx_bool  bPrint;
1863     t_hbond *hbh;
1864
1865     if (nDump <= 0)
1866         return;
1867     fp = ffopen("debug-ac.xvg","w");
1868     for(j=0; (j<nframes); j++) {
1869         fprintf(fp,"%10.3f",hb->time[j]);
1870         for(i=nd=0; (i<hb->d.nrd) && (nd < nDump); i++) {
1871             for(k=0; (k<hb->a.nra) && (nd < nDump); k++) {
1872                 bPrint = FALSE;
1873                 ihb = idist = 0;
1874                 hbh = hb->hbmap[i][k];
1875                 if (oneHB) {
1876                     if (hbh->h[0]) {
1877                         ihb   = is_hb(hbh->h[0],j);
1878                         idist = is_hb(hbh->g[0],j);
1879                         bPrint = TRUE;
1880                     }
1881                 }
1882                 else {
1883                     for(m=0; (m<hb->maxhydro) && !ihb ; m++) {
1884                         ihb   = ihb   || ((hbh->h[m]) && is_hb(hbh->h[m],j));
1885                         idist = idist || ((hbh->g[m]) && is_hb(hbh->g[m],j));
1886                     }
1887                     /* This is not correct! */
1888                     /* What isn't correct? -Erik M */
1889                     bPrint = TRUE;
1890                 }
1891                 if (bPrint) {
1892                     fprintf(fp,"  %1d-%1d",ihb,idist);
1893                     nd++;
1894                 }
1895             }
1896         }
1897         fprintf(fp,"\n");
1898     }
1899     ffclose(fp);
1900 }
1901
1902 static real calc_dg(real tau,real temp)
1903 {
1904     real kbt;
1905
1906     kbt = BOLTZ*temp;
1907     if (tau <= 0)
1908         return -666;
1909     else
1910         return kbt*log(kbt*tau/PLANCK);
1911 }
1912
1913 typedef struct {
1914     int  n0,n1,nparams,ndelta;
1915     real kkk[2];
1916     real *t,*ct,*nt,*kt,*sigma_ct,*sigma_nt,*sigma_kt;
1917 } t_luzar;
1918
1919 #ifdef HAVE_LIBGSL
1920 #include <gsl/gsl_multimin.h>
1921 #include <gsl/gsl_sf.h>
1922 #include <gsl/gsl_version.h>
1923
1924 static double my_f(const gsl_vector *v,void *params)
1925 {
1926     t_luzar *tl = (t_luzar *)params;
1927     int    i;
1928     double tol=1e-16,chi2=0;
1929     double di;
1930     real   k,kp;
1931
1932     for(i=0; (i<tl->nparams); i++) {
1933         tl->kkk[i] = gsl_vector_get(v, i);
1934     }
1935     k  = tl->kkk[0];
1936     kp = tl->kkk[1];
1937
1938     for(i=tl->n0; (i<tl->n1); i+=tl->ndelta) {
1939         di=sqr(k*tl->sigma_ct[i]) + sqr(kp*tl->sigma_nt[i]) + sqr(tl->sigma_kt[i]);
1940         /*di = 1;*/
1941         if (di > tol)
1942             chi2 += sqr(k*tl->ct[i]-kp*tl->nt[i]-tl->kt[i])/di;
1943
1944         else
1945             fprintf(stderr,"WARNING: sigma_ct = %g, sigma_nt = %g, sigma_kt = %g\n"
1946                     "di = %g k = %g kp = %g\n",tl->sigma_ct[i],
1947                     tl->sigma_nt[i],tl->sigma_kt[i],di,k,kp);
1948     }
1949 #ifdef DEBUG
1950     chi2 = 0.3*sqr(k-0.6)+0.7*sqr(kp-1.3);
1951 #endif
1952     return chi2;
1953 }
1954
1955 static real optimize_luzar_parameters(FILE *fp,t_luzar *tl,int maxiter,
1956                                       real tol)
1957 {
1958     real   size,d2;
1959     int    iter   = 0;
1960     int    status = 0;
1961     int    i;
1962
1963     const gsl_multimin_fminimizer_type *T;
1964     gsl_multimin_fminimizer *s;
1965
1966     gsl_vector *x,*dx;
1967     gsl_multimin_function my_func;
1968
1969     my_func.f      = &my_f;
1970     my_func.n      = tl->nparams;
1971     my_func.params = (void *) tl;
1972
1973     /* Starting point */
1974     x = gsl_vector_alloc (my_func.n);
1975     for(i=0; (i<my_func.n); i++)
1976         gsl_vector_set (x, i, tl->kkk[i]);
1977
1978     /* Step size, different for each of the parameters */
1979     dx = gsl_vector_alloc (my_func.n);
1980     for(i=0; (i<my_func.n); i++)
1981         gsl_vector_set (dx, i, 0.01*tl->kkk[i]);
1982
1983     T = gsl_multimin_fminimizer_nmsimplex;
1984     s = gsl_multimin_fminimizer_alloc (T, my_func.n);
1985
1986     gsl_multimin_fminimizer_set (s, &my_func, x, dx);
1987     gsl_vector_free (x);
1988     gsl_vector_free (dx);
1989
1990     if (fp)
1991         fprintf(fp,"%5s %12s %12s %12s %12s\n","Iter","k","kp","NM Size","Chi2");
1992
1993     do  {
1994         iter++;
1995         status = gsl_multimin_fminimizer_iterate (s);
1996
1997         if (status != 0)
1998             gmx_fatal(FARGS,"Something went wrong in the iteration in minimizer %s",
1999                       gsl_multimin_fminimizer_name(s));
2000
2001         d2     = gsl_multimin_fminimizer_minimum(s);
2002         size   = gsl_multimin_fminimizer_size(s);
2003         status = gsl_multimin_test_size(size,tol);
2004
2005         if (status == GSL_SUCCESS)
2006             if (fp)
2007                 fprintf(fp,"Minimum found using %s at:\n",
2008                         gsl_multimin_fminimizer_name(s));
2009
2010         if (fp) {
2011             fprintf(fp,"%5d", iter);
2012             for(i=0; (i<my_func.n); i++)
2013                 fprintf(fp," %12.4e",gsl_vector_get (s->x,i));
2014             fprintf (fp," %12.4e %12.4e\n",size,d2);
2015         }
2016     }
2017     while ((status == GSL_CONTINUE) && (iter < maxiter));
2018
2019     gsl_multimin_fminimizer_free (s);
2020
2021     return d2;
2022 }
2023
2024 static real quality_of_fit(real chi2,int N)
2025 {
2026     return gsl_sf_gamma_inc_Q((N-2)/2.0,chi2/2.0);
2027 }
2028
2029 #else
2030 static real optimize_luzar_parameters(FILE *fp,t_luzar *tl,int maxiter,
2031                                       real tol)
2032 {
2033     fprintf(stderr,"This program needs the GNU scientific library to work.\n");
2034
2035     return -1;
2036 }
2037 static real quality_of_fit(real chi2,int N)
2038 {
2039     fprintf(stderr,"This program needs the GNU scientific library to work.\n");
2040
2041     return -1;
2042 }
2043
2044 #endif
2045
2046 static real compute_weighted_rates(int n,real t[],real ct[],real nt[],
2047                                    real kt[],real sigma_ct[],real sigma_nt[],
2048                                    real sigma_kt[],real *k,real *kp,
2049                                    real *sigma_k,real *sigma_kp,
2050                                    real fit_start)
2051 {
2052 #define NK 10
2053     int      i,j;
2054     t_luzar  tl;
2055     real     kkk=0,kkp=0,kk2=0,kp2=0,chi2;
2056
2057     *sigma_k  = 0;
2058     *sigma_kp = 0;
2059
2060     for(i=0; (i<n); i++) {
2061         if (t[i] >= fit_start)
2062             break;
2063     }
2064     tl.n0      = i;
2065     tl.n1      = n;
2066     tl.nparams = 2;
2067     tl.ndelta  = 1;
2068     tl.t  = t;
2069     tl.ct = ct;
2070     tl.nt = nt;
2071     tl.kt = kt;
2072     tl.sigma_ct = sigma_ct;
2073     tl.sigma_nt = sigma_nt;
2074     tl.sigma_kt = sigma_kt;
2075     tl.kkk[0] = *k;
2076     tl.kkk[1] = *kp;
2077
2078     chi2 = optimize_luzar_parameters(debug,&tl,1000,1e-3);
2079     *k  = tl.kkk[0];
2080     *kp = tl.kkk[1] = *kp;
2081     tl.ndelta = NK;
2082     for(j=0; (j<NK); j++) {
2083         (void) optimize_luzar_parameters(debug,&tl,1000,1e-3);
2084         kkk += tl.kkk[0];
2085         kkp += tl.kkk[1];
2086         kk2 += sqr(tl.kkk[0]);
2087         kp2 += sqr(tl.kkk[1]);
2088         tl.n0++;
2089     }
2090     *sigma_k  = sqrt(kk2/NK - sqr(kkk/NK));
2091     *sigma_kp = sqrt(kp2/NK - sqr(kkp/NK));
2092
2093     return chi2;
2094 }
2095
2096 static void smooth_tail(int n,real t[],real c[],real sigma_c[],real start,
2097                         const output_env_t oenv)
2098 {
2099     FILE *fp;
2100     real e_1,fitparm[4];
2101     int  i;
2102
2103     e_1 = exp(-1);
2104     for(i=0; (i<n); i++)
2105         if (c[i] < e_1)
2106             break;
2107     if (i < n)
2108         fitparm[0] = t[i];
2109     else
2110         fitparm[0] = 10;
2111     fitparm[1] = 0.95;
2112     do_lmfit(n,c,sigma_c,0,t,start,t[n-1],oenv,bDebugMode(),effnEXP2,fitparm,0);
2113 }
2114
2115 void analyse_corr(int n,real t[],real ct[],real nt[],real kt[],
2116                   real sigma_ct[],real sigma_nt[],real sigma_kt[],
2117                   real fit_start,real temp,real smooth_tail_start,
2118                   const output_env_t oenv)
2119 {
2120     int    i0,i;
2121     real   k=1,kp=1,kow=1;
2122     real   Q=0,chi22,chi2,dg,dgp,tau_hb,dtau,tau_rlx,e_1,dt,sigma_k,sigma_kp,ddg;
2123     double tmp,sn2=0,sc2=0,sk2=0,scn=0,sck=0,snk=0;
2124     gmx_bool   bError = (sigma_ct != NULL) && (sigma_nt != NULL) && (sigma_kt != NULL);
2125
2126     if (smooth_tail_start >= 0) {
2127         smooth_tail(n,t,ct,sigma_ct,smooth_tail_start,oenv);
2128         smooth_tail(n,t,nt,sigma_nt,smooth_tail_start,oenv);
2129         smooth_tail(n,t,kt,sigma_kt,smooth_tail_start,oenv);
2130     }
2131     for(i0=0; (i0<n-2) && ((t[i0]-t[0]) < fit_start); i0++)
2132         ;
2133     if (i0 < n-2) {
2134         for(i=i0; (i<n); i++) {
2135             sc2 += sqr(ct[i]);
2136             sn2 += sqr(nt[i]);
2137             sk2 += sqr(kt[i]);
2138             sck += ct[i]*kt[i];
2139             snk += nt[i]*kt[i];
2140             scn += ct[i]*nt[i];
2141         }
2142         printf("Hydrogen bond thermodynamics at T = %g K\n",temp);
2143         tmp = (sn2*sc2-sqr(scn));
2144         if ((tmp > 0) && (sn2 > 0)) {
2145             k    = (sn2*sck-scn*snk)/tmp;
2146             kp   = (k*scn-snk)/sn2;
2147             if (bError) {
2148                 chi2 = 0;
2149                 for(i=i0; (i<n); i++) {
2150                     chi2 += sqr(k*ct[i]-kp*nt[i]-kt[i]);
2151                 }
2152                 chi22 = compute_weighted_rates(n,t,ct,nt,kt,sigma_ct,sigma_nt,
2153                                                sigma_kt,&k,&kp,
2154                                                &sigma_k,&sigma_kp,fit_start);
2155                 Q = quality_of_fit(chi2,2);
2156                 ddg = BOLTZ*temp*sigma_k/k;
2157                 printf("Fitting paramaters chi^2 = %10g, Quality of fit = %10g\n",
2158                        chi2,Q);
2159                 printf("The Rate and Delta G are followed by an error estimate\n");
2160                 printf("----------------------------------------------------------\n"
2161                        "Type      Rate (1/ps)  Sigma Time (ps)  DG (kJ/mol)  Sigma\n");
2162                 printf("Forward    %10.3f %6.2f   %8.3f  %10.3f %6.2f\n",
2163                        k,sigma_k,1/k,calc_dg(1/k,temp),ddg);
2164                 ddg = BOLTZ*temp*sigma_kp/kp;
2165                 printf("Backward   %10.3f %6.2f   %8.3f  %10.3f %6.2f\n",
2166                        kp,sigma_kp,1/kp,calc_dg(1/kp,temp),ddg);
2167             }
2168             else {
2169                 chi2 = 0;
2170                 for(i=i0; (i<n); i++) {
2171                     chi2 += sqr(k*ct[i]-kp*nt[i]-kt[i]);
2172                 }
2173                 printf("Fitting parameters chi^2 = %10g\nQ = %10g\n",
2174                        chi2,Q);
2175                 printf("--------------------------------------------------\n"
2176                        "Type      Rate (1/ps) Time (ps)  DG (kJ/mol)  Chi^2\n");
2177                 printf("Forward    %10.3f   %8.3f  %10.3f  %10g\n",
2178                        k,1/k,calc_dg(1/k,temp),chi2);
2179                 printf("Backward   %10.3f   %8.3f  %10.3f\n",
2180                        kp,1/kp,calc_dg(1/kp,temp));
2181             }
2182         }
2183         if (sc2 > 0) {
2184             kow  = 2*sck/sc2;
2185             printf("One-way    %10.3f   %s%8.3f  %10.3f\n",
2186                    kow,bError ? "       " : "",1/kow,calc_dg(1/kow,temp));
2187         }
2188         else
2189             printf(" - Numerical problems computing HB thermodynamics:\n"
2190                    "sc2 = %g  sn2 = %g  sk2 = %g sck = %g snk = %g scn = %g\n",
2191                    sc2,sn2,sk2,sck,snk,scn);
2192         /* Determine integral of the correlation function */
2193         tau_hb = evaluate_integral(n,t,ct,NULL,(t[n-1]-t[0])/2,&dtau);
2194         printf("Integral   %10.3f   %s%8.3f  %10.3f\n",1/tau_hb,
2195                bError ? "       " : "",tau_hb,calc_dg(tau_hb,temp));
2196         e_1 = exp(-1);
2197         for(i=0; (i<n-2); i++) {
2198             if ((ct[i] > e_1) && (ct[i+1] <= e_1)) {
2199                 break;
2200             }
2201         }
2202         if (i < n-2) {
2203             /* Determine tau_relax from linear interpolation */
2204             tau_rlx = t[i]-t[0] + (e_1-ct[i])*(t[i+1]-t[i])/(ct[i+1]-ct[i]);
2205             printf("Relaxation %10.3f   %8.3f  %s%10.3f\n",1/tau_rlx,
2206                    tau_rlx,bError ? "       " : "",
2207                    calc_dg(tau_rlx,temp));
2208         }
2209     }
2210     else
2211         printf("Correlation functions too short to compute thermodynamics\n");
2212 }
2213
2214 void compute_derivative(int nn,real x[],real y[],real dydx[])
2215 {
2216     int j;
2217
2218     /* Compute k(t) = dc(t)/dt */
2219     for(j=1; (j<nn-1); j++)
2220         dydx[j] = (y[j+1]-y[j-1])/(x[j+1]-x[j-1]);
2221     /* Extrapolate endpoints */
2222     dydx[0]    = 2*dydx[1]   -  dydx[2];
2223     dydx[nn-1] = 2*dydx[nn-2] - dydx[nn-3];
2224 }
2225
2226 static void parallel_print(int *data, int nThreads)
2227 {
2228     /* This prints the donors on which each tread is currently working. */
2229     int i;
2230
2231     fprintf(stderr, "\r");
2232     for (i=0; i<nThreads; i++)
2233         fprintf(stderr, "%-7i",data[i]);
2234 }
2235
2236 static void normalizeACF(real *ct, real *gt, int len)
2237 {
2238     real ct_fac, gt_fac;
2239     int i;
2240
2241     /* Xu and Berne use the same normalization constant */
2242
2243     ct_fac = 1.0/ct[0];
2244     gt_fac = (gt!=NULL && gt[0]!=0) ? 1.0/gt[0] : 0;
2245     printf("Normalization for c(t) = %g for gh(t) = %g\n",ct_fac,gt_fac);
2246     for (i=0; i<len; i++)
2247     {
2248         ct[i] *= ct_fac;
2249         if (gt != NULL)
2250             gt[i] *= gt_fac;
2251     }
2252 }
2253
2254 /* Added argument bContact in do_hbac(...). Also
2255  * added support for -contact in the actual code.
2256  * - Erik Marklund, May 31, 2006 */
2257 /* Changed contact code and added argument R2
2258  * - Erik Marklund, June 29, 2006
2259  */
2260 static void do_hbac(const char *fn,t_hbdata *hb,
2261                     int nDump,gmx_bool bMerge,gmx_bool bContact, real fit_start,
2262                     real temp,gmx_bool R2,real smooth_tail_start, const output_env_t oenv,
2263                     t_gemParams *params, const char *gemType, int nThreads,
2264                     const int NN, const gmx_bool bBallistic, const gmx_bool bGemFit)
2265 {
2266     FILE *fp;
2267     int  i,j,k,m,n,o,nd,ihb,idist,n2,nn,iter,nSets;
2268     const char *legNN[]   = { "Ac(t)",
2269                                "Ac'(t)"};
2270     static char **legGem;
2271
2272     const char *legLuzar[] = { "Ac\\sfin sys\\v{}\\z{}(t)",
2273                                 "Ac(t)",
2274                                 "Cc\\scontact,hb\\v{}\\z{}(t)",
2275                                 "-dAc\\sfs\\v{}\\z{}/dt" };
2276     gmx_bool bNorm=FALSE;
2277     double nhb = 0;
2278     int nhbi=0;
2279     real *rhbex=NULL,*ht,*gt,*ght,*dght,*kt;
2280     real *ct,*p_ct,tail,tail2,dtail,ct_fac,ght_fac,*cct;
2281     const real tol = 1e-3;
2282     int   nframes = hb->nframes,nf;
2283     unsigned int **h,**g;
2284     int   nh,nhbonds,nhydro,ngh;
2285     t_hbond *hbh;
2286     PSTYPE p, *pfound = NULL, np;
2287     t_pShift *pHist;
2288     int *ptimes=NULL, *poff=NULL, anhb, n0, mMax=INT_MIN;
2289     real **rHbExGem = NULL;
2290     gmx_bool c;
2291     int acType;
2292     t_E *E;
2293     double *ctdouble, *timedouble, *fittedct;
2294     double fittolerance=0.1;
2295
2296     enum {AC_NONE, AC_NN, AC_GEM, AC_LUZAR};
2297
2298
2299 #ifdef HAVE_OPENMP
2300     int *dondata=NULL, thisThread;
2301 #endif
2302
2303
2304     printf("Doing autocorrelation ");
2305
2306     /* Decide what kind of ACF calculations to do. */
2307     if (NN > NN_NONE && NN < NN_NR) {
2308 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
2309         acType = AC_NN;
2310         printf("using the energy estimate.\n");
2311 #else
2312         acType = AC_NONE;
2313         printf("Can't do the NN-loop. Yet.\n");
2314 #endif
2315     } else if (hb->bGem) {
2316         acType = AC_GEM;
2317         printf("according to the reversible geminate recombination model by Omer Markowitch.\n");
2318
2319         nSets = 1 + (bBallistic ? 1:0) + (bGemFit ? 1:0);
2320         snew(legGem, nSets);
2321         for (i=0;i<nSets;i++)
2322             snew(legGem[i], 128);
2323         sprintf(legGem[0], "Ac\\s%s\\v{}\\z{}(t)", gemType);
2324         if (bBallistic)
2325             sprintf(legGem[1], "Ac'(t)");
2326         if (bGemFit)
2327             sprintf(legGem[(bBallistic ? 3:2)], "Ac\\s%s,fit\\v{}\\z{}(t)", gemType);
2328
2329     } else {
2330         acType = AC_LUZAR;
2331         printf("according to the theory of Luzar and Chandler.\n");
2332     }
2333     fflush(stdout);
2334
2335     /* build hbexist matrix in reals for autocorr */
2336     /* Allocate memory for computing ACF (rhbex) and aggregating the ACF (ct) */
2337     n2=1;
2338     while (n2 < nframes)
2339         n2*=2;
2340
2341     nn = nframes/2;
2342
2343     if (acType != AC_NN ||
2344 #ifndef HAVE_OPENMP
2345         TRUE
2346 #else
2347         FALSE
2348 #endif
2349         ) {
2350         snew(h,hb->maxhydro);
2351         snew(g,hb->maxhydro);
2352     }
2353
2354     /* Dump hbonds for debugging */
2355     dump_ac(hb,bMerge||bContact,nDump);
2356
2357     /* Total number of hbonds analyzed here */
2358     nhbonds = 0;
2359     ngh     = 0;
2360     anhb    = 0;
2361
2362     /* ------------------------------------------------
2363      * I got tired of waiting for the acf calculations
2364      * and parallelized it with openMP
2365      * set environment variable CFLAGS = "-fopenmp" when running
2366      * configure and define DOUSEOPENMP to make use of it.
2367      */
2368
2369 #ifdef HAVE_OPENMP  /* ================================================= \
2370                      * Set up the OpenMP stuff,                           |
2371                      * like the number of threads and such                |
2372                      */
2373     if (acType != AC_LUZAR)
2374     {
2375 #if (_OPENMP >= 200805) /* =====================\ */
2376         nThreads = min((nThreads <= 0) ? INT_MAX : nThreads, omp_get_thread_limit());
2377 #else
2378         nThreads = min((nThreads <= 0) ? INT_MAX : nThreads, omp_get_num_procs());
2379 #endif /* _OPENMP >= 200805 ====================/ */
2380
2381         omp_set_num_threads(nThreads);
2382         snew(dondata, nThreads);
2383         for (i=0; i<nThreads; i++)
2384             dondata[i] = -1;
2385         printf("ACF calculations parallelized with OpenMP using %i threads.\n"
2386                "Expect close to linear scaling over this donor-loop.\n", nThreads);
2387         fflush(stdout);
2388         fprintf(stderr, "Donors: [thread no]\n");
2389         {
2390             char tmpstr[7];
2391             for (i=0;i<nThreads;i++) {
2392                 snprintf(tmpstr, 7, "[%i]", i);
2393                 fprintf(stderr, "%-7s", tmpstr);
2394             }
2395         }
2396         fprintf(stderr, "\n"); /*                                         | */
2397     }  /*                                                                 | */
2398 #endif /* HAVE_OPENMP ===================================================/  */
2399
2400
2401     /* Build the ACF according to acType */
2402     switch (acType)
2403     {
2404
2405     case AC_NN:
2406 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
2407         /* Here we're using the estimated energy for the hydrogen bonds. */
2408         snew(ct,nn);
2409 #ifdef HAVE_OPENMP /* ==================================\ */
2410 #pragma omp parallel                            \
2411     private(i, j, k, nh, E, rhbex, thisThread), \
2412     default(shared)
2413         {
2414 #pragma omp barrier
2415             thisThread = omp_get_thread_num();
2416             rhbex = NULL;
2417 #endif /* ==============================================/ */
2418
2419             snew(rhbex, n2);
2420             memset(rhbex, 0, n2*sizeof(real)); /* Trust no-one, not even malloc()! */
2421
2422 #ifdef HAVE_OPENMP /* ################################################## \
2423                     *                                                    #
2424                     *                                                    #
2425                     */
2426 #pragma omp barrier
2427 #pragma omp for schedule (dynamic)
2428 #endif
2429             for (i=0; i<hb->d.nrd; i++) /* loop over donors */
2430             {
2431 #ifdef HAVE_OPENMP /* ====== Write some output ======\ */
2432 #pragma omp critical
2433                 {
2434                     dondata[thisThread] = i;
2435                     parallel_print(dondata, nThreads);
2436                 }
2437 #else
2438                 fprintf(stderr, "\r %i", i);
2439 #endif /* ===========================================/ */
2440
2441                 for (j=0; j<hb->a.nra; j++) /* loop over acceptors */
2442                 {
2443                     for (nh=0; nh<hb->d.nhydro[i]; nh++) /* loop over donors' hydrogens */
2444                     {
2445                         E = hb->hbE.E[i][j][nh];
2446                         if (E != NULL)
2447                         {
2448                             for (k=0; k<nframes; k++)
2449                             {
2450                                 if (E[k] != NONSENSE_E)
2451                                     rhbex[k] = (real)E[k];
2452                             }
2453
2454                             low_do_autocorr(NULL,oenv,NULL,nframes,1,-1,&(rhbex),hb->time[1]-hb->time[0],
2455                                             eacNormal,1,FALSE,bNorm,FALSE,0,-1,0,1);
2456 #ifdef HAVE_OPENMP
2457 #pragma omp critical
2458 #endif
2459                             {
2460                                 for(k=0; (k<nn); k++)
2461                                     ct[k] += rhbex[k];
2462                             }
2463                         }
2464                     }   /* k loop */
2465                 }       /* j loop */
2466             }           /* i loop */
2467             sfree(rhbex);
2468 #pragma omp barrier
2469 #ifdef HAVE_OPENMP
2470             /*                                                           # */
2471         } /* End of parallel block                                       # */
2472         /* ##############################################################/ */
2473         sfree(dondata);
2474 #endif
2475         normalizeACF(ct, NULL, nn);
2476         snew(ctdouble, nn);
2477         snew(timedouble, nn);
2478         for (j=0; j<nn; j++)
2479         {
2480             timedouble[j]=(double)(hb->time[j]);
2481             ctdouble[j]=(double)(ct[j]);
2482         }
2483
2484         /* Remove ballistic term */
2485         /* Ballistic component removal and fitting to the reversible geminate recombination model
2486          * will be taken out for the time being. First of all, one can remove the ballistic
2487          * component with g_analyze afterwards. Secondly, and more importantly, there are still
2488          * problems with the robustness of the fitting to the model. More work is needed.
2489          * A third reason is that we're currently using gsl for this and wish to reduce dependence
2490          * on external libraries. There are Levenberg-Marquardt and nsimplex solvers that come with
2491          * a BSD-licence that can do the job.
2492          *
2493          * - Erik Marklund, June 18 2010.
2494          */
2495 /*         if (params->ballistic/params->tDelta >= params->nExpFit*2+1) */
2496 /*             takeAwayBallistic(ctdouble, timedouble, nn, params->ballistic, params->nExpFit, params->bDt); */
2497 /*         else */
2498 /*             printf("\nNumber of data points is less than the number of parameters to fit\n." */
2499 /*                    "The system is underdetermined, hence no ballistic term can be found.\n\n"); */
2500
2501         fp = xvgropen(fn, "Hydrogen Bond Autocorrelation","Time (ps)","C(t)");
2502         xvgr_legend(fp,asize(legNN),legNN);
2503
2504         for(j=0; (j<nn); j++)
2505             fprintf(fp,"%10g  %10g %10g\n",
2506                     hb->time[j]-hb->time[0],
2507                     ct[j],
2508                     ctdouble[j]);
2509         fclose(fp);
2510         sfree(ct);
2511         sfree(ctdouble);
2512         sfree(timedouble);
2513 #endif /* HAVE_NN_LOOPS */
2514         break; /* case AC_NN */
2515
2516     case AC_GEM:
2517         snew(ct,2*n2);
2518         memset(ct,0,2*n2*sizeof(real));
2519 #ifndef HAVE_OPENMP
2520         fprintf(stderr, "Donor:\n");
2521 #define __ACDATA ct
2522 #else
2523 #define __ACDATA p_ct
2524 #endif
2525
2526 #ifdef HAVE_OPENMP /*  =========================================\
2527                     *                                          */
2528 #pragma omp parallel default(none)                              \
2529     private(i, k, nh, hbh, pHist, h, g, n0, nf, np, j, m,               \
2530             pfound, poff, rHbExGem, p, ihb, mMax,               \
2531             thisThread, p_ct)                                   \
2532     shared(hb, dondata, ct, nn, nThreads, n2, stderr, bNorm,    \
2533            nframes, bMerge, bContact)
2534         { /* ##########  THE START OF THE ENORMOUS PARALLELIZED BLOCK!  ########## */
2535             h = NULL;
2536             g = NULL;
2537             thisThread = omp_get_thread_num();
2538             snew(h,hb->maxhydro);
2539             snew(g,hb->maxhydro);
2540             mMax = INT_MIN;
2541             rHbExGem = NULL;
2542             poff = NULL;
2543             pfound = NULL;
2544             p_ct = NULL;
2545             snew(p_ct,2*n2);
2546             memset(p_ct,0,2*n2*sizeof(real));
2547
2548             /* I'm using a chunk size of 1, since I expect      \
2549              * the overhead to be really small compared         \
2550              * to the actual calculations                       \ */
2551 #pragma omp for schedule(dynamic,1) nowait /*                   \ */
2552 #endif /* HAVE_OPENMP  =========================================/ */
2553
2554             for (i=0; i<hb->d.nrd; i++) {
2555 #ifdef HAVE_OPENMP
2556 #pragma omp critical
2557                 {
2558                     dondata[thisThread] = i;
2559                     parallel_print(dondata, nThreads);
2560                 }
2561 #else
2562                 fprintf(stderr, "\r %i", i);
2563 #endif
2564
2565                 for (k=0; k<hb->a.nra; k++) {
2566                     for (nh=0; nh < ((bMerge || bContact) ? 1 : hb->d.nhydro[i]); nh++) {
2567                         hbh = hb->hbmap[i][k];
2568                         if (hbh) {
2569                             /* Note that if hb->per->gemtype==gemDD, then distances will be stored in
2570                              * hb->hbmap[d][a].h array anyway, because the contact flag will be set.
2571                              * hence, it's only with the gemAD mode that hb->hbmap[d][a].g will be used. */
2572                             pHist = &(hb->per->pHist[i][k]);
2573                             if (ISHB(hbh->history[nh]) && pHist->len != 0) {
2574
2575 /* No need for a critical section */
2576 /* #ifdef HAVE_OPENMP */
2577 /* #pragma omp critical */
2578 /* #endif */
2579                                 {
2580                                     h[nh] = hbh->h[nh];
2581                                     g[nh] = hb->per->gemtype==gemAD ? hbh->g[nh] : NULL;
2582                                 }
2583                                 n0 = hbh->n0;
2584                                 nf = hbh->nframes;
2585                                 /* count the number of periodic shifts encountered and store
2586                                  * them in separate arrays. */
2587                                 np = 0;
2588                                 for (j=0; j<pHist->len; j++)
2589                                 {
2590                                     p = pHist->p[j];
2591                                     for (m=0; m<=np; m++) {
2592                                         if (m == np) { /* p not recognized in list. Add it and set up new array. */
2593                                             np++;
2594                                             if (np>hb->per->nper)
2595                                                 gmx_fatal(FARGS, "Too many pshifts. Something's utterly wrong here.");
2596                                             if (m>=mMax) { /* Extend the arrays.
2597                                                             * Doing it like this, using mMax to keep track of the sizes,
2598                                                             * eleviates the need for freeing and re-allocating the arrays
2599                                                             * when taking on the next donor-acceptor pair */
2600                                                 mMax = m;
2601                                                 srenew(pfound,np);   /* The list of found periodic shifts. */
2602                                                 srenew(rHbExGem,np); /* The hb existence functions (-aver_hb). */
2603                                                 snew(rHbExGem[m],2*n2);
2604                                                 srenew(poff,np);
2605                                             }
2606
2607 /* This shouldn't have to be critical, right? */
2608 /* #ifdef HAVE_OPENMP */
2609 /* #pragma omp critical */
2610 /* #endif */
2611                                             {
2612                                                 if (rHbExGem != NULL && rHbExGem[m] != NULL) {
2613                                                     /* This must be done, as this array was most likey
2614                                                      * used to store stuff in some previous iteration. */
2615                                                     memset(rHbExGem[m], 0, (sizeof(real)) * (2*n2));
2616                                                 }
2617                                                 else
2618                                                     fprintf(stderr, "rHbExGem not initialized! m = %i\n", m);
2619                                             }
2620                                             pfound[m] = p;
2621                                             poff[m] = -1;
2622
2623                                             break;
2624                                         } /* m==np */
2625                                         if (p == pfound[m])
2626                                             break;
2627                                     } /* m: Loop over found shifts */
2628                                 }   /* j: Loop over shifts */
2629
2630                                 /* Now unpack and disentangle the existence funtions. */
2631                                 for (j=0; j<nf; j++) {
2632                                     /* i:       donor,
2633                                      * k:       acceptor
2634                                      * nh:      hydrogen
2635                                      * j:       time
2636                                      * p:       periodic shift
2637                                      * pfound:  list of periodic shifts found for this pair.
2638                                      * poff:    list of frame offsets; that is, the first
2639                                      *          frame a hbond has a particular periodic shift. */
2640                                     p = getPshift(*pHist, j+n0);
2641                                     if (p != -1)
2642                                     {
2643                                         for (m=0; m<np; m++)
2644                                         {
2645                                             if (pfound[m] == p)
2646                                                 break;
2647                                             if (m==(np-1))
2648                                                 gmx_fatal(FARGS,"Shift not found, but must be there.");
2649                                         }
2650
2651                                         ihb = is_hb(h[nh],j) || ((hb->per->gemtype!=gemAD || j==0) ? FALSE : is_hb(g[nh],j));
2652                                         if (ihb)
2653                                         {
2654                                             if (poff[m] == -1)
2655                                                 poff[m] = j; /* Here's where the first hbond with shift p is,
2656                                                               * relative to the start of h[0].*/
2657                                             if (j<poff[m])
2658                                                 gmx_fatal(FARGS, "j<poff[m]");
2659                                             rHbExGem[m][j-poff[m]] += 1;
2660                                         }
2661                                     }
2662                                 }
2663
2664                                 /* Now, build ac. */
2665                                 for (m=0; m<np; m++) {
2666                                     if (rHbExGem[m][0]>0  && n0+poff[m]<nn/*  && m==0 */) {
2667                                         low_do_autocorr(NULL,oenv,NULL,nframes,1,-1,&(rHbExGem[m]),hb->time[1]-hb->time[0],
2668                                                         eacNormal,1,FALSE,bNorm,FALSE,0,-1,0,1);
2669                                         for(j=0; (j<nn); j++)
2670                                             __ACDATA[j] += rHbExGem[m][j];
2671                                     }
2672                                 } /* Building of ac. */
2673                             } /* if (ISHB(...*/
2674                         } /* if (hbh) */
2675                     } /* hydrogen loop */
2676                 } /* acceptor loop */
2677             } /* donor loop */
2678
2679             for (m=0; m<=mMax; m++) {
2680                 sfree(rHbExGem[m]);
2681             }
2682             sfree(pfound);
2683             sfree(poff);
2684             sfree(rHbExGem);
2685
2686             sfree(h);
2687             sfree(g);
2688 #ifdef HAVE_OPENMP /* =======================================\ */
2689 #pragma omp critical
2690             {
2691                 for (i=0; i<nn; i++)
2692                     ct[i] += p_ct[i];
2693             }
2694             sfree(p_ct);
2695
2696         } /* ########## THE END OF THE ENORMOUS PARALLELIZED BLOCK ########## */
2697         sfree(dondata);
2698 #endif /* HAVE_OPENMP =======================================/ */
2699
2700         normalizeACF(ct, NULL, nn);
2701
2702         fprintf(stderr, "\n\nACF successfully calculated.\n");
2703
2704         /* Use this part to fit to geminate recombination - JCP 129, 84505 (2008) */
2705
2706         snew(ctdouble, nn);
2707         snew(timedouble, nn);
2708         snew(fittedct, nn);
2709
2710         for (j=0;j<nn;j++){
2711             timedouble[j]=(double)(hb->time[j]);
2712             ctdouble[j]=(double)(ct[j]);
2713         }
2714
2715         /* Remove ballistic term */
2716         /* Ballistic component removal and fitting to the reversible geminate recombination model
2717          * will be taken out for the time being. First of all, one can remove the ballistic
2718          * component with g_analyze afterwards. Secondly, and more importantly, there are still
2719          * problems with the robustness of the fitting to the model. More work is needed.
2720          * A third reason is that we're currently using gsl for this and wish to reduce dependence
2721          * on external libraries. There are Levenberg-Marquardt and nsimplex solvers that come with
2722          * a BSD-licence that can do the job.
2723          *
2724          * - Erik Marklund, June 18 2010.
2725          */
2726 /*         if (bBallistic) { */
2727 /*             if (params->ballistic/params->tDelta >= params->nExpFit*2+1) */
2728 /*                 takeAwayBallistic(ctdouble, timedouble, nn, params->ballistic, params->nExpFit, params->bDt); */
2729 /*             else */
2730 /*                 printf("\nNumber of data points is less than the number of parameters to fit\n." */
2731 /*                        "The system is underdetermined, hence no ballistic term can be found.\n\n"); */
2732 /*         } */
2733 /*         if (bGemFit) */
2734 /*             fitGemRecomb(ctdouble, timedouble, &fittedct, nn, params); */
2735
2736
2737         if (bContact)
2738             fp = xvgropen(fn, "Contact Autocorrelation","Time (ps)","C(t)",oenv);
2739         else
2740             fp = xvgropen(fn, "Hydrogen Bond Autocorrelation","Time (ps)","C(t)",oenv);
2741         xvgr_legend(fp,asize(legGem),(const char**)legGem,oenv);
2742
2743         for(j=0; (j<nn); j++)
2744         {
2745             fprintf(fp, "%10g  %10g", hb->time[j]-hb->time[0],ct[j]);
2746             if (bBallistic)
2747                 fprintf(fp,"  %10g", ctdouble[j]);
2748             if (bGemFit)
2749                 fprintf(fp,"  %10g", fittedct[j]);
2750             fprintf(fp,"\n");
2751         }
2752         fclose(fp);
2753
2754         sfree(ctdouble);
2755         sfree(timedouble);
2756         sfree(fittedct);
2757         sfree(ct);
2758
2759         break; /* case AC_GEM */
2760
2761     case AC_LUZAR:
2762         snew(rhbex,2*n2);
2763         snew(ct,2*n2);
2764         snew(gt,2*n2);
2765         snew(ht,2*n2);
2766         snew(ght,2*n2);
2767         snew(dght,2*n2);
2768
2769         snew(kt,nn);
2770         snew(cct,nn);
2771
2772         for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
2773             for(k=0; (k<hb->a.nra); k++) {
2774                 nhydro = 0;
2775                 hbh = hb->hbmap[i][k];
2776
2777                 if (hbh) {
2778                     if (bMerge || bContact) {
2779                         if (ISHB(hbh->history[0])) {
2780                             h[0] = hbh->h[0];
2781                             g[0] = hbh->g[0];
2782                             nhydro = 1;
2783                         }
2784                     }
2785                     else {
2786                         for(m=0; (m<hb->maxhydro); m++)
2787                             if (bContact ? ISDIST(hbh->history[m]) : ISHB(hbh->history[m])) {
2788                                 g[nhydro] = hbh->g[m];
2789                                 h[nhydro] = hbh->h[m];
2790                                 nhydro++;
2791                             }
2792                     }
2793
2794                     nf = hbh->nframes;
2795                     for(nh=0; (nh<nhydro); nh++) {
2796                         int nrint = bContact ? hb->nrdist : hb->nrhb;
2797                         if ((((nhbonds+1) % 10) == 0) || (nhbonds+1 == nrint))
2798                             fprintf(stderr,"\rACF %d/%d",nhbonds+1,nrint);
2799                         nhbonds++;
2800                         for(j=0; (j<nframes); j++) {
2801                             /* Changed '<' into '<=' below, just like I did in
2802                                the hbm-output-loop in the gmx_hbond() block.
2803                                - Erik Marklund, May 31, 2006 */
2804                             if (j <= nf) {
2805                                 ihb   = is_hb(h[nh],j);
2806                                 idist = is_hb(g[nh],j);
2807                             }
2808                             else {
2809                                 ihb = idist = 0;
2810                             }
2811                             rhbex[j] = ihb;
2812                             /* For contacts: if a second cut-off is provided, use it,
2813                              * otherwise use g(t) = 1-h(t) */
2814                             if (!R2 && bContact)
2815                                 gt[j]  = 1-ihb;
2816                             else
2817                                 gt[j]  = idist*(1-ihb);
2818                             ht[j]    = rhbex[j];
2819                             nhb     += ihb;
2820                         }
2821
2822
2823                         /* The autocorrelation function is normalized after summation only */
2824                         low_do_autocorr(NULL,oenv,NULL,nframes,1,-1,&rhbex,hb->time[1]-hb->time[0],
2825                                         eacNormal,1,FALSE,bNorm,FALSE,0,-1,0,1);
2826
2827                         /* Cross correlation analysis for thermodynamics */
2828                         for(j=nframes; (j<n2); j++) {
2829                             ht[j] = 0;
2830                             gt[j] = 0;
2831                         }
2832
2833                         cross_corr(n2,ht,gt,dght);
2834
2835                         for(j=0; (j<nn); j++) {
2836                             ct[j]  += rhbex[j];
2837                             ght[j] += dght[j];
2838                         }
2839                     }
2840                 }
2841             }
2842         }
2843         fprintf(stderr,"\n");
2844         sfree(h);
2845         sfree(g);
2846         normalizeACF(ct, gt, nn);
2847
2848         /* Determine tail value for statistics */
2849         tail  = 0;
2850         tail2 = 0;
2851         for(j=nn/2; (j<nn); j++) {
2852             tail  += ct[j];
2853             tail2 += ct[j]*ct[j];
2854         }
2855         tail  /= (nn - nn/2);
2856         tail2 /= (nn - nn/2);
2857         dtail  = sqrt(tail2-tail*tail);
2858
2859         /* Check whether the ACF is long enough */
2860         if (dtail > tol) {
2861             printf("\nWARNING: Correlation function is probably not long enough\n"
2862                    "because the standard deviation in the tail of C(t) > %g\n"
2863                    "Tail value (average C(t) over second half of acf): %g +/- %g\n",
2864                    tol,tail,dtail);
2865         }
2866         for(j=0; (j<nn); j++) {
2867             cct[j] = ct[j];
2868             ct[j]  = (cct[j]-tail)/(1-tail);
2869         }
2870         /* Compute negative derivative k(t) = -dc(t)/dt */
2871         compute_derivative(nn,hb->time,ct,kt);
2872         for(j=0; (j<nn); j++)
2873             kt[j] = -kt[j];
2874
2875
2876         if (bContact)
2877             fp = xvgropen(fn, "Contact Autocorrelation","Time (ps)","C(t)",oenv);
2878         else
2879             fp = xvgropen(fn, "Hydrogen Bond Autocorrelation","Time (ps)","C(t)",oenv);
2880         xvgr_legend(fp,asize(legLuzar),legLuzar, oenv);
2881
2882
2883         for(j=0; (j<nn); j++)
2884             fprintf(fp,"%10g  %10g  %10g  %10g  %10g\n",
2885                     hb->time[j]-hb->time[0],ct[j],cct[j],ght[j],kt[j]);
2886         ffclose(fp);
2887
2888         analyse_corr(nn,hb->time,ct,ght,kt,NULL,NULL,NULL,
2889                      fit_start,temp,smooth_tail_start,oenv);
2890
2891         do_view(oenv,fn,NULL);
2892         sfree(rhbex);
2893         sfree(ct);
2894         sfree(gt);
2895         sfree(ht);
2896         sfree(ght);
2897         sfree(dght);
2898         sfree(cct);
2899         sfree(kt);
2900         /* sfree(h); */
2901 /*         sfree(g); */
2902
2903         break; /* case AC_LUZAR */
2904
2905     default:
2906         gmx_fatal(FARGS, "Unrecognized type of ACF-calulation. acType = %i.", acType);
2907     } /* switch (acType) */
2908 }
2909
2910 static void init_hbframe(t_hbdata *hb,int nframes,real t)
2911 {
2912     int i,j,m;
2913
2914     hb->time[nframes]   = t;
2915     hb->nhb[nframes]    = 0;
2916     hb->ndist[nframes]  = 0;
2917     for (i=0; (i<max_hx); i++)
2918         hb->nhx[nframes][i]=0;
2919     /* Loop invalidated */
2920     if (hb->bHBmap && 0)
2921         for (i=0; (i<hb->d.nrd); i++)
2922             for (j=0; (j<hb->a.nra); j++)
2923                 for (m=0; (m<hb->maxhydro); m++)
2924                     if (hb->hbmap[i][j] && hb->hbmap[i][j]->h[m])
2925                         set_hb(hb,i,m,j,nframes,HB_NO);
2926     /*set_hb(hb->hbmap[i][j]->h[m],nframes-hb->hbmap[i][j]->n0,HB_NO);*/
2927 }
2928
2929 static void analyse_donor_props(const char *fn,t_hbdata *hb,int nframes,real t,
2930                                 const output_env_t oenv)
2931 {
2932     static FILE *fp = NULL;
2933     const char *leg[] = { "Nbound", "Nfree" };
2934     int i,j,k,nbound,nb,nhtot;
2935
2936     if (!fn)
2937         return;
2938     if (!fp) {
2939         fp = xvgropen(fn,"Donor properties","Time (ps)","Number",oenv);
2940         xvgr_legend(fp,asize(leg),leg,oenv);
2941     }
2942     nbound = 0;
2943     nhtot  = 0;
2944     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
2945         for(k=0; (k<hb->d.nhydro[i]); k++) {
2946             nb = 0;
2947             nhtot ++;
2948             for(j=0; (j<hb->a.nra) && (nb == 0); j++) {
2949                 if (hb->hbmap[i][j] && hb->hbmap[i][j]->h[k] &&
2950                     is_hb(hb->hbmap[i][j]->h[k],nframes))
2951                     nb = 1;
2952             }
2953             nbound += nb;
2954         }
2955     }
2956     fprintf(fp,"%10.3e  %6d  %6d\n",t,nbound,nhtot-nbound);
2957 }
2958
2959 static void dump_hbmap(t_hbdata *hb,
2960                        int nfile,t_filenm fnm[],gmx_bool bTwo,
2961                        gmx_bool bContact, int isize[],int *index[],char *grpnames[],
2962                        t_atoms *atoms)
2963 {
2964     FILE *fp,*fplog;
2965     int  ddd,hhh,aaa,i,j,k,m,grp;
2966     char ds[32],hs[32],as[32];
2967     gmx_bool first;
2968
2969     fp = opt2FILE("-hbn",nfile,fnm,"w");
2970     if (opt2bSet("-g",nfile,fnm)) {
2971         fplog = ffopen(opt2fn("-g",nfile,fnm),"w");
2972         if (bContact)
2973             fprintf(fplog,"# %10s  %12s  %12s\n","Donor","Hydrogen","Acceptor");
2974         else
2975             fprintf(fplog,"# %10s  %12s  %12s\n","Donor","Hydrogen","Acceptor");
2976     }
2977     else
2978         fplog = NULL;
2979     for (grp=gr0; grp<=(bTwo?gr1:gr0); grp++) {
2980         fprintf(fp,"[ %s ]",grpnames[grp]);
2981         for (i=0; i<isize[grp]; i++) {
2982             fprintf(fp,(i%15)?" ":"\n");
2983             fprintf(fp," %4u",index[grp][i]+1);
2984         }
2985         fprintf(fp,"\n");
2986         /*
2987           Added -contact support below.
2988           - Erik Marklund, May 29, 2006
2989         */
2990         if (!bContact) {
2991             fprintf(fp,"[ donors_hydrogens_%s ]\n",grpnames[grp]);
2992             for (i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
2993                 if (hb->d.grp[i] == grp) {
2994                     for(j=0; (j<hb->d.nhydro[i]); j++)
2995                         fprintf(fp," %4u %4u",hb->d.don[i]+1,
2996                                 hb->d.hydro[i][j]+1);
2997                     fprintf(fp,"\n");
2998                 }
2999             }
3000             first = TRUE;
3001             fprintf(fp,"[ acceptors_%s ]",grpnames[grp]);
3002             for (i=0; (i<hb->a.nra); i++) {
3003                 if (hb->a.grp[i] == grp) {
3004                     fprintf(fp,(i%15 && !first)?" ":"\n");
3005                     fprintf(fp," %4u",hb->a.acc[i]+1);
3006                     first = FALSE;
3007                 }
3008             }
3009             fprintf(fp,"\n");
3010         }
3011     }
3012     if (bTwo)
3013         fprintf(fp,bContact ? "[ contacts_%s-%s ]\n" :
3014                 "[ hbonds_%s-%s ]\n",grpnames[0],grpnames[1]);
3015     else
3016         fprintf(fp,bContact ? "[ contacts_%s ]" : "[ hbonds_%s ]\n",grpnames[0]);
3017
3018     for(i=0; (i<hb->d.nrd); i++) {
3019         ddd = hb->d.don[i];
3020         for(k=0; (k<hb->a.nra); k++) {
3021             aaa = hb->a.acc[k];
3022             for(m=0; (m<hb->d.nhydro[i]); m++) {
3023                 if (hb->hbmap[i][k] && ISHB(hb->hbmap[i][k]->history[m])) {
3024                     sprintf(ds,"%s",mkatomname(atoms,ddd));
3025                     sprintf(as,"%s",mkatomname(atoms,aaa));
3026                     if (bContact) {
3027                         fprintf(fp," %6u %6u\n",ddd+1,aaa+1);
3028                         if (fplog)
3029                             fprintf(fplog,"%12s  %12s\n",ds,as);
3030                     } else {
3031                         hhh = hb->d.hydro[i][m];
3032                         sprintf(hs,"%s",mkatomname(atoms,hhh));
3033                         fprintf(fp," %6u %6u %6u\n",ddd+1,hhh+1,aaa+1);
3034                         if (fplog)
3035                             fprintf(fplog,"%12s  %12s  %12s\n",ds,hs,as);
3036                     }
3037                 }
3038             }
3039         }
3040     }
3041     ffclose(fp);
3042     if (fplog)
3043         ffclose(fplog);
3044 }
3045
3046 #ifdef HAVE_OPENMP
3047 /* sync_hbdata() updates the parallel t_hbdata p_hb using hb as template.
3048  * It mimics add_frames() and init_frame() to some extent. */
3049 static void sync_hbdata(t_hbdata *hb, t_hbdata *p_hb,
3050                         int nframes, real t)
3051 {
3052     int i;
3053     if (nframes >= p_hb->max_frames)
3054     {
3055         p_hb->max_frames += 4096;
3056         srenew(p_hb->nhb,   p_hb->max_frames);
3057         srenew(p_hb->ndist, p_hb->max_frames);
3058         srenew(p_hb->n_bound, p_hb->max_frames);
3059         srenew(p_hb->nhx, p_hb->max_frames);
3060         if (p_hb->bDAnr)
3061             srenew(p_hb->danr, p_hb->max_frames);
3062         memset(&(p_hb->nhb[nframes]),   0, sizeof(int) * (p_hb->max_frames-nframes));
3063         memset(&(p_hb->ndist[nframes]), 0, sizeof(int) * (p_hb->max_frames-nframes));
3064         p_hb->nhb[nframes] = 0;
3065         p_hb->ndist[nframes] = 0;
3066
3067     }
3068     p_hb->nframes = nframes;
3069 /*     for (i=0;) */
3070 /*     { */
3071 /*         p_hb->nhx[nframes][i] */
3072 /*     } */
3073     memset(&(p_hb->nhx[nframes]), 0 ,sizeof(int)*max_hx); /* zero the helix count for this frame */
3074
3075     /* hb->per will remain constant througout the frame loop,
3076      * even though the data its members point to will change,
3077      * hence no need for re-syncing. */
3078 }
3079 #endif
3080
3081 int gmx_hbond(int argc,char *argv[])
3082 {
3083     const char *desc[] = {
3084         "g_hbond computes and analyzes hydrogen bonds. Hydrogen bonds are",
3085         "determined based on cutoffs for the angle Acceptor - Donor - Hydrogen",
3086         "(zero is extended) and the distance Hydrogen - Acceptor.",
3087         "OH and NH groups are regarded as donors, O is an acceptor always,",
3088         "N is an acceptor by default, but this can be switched using",
3089         "[TT]-nitacc[tt]. Dummy hydrogen atoms are assumed to be connected",
3090         "to the first preceding non-hydrogen atom.[PAR]",
3091
3092         "You need to specify two groups for analysis, which must be either",
3093         "identical or non-overlapping. All hydrogen bonds between the two",
3094         "groups are analyzed.[PAR]",
3095
3096         "If you set -shell, you will be asked for an additional index group",
3097         "which should contain exactly one atom. In this case, only hydrogen",
3098         "bonds between atoms within the shell distance from the one atom are",
3099         "considered.[PAR]",
3100
3101         /*    "It is also possible to analyse specific hydrogen bonds with",
3102               "[TT]-sel[tt]. This index file must contain a group of atom triplets",
3103               "Donor Hydrogen Acceptor, in the following way:[PAR]",
3104         */
3105         "[TT]",
3106         "[ selected ][BR]",
3107         "     20    21    24[BR]",
3108         "     25    26    29[BR]",
3109         "      1     3     6[BR]",
3110         "[tt][BR]",
3111         "Note that the triplets need not be on separate lines.",
3112         "Each atom triplet specifies a hydrogen bond to be analyzed,",
3113         "note also that no check is made for the types of atoms.[PAR]",
3114
3115         "[BB]Output:[bb][BR]",
3116         "[TT]-num[tt]:  number of hydrogen bonds as a function of time.[BR]",
3117         "[TT]-ac[tt]:   average over all autocorrelations of the existence",
3118         "functions (either 0 or 1) of all hydrogen bonds.[BR]",
3119         "[TT]-dist[tt]: distance distribution of all hydrogen bonds.[BR]",
3120         "[TT]-ang[tt]:  angle distribution of all hydrogen bonds.[BR]",
3121         "[TT]-hx[tt]:   the number of n-n+i hydrogen bonds as a function of time",
3122         "where n and n+i stand for residue numbers and i ranges from 0 to 6.",
3123         "This includes the n-n+3, n-n+4 and n-n+5 hydrogen bonds associated",
3124         "with helices in proteins.[BR]",
3125         "[TT]-hbn[tt]:  all selected groups, donors, hydrogens and acceptors",
3126         "for selected groups, all hydrogen bonded atoms from all groups and",
3127         "all solvent atoms involved in insertion.[BR]",
3128         "[TT]-hbm[tt]:  existence matrix for all hydrogen bonds over all",
3129         "frames, this also contains information on solvent insertion",
3130         "into hydrogen bonds. Ordering is identical to that in [TT]-hbn[tt]",
3131         "index file.[BR]",
3132         "[TT]-dan[tt]: write out the number of donors and acceptors analyzed for",
3133         "each timeframe. This is especially useful when using [TT]-shell[tt].[BR]",
3134         "[TT]-nhbdist[tt]: compute the number of HBonds per hydrogen in order to",
3135         "compare results to Raman Spectroscopy.",
3136         "[PAR]",
3137         "Note: options [TT]-ac[tt], [TT]-life[tt], [TT]-hbn[tt] and [TT]-hbm[tt]",
3138         "require an amount of memory proportional to the total numbers of donors",
3139         "times the total number of acceptors in the selected group(s)."
3140     };
3141
3142     static real acut=30, abin=1, rcut=0.35, r2cut=0, rbin=0.005, rshell=-1;
3143     static real maxnhb=0,fit_start=1,fit_end=60,temp=298.15,smooth_tail_start=-1, D=-1;
3144     static gmx_bool bNitAcc=TRUE,bDA=TRUE,bMerge=TRUE;
3145     static int  nDump=0, nFitPoints=100;
3146     static int nThreads = 0, nBalExp=4;
3147
3148     static gmx_bool bContact=FALSE, bBallistic=FALSE, bBallisticDt=FALSE, bGemFit=FALSE;
3149     static real logAfterTime = 10, gemBallistic = 0.2; /* ps */
3150     static const char *NNtype[] = {NULL, "none", "binary", "oneOverR3", "dipole", NULL};
3151
3152     /* options */
3153     t_pargs pa [] = {
3154         { "-a",    FALSE,  etREAL, {&acut},
3155           "Cutoff angle (degrees, Acceptor - Donor - Hydrogen)" },
3156         { "-r",    FALSE,  etREAL, {&rcut},
3157           "Cutoff radius (nm, X - Acceptor, see next option)" },
3158         { "-da",   FALSE,  etBOOL, {&bDA},
3159           "Use distance Donor-Acceptor (if TRUE) or Hydrogen-Acceptor (FALSE)" },
3160         { "-r2",   FALSE,  etREAL, {&r2cut},
3161           "Second cutoff radius. Mainly useful with -contact and -ac"},
3162         { "-abin", FALSE,  etREAL, {&abin},
3163           "Binwidth angle distribution (degrees)" },
3164         { "-rbin", FALSE,  etREAL, {&rbin},
3165           "Binwidth distance distribution (nm)" },
3166         { "-nitacc",FALSE, etBOOL, {&bNitAcc},
3167           "Regard nitrogen atoms as acceptors" },
3168         { "-contact",FALSE,etBOOL, {&bContact},
3169           "Do not look for hydrogen bonds, but merely for contacts within the cut-off distance" },
3170         { "-shell", FALSE, etREAL, {&rshell},
3171           "when > 0, only calculate hydrogen bonds within # nm shell around "
3172           "one particle" },
3173         { "-fitstart", FALSE, etREAL, {&fit_start},
3174           "Time (ps) from which to start fitting the correlation functions in order to obtain the forward and backward rate constants for HB breaking and formation. With -gemfit we suggest -fitstart 0" },
3175         { "-fitstart", FALSE, etREAL, {&fit_start},
3176           "Time (ps) to which to stop fitting the correlation functions in order to obtain the forward and backward rate constants for HB breaking and formation (only with -gemfit)" },
3177         { "-temp",  FALSE, etREAL, {&temp},
3178           "Temperature (K) for computing the Gibbs energy corresponding to HB breaking and reforming" },
3179         { "-smooth",FALSE, etREAL, {&smooth_tail_start},
3180           "If >= 0, the tail of the ACF will be smoothed by fitting it to an exponential function: y = A exp(-x/tau)" },
3181         { "-dump",  FALSE, etINT, {&nDump},
3182           "Dump the first N hydrogen bond ACFs in a single xvg file for debugging" },
3183         { "-max_hb",FALSE, etREAL, {&maxnhb},
3184           "Theoretical maximum number of hydrogen bonds used for normalizing HB autocorrelation function. Can be useful in case the program estimates it wrongly" },
3185         { "-merge", FALSE, etBOOL, {&bMerge},
3186           "H-bonds between the same donor and acceptor, but with different hydrogen are treated as a single H-bond. Mainly important for the ACF." },
3187         { "-geminate", FALSE, etENUM, {gemType},
3188           "Use reversible geminate recombination for the kinetics/thermodynamics calclations. See Markovitch et al., J. Chem. Phys 129, 084505 (2008) for details."},
3189         { "-diff", FALSE, etREAL, {&D},
3190           "Dffusion coefficient to use in the rev. gem. recomb. kinetic model. If non-positive, then it will be fitted to the ACF along with ka and kd."},
3191 #ifdef HAVE_OPENMP
3192         { "-nthreads", FALSE, etINT, {&nThreads},
3193           "Number of threads used for the parallel loop over autocorrelations. nThreads <= 0 means maximum number of threads. Requires linking with OpenMP. The number of threads is limited by the number of processors (before OpenMP v.3 ) or environment variable OMP_THREAD_LIMIT (OpenMP v.3)"},
3194 #endif
3195     };
3196     const char *bugs[] = {
3197         "The option [TT]-sel[tt] that used to work on selected hbonds is out of order, and therefore not available for the time being."
3198     };
3199     t_filenm fnm[] = {
3200         { efTRX, "-f",   NULL,     ffREAD  },
3201         { efTPX, NULL,   NULL,     ffREAD  },
3202         { efNDX, NULL,   NULL,     ffOPTRD },
3203         /*    { efNDX, "-sel", "select", ffOPTRD },*/
3204         { efXVG, "-num", "hbnum",  ffWRITE },
3205         { efLOG, "-g",   "hbond",  ffOPTWR },
3206         { efXVG, "-ac",  "hbac",   ffOPTWR },
3207         { efXVG, "-dist","hbdist", ffOPTWR },
3208         { efXVG, "-ang", "hbang",  ffOPTWR },
3209         { efXVG, "-hx",  "hbhelix",ffOPTWR },
3210         { efNDX, "-hbn", "hbond",  ffOPTWR },
3211         { efXPM, "-hbm", "hbmap",  ffOPTWR },
3212         { efXVG, "-don", "donor",  ffOPTWR },
3213         { efXVG, "-dan", "danum",  ffOPTWR },
3214         { efXVG, "-life","hblife", ffOPTWR },
3215         { efXVG, "-nhbdist", "nhbdist",ffOPTWR }
3216
3217     };
3218 #define NFILE asize(fnm)
3219
3220     char  hbmap [HB_NR]={ ' ',    'o',      '-',       '*' };
3221     const char *hbdesc[HB_NR]={ "None", "Present", "Inserted", "Present & Inserted" };
3222     t_rgb hbrgb [HB_NR]={ {1,1,1},{1,0,0},   {0,0,1},    {1,0,1} };
3223
3224     t_trxstatus *status;
3225     int trrStatus=1;
3226     t_topology top;
3227     t_inputrec ir;
3228     t_pargs *ppa;
3229     int     npargs,natoms,nframes=0,shatom;
3230     int     *isize;
3231     char    **grpnames;
3232     atom_id **index;
3233     rvec    *x,hbox;
3234     matrix  box;
3235     real    t,ccut,dist,ang;
3236     double  max_nhb,aver_nhb,aver_dist;
3237     int     h,i,j,k=0,l,start,end,id,ja,ogrp,nsel;
3238     int     xi,yi,zi,ai;
3239     int     xj,yj,zj,aj,xjj,yjj,zjj;
3240     int     xk,yk,zk,ak,xkk,ykk,zkk;
3241     gmx_bool    bSelected,bHBmap,bStop,bTwo,was,bBox,bTric;
3242     int     *adist,*rdist;
3243     int        grp,nabin,nrbin,bin,resdist,ihb;
3244     char       **leg;
3245     t_hbdata   *hb;
3246     FILE       *fp,*fpins=NULL,*fpnhb=NULL;
3247     t_gridcell ***grid;
3248     t_ncell    *icell,*jcell,*kcell;
3249     ivec       ngrid;
3250     unsigned char        *datable;
3251     output_env_t oenv;
3252     int     gemmode, NN;
3253     PSTYPE  peri=0;
3254     t_E     E;
3255     int     ii, jj, hh, actual_nThreads;
3256     int     threadNr=0;
3257     gmx_bool    bGem, bNN, bParallel;
3258     t_gemParams *params=NULL;
3259
3260     CopyRight(stdout,argv[0]);
3261
3262     npargs = asize(pa);
3263     ppa    = add_acf_pargs(&npargs,pa);
3264
3265     parse_common_args(&argc,argv,PCA_CAN_TIME | PCA_BE_NICE,NFILE,fnm,npargs,
3266                       ppa,asize(desc),desc,asize(bugs),bugs,&oenv);
3267
3268     /* NN-loop? If so, what estimator to use ?*/
3269     NN = 1;
3270     /* Outcommented for now DvdS 2010-07-13
3271     while (NN < NN_NR && gmx_strcasecmp(NNtype[0], NNtype[NN])!=0)
3272         NN++;
3273     if (NN == NN_NR)
3274         gmx_fatal(FARGS, "Invalid NN-loop type.");
3275     */
3276     bNN = FALSE;
3277     for (i=2; bNN==FALSE && i<NN_NR; i++)
3278         bNN = bNN || NN == i;
3279
3280     if (NN > NN_NONE && bMerge)
3281         bMerge = FALSE;
3282
3283     /* geminate recombination? If so, which flavor? */
3284     gemmode = 1;
3285     while (gemmode < gemNR && gmx_strcasecmp(gemType[0], gemType[gemmode])!=0)
3286         gemmode++;
3287     if (gemmode == gemNR)
3288         gmx_fatal(FARGS, "Invalid recombination type.");
3289
3290     bGem = FALSE;
3291     for (i=2; bGem==FALSE && i<gemNR; i++)
3292         bGem = bGem || gemmode == i;
3293
3294     if (bGem) {
3295         printf("Geminate recombination: %s\n" ,gemType[gemmode]);
3296 #ifndef HAVE_LIBGSL
3297         printf("Note that some aspects of reversible geminate recombination won't work without gsl.\n");
3298 #endif
3299         if (bContact) {
3300             if (gemmode != gemDD) {
3301                 printf("Turning off -contact option...\n");
3302                 bContact = FALSE;
3303             }
3304         } else {
3305             if (gemmode == gemDD) {
3306                 printf("Turning on -contact option...\n");
3307                 bContact = TRUE;
3308             }
3309         }
3310         if (bMerge) {
3311             if (gemmode == gemAA) {
3312                 printf("Turning off -merge option...\n");
3313                 bMerge = FALSE;
3314             }
3315         } else {
3316             if (gemmode != gemAA) {
3317                 printf("Turning on -merge option...\n");
3318                 bMerge = TRUE;
3319             }
3320         }
3321     }
3322
3323     /* process input */
3324     bSelected = FALSE;
3325     ccut = cos(acut*DEG2RAD);
3326
3327     if (bContact) {
3328         if (bSelected)
3329             gmx_fatal(FARGS,"Can not analyze selected contacts.");
3330         if (!bDA) {
3331             gmx_fatal(FARGS,"Can not analyze contact between H and A: turn off -noda");
3332         }
3333     }
3334
3335 #ifndef HAVE_LIBGSL
3336     /* Don't pollute stdout with information about external libraries.
3337      *
3338      * printf("NO GSL! Can't find and take away ballistic term in ACF without GSL\n.");
3339      */
3340 #endif
3341
3342     /* Initiate main data structure! */
3343     bHBmap = (opt2bSet("-ac",NFILE,fnm) ||
3344               opt2bSet("-life",NFILE,fnm) ||
3345               opt2bSet("-hbn",NFILE,fnm) ||
3346               opt2bSet("-hbm",NFILE,fnm) ||
3347               bGem);
3348
3349 #ifdef HAVE_OPENMP
3350     /* Same thing here. There is no reason whatsoever to write the specific version of
3351      * OpenMP used for compilation to stdout for normal usage.
3352      *
3353      * printf("Compiled with OpenMP (%i)\n", _OPENMP);
3354      */
3355 #endif
3356
3357     /*   if (bContact && bGem) */
3358     /*     gmx_fatal(FARGS, "Can't do reversible geminate recombination with -contact yet."); */
3359
3360     if (opt2bSet("-nhbdist",NFILE,fnm)) {
3361         const char *leg[MAXHH+1] = { "0 HBs", "1 HB", "2 HBs", "3 HBs", "Total" };
3362         fpnhb = xvgropen(opt2fn("-nhbdist",NFILE,fnm),
3363                          "Number of donor-H with N HBs","Time (ps)","N",oenv);
3364         xvgr_legend(fpnhb,asize(leg),leg,oenv);
3365     }
3366
3367     hb = mk_hbdata(bHBmap,opt2bSet("-dan",NFILE,fnm),bMerge || bContact, bGem, gemmode);
3368
3369     /* get topology */
3370     read_tpx_top(ftp2fn(efTPX,NFILE,fnm),&ir,box,&natoms,NULL,NULL,NULL,&top);
3371
3372     snew(grpnames,grNR);
3373     snew(index,grNR);
3374     snew(isize,grNR);
3375     /* Make Donor-Acceptor table */
3376     snew(datable, top.atoms.nr);
3377     gen_datable(index[0],isize[0],datable,top.atoms.nr);
3378
3379     if (bSelected) {
3380         /* analyze selected hydrogen bonds */
3381         printf("Select group with selected atoms:\n");
3382         get_index(&(top.atoms),opt2fn("-sel",NFILE,fnm),
3383                   1,&nsel,index,grpnames);
3384         if (nsel % 3)
3385             gmx_fatal(FARGS,"Number of atoms in group '%s' not a multiple of 3\n"
3386                       "and therefore cannot contain triplets of "
3387                       "Donor-Hydrogen-Acceptor",grpnames[0]);
3388         bTwo=FALSE;
3389
3390         for(i=0; (i<nsel); i+=3) {
3391             int dd = index[0][i];
3392             int aa = index[0][i+2];
3393             /* int */ hh = index[0][i+1];
3394             add_dh (&hb->d,dd,hh,i,datable);
3395             add_acc(&hb->a,aa,i);
3396             /* Should this be here ? */
3397             snew(hb->d.dptr,top.atoms.nr);
3398             snew(hb->a.aptr,top.atoms.nr);
3399             add_hbond(hb,dd,aa,hh,gr0,gr0,0,bMerge,0,bContact,peri);
3400         }
3401         printf("Analyzing %d selected hydrogen bonds from '%s'\n",
3402                isize[0],grpnames[0]);
3403     }
3404     else {
3405         /* analyze all hydrogen bonds: get group(s) */
3406         printf("Specify 2 groups to analyze:\n");
3407         get_index(&(top.atoms),ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
3408                   2,isize,index,grpnames);
3409
3410         /* check if we have two identical or two non-overlapping groups */
3411         bTwo = isize[0] != isize[1];
3412         for (i=0; (i<isize[0]) && !bTwo; i++)
3413             bTwo = index[0][i] != index[1][i];
3414         if (bTwo) {
3415             printf("Checking for overlap in atoms between %s and %s\n",
3416                    grpnames[0],grpnames[1]);
3417             for (i=0; i<isize[1];i++)
3418                 if (ISINGRP(datable[index[1][i]]))
3419                     gmx_fatal(FARGS,"Partial overlap between groups '%s' and '%s'",
3420                               grpnames[0],grpnames[1]);
3421             /*
3422               printf("Checking for overlap in atoms between %s and %s\n",
3423               grpnames[0],grpnames[1]);
3424               for (i=0; i<isize[0]; i++)
3425               for (j=0; j<isize[1]; j++)
3426               if (index[0][i] == index[1][j])
3427               gmx_fatal(FARGS,"Partial overlap between groups '%s' and '%s'",
3428               grpnames[0],grpnames[1]);
3429             */
3430         }
3431         if (bTwo)
3432             printf("Calculating %s "
3433                    "between %s (%d atoms) and %s (%d atoms)\n",
3434                    bContact ? "contacts" : "hydrogen bonds",
3435                    grpnames[0],isize[0],grpnames[1],isize[1]);
3436         else
3437             fprintf(stderr,"Calculating %s in %s (%d atoms)\n",
3438                     bContact?"contacts":"hydrogen bonds",grpnames[0],isize[0]);
3439     }
3440     sfree(datable);
3441
3442     /* search donors and acceptors in groups */
3443     snew(datable, top.atoms.nr);
3444     for (i=0; (i<grNR); i++)
3445         if ( ((i==gr0) && !bSelected ) ||
3446              ((i==gr1) && bTwo )) {
3447             gen_datable(index[i],isize[i],datable,top.atoms.nr);
3448             if (bContact) {
3449                 search_acceptors(&top,isize[i],index[i],&hb->a,i,
3450                                  bNitAcc,TRUE,(bTwo && (i==gr0)) || !bTwo, datable);
3451                 search_donors   (&top,isize[i],index[i],&hb->d,i,
3452                                  TRUE,(bTwo && (i==gr1)) || !bTwo, datable);
3453             }
3454             else {
3455                 search_acceptors(&top,isize[i],index[i],&hb->a,i,bNitAcc,FALSE,TRUE, datable);
3456                 search_donors   (&top,isize[i],index[i],&hb->d,i,FALSE,TRUE, datable);
3457             }
3458             if (bTwo)
3459                 clear_datable_grp(datable,top.atoms.nr);
3460         }
3461     sfree(datable);
3462     printf("Found %d donors and %d acceptors\n",hb->d.nrd,hb->a.nra);
3463     /*if (bSelected)
3464       snew(donors[gr0D], dons[gr0D].nrd);*/
3465
3466     if (bHBmap) {
3467         printf("Making hbmap structure...");
3468         /* Generate hbond data structure */
3469         mk_hbmap(hb,bTwo);
3470         printf("done.\n");
3471     }
3472
3473 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
3474     if (bNN)
3475         mk_hbEmap(hb, 0);
3476 #endif
3477
3478     if (bGem) {
3479         printf("Making per structure...");
3480         /* Generate hbond data structure */
3481         mk_per(hb);
3482         printf("done.\n");
3483     }
3484
3485     /* check input */
3486     bStop=FALSE;
3487     if (hb->d.nrd + hb->a.nra == 0) {
3488         printf("No Donors or Acceptors found\n");
3489         bStop=TRUE;
3490     }
3491     if (!bStop) {
3492         if (hb->d.nrd == 0) {
3493             printf("No Donors found\n");
3494             bStop=TRUE;
3495         }
3496         if (hb->a.nra == 0) {
3497             printf("No Acceptors found\n");
3498             bStop=TRUE;
3499         }
3500     }
3501     if (bStop)
3502         gmx_fatal(FARGS,"Nothing to be done");
3503
3504     shatom=0;
3505     if (rshell > 0) {
3506         int shisz;
3507         atom_id *shidx;
3508         char *shgrpnm;
3509         /* get index group with atom for shell */
3510         do {
3511             printf("Select atom for shell (1 atom):\n");
3512             get_index(&(top.atoms),ftp2fn_null(efNDX,NFILE,fnm),
3513                       1,&shisz,&shidx,&shgrpnm);
3514             if (shisz != 1)
3515                 printf("group contains %d atoms, should be 1 (one)\n",shisz);
3516         } while(shisz != 1);
3517         shatom = shidx[0];
3518         printf("Will calculate hydrogen bonds within a shell "
3519                "of %g nm around atom %i\n",rshell,shatom+1);
3520     }
3521
3522     /* Analyze trajectory */
3523     natoms=read_first_x(oenv,&status,ftp2fn(efTRX,NFILE,fnm),&t,&x,box);
3524     if ( natoms > top.atoms.nr )
3525         gmx_fatal(FARGS,"Topology (%d atoms) does not match trajectory (%d atoms)",
3526                   top.atoms.nr,natoms);
3527
3528     bBox  = ir.ePBC!=epbcNONE;
3529     grid  = init_grid(bBox, box, (rcut>r2cut)?rcut:r2cut, ngrid);
3530     nabin = acut/abin;
3531     nrbin = rcut/rbin;
3532     snew(adist,nabin+1);
3533     snew(rdist,nrbin+1);
3534
3535     if (bGem && !bBox)
3536         gmx_fatal(FARGS, "Can't do geminate recombination without periodic box.");
3537
3538     bParallel = FALSE;
3539
3540 #ifndef HAVE_OPENMP
3541 #define __ADIST adist
3542 #define __RDIST rdist
3543 #define __HBDATA hb
3544 #else /* HAVE_OPENMP ================================================== \
3545        * Set up the OpenMP stuff,                                       |
3546        * like the number of threads and such                            |
3547        * Also start the parallel loop.                                  |
3548        */
3549 #define __ADIST p_adist[threadNr]
3550 #define __RDIST p_rdist[threadNr]
3551 #define __HBDATA p_hb[threadNr]
3552
3553     bParallel = !bSelected;
3554
3555     if (bParallel)
3556     {
3557 #if (_OPENMP > 200805)
3558         actual_nThreads = min((nThreads <= 0) ? INT_MAX : nThreads, omp_get_thread_limit());
3559 #else
3560         actual_nThreads = min((nThreads <= 0) ? INT_MAX : nThreads, omp_get_num_procs());
3561 #endif
3562         omp_set_num_threads(actual_nThreads);
3563         printf("Frame loop parallelized with OpenMP using %i threads.\n", actual_nThreads);
3564         fflush(stdout);
3565     }
3566     else
3567     {
3568         actual_nThreads = 1;
3569     }
3570
3571     t_hbdata **p_hb;          /* one per thread, then merge after the frame loop */
3572     int **p_adist, **p_rdist; /* a histogram for each thread. */
3573     snew(p_hb,    actual_nThreads);
3574     snew(p_adist, actual_nThreads);
3575     snew(p_rdist, actual_nThreads);
3576     for (i=0; i<actual_nThreads; i++)
3577     {
3578         snew(p_hb[i], 1);
3579         snew(p_adist[i], nabin+1);
3580         snew(p_rdist[i], nrbin+1);
3581
3582         p_hb[i]->max_frames = 0;
3583         p_hb[i]->nhb = NULL;
3584         p_hb[i]->ndist = NULL;
3585         p_hb[i]->n_bound = NULL;
3586         p_hb[i]->time = NULL;
3587         p_hb[i]->nhx = NULL;
3588
3589         p_hb[i]->bHBmap     = hb->bHBmap;
3590         p_hb[i]->bDAnr      = hb->bDAnr;
3591         p_hb[i]->bGem       = hb->bGem;
3592         p_hb[i]->wordlen    = hb->wordlen;
3593         p_hb[i]->nframes    = hb->nframes;
3594         p_hb[i]->maxhydro   = hb->maxhydro;
3595         p_hb[i]->danr       = hb->danr;
3596         p_hb[i]->d          = hb->d;
3597         p_hb[i]->a          = hb->a;
3598         p_hb[i]->hbmap      = hb->hbmap;
3599         p_hb[i]->time       = hb->time; /* This may need re-syncing at every frame. */
3600         p_hb[i]->per        = hb->per;
3601
3602 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
3603         p_hb[i]->hbE = hb->hbE;
3604 #endif
3605
3606         p_hb[i]->nrhb   = 0;
3607         p_hb[i]->nrdist = 0;
3608     }
3609
3610     /* Make a thread pool here,
3611      * instead of forking anew at every frame. */
3612
3613 #pragma omp parallel                                    \
3614     private(i, j, h, ii, jj, hh, E,                     \
3615             xi, yi, zi, xj, yj, zj, threadNr,           \
3616             dist, ang, peri, icell, jcell,              \
3617             grp, ogrp, ai, aj, xjj, yjj, zjj,           \
3618             xk, yk, zk, ihb, id,  resdist,              \
3619             xkk, ykk, zkk, kcell, ak, k, bTric)         \
3620     default(none)                                       \
3621     shared(hb, p_hb, p_adist, p_rdist, actual_nThreads, \
3622            x, bBox, box, hbox, rcut, r2cut, rshell,     \
3623            shatom, ngrid, grid, nframes, t,             \
3624            bParallel, bNN, index, bMerge, bContact,     \
3625            bTwo, bDA,ccut, abin, rbin, top,             \
3626            bSelected, bDebug, stderr, nsel,             \
3627            bGem, oenv, fnm, fpnhb, trrStatus, natoms,   \
3628            status, nabin, nrbin, adist, rdist, debug)
3629     {    /* Start of parallel region */
3630         threadNr = omp_get_thread_num();
3631 #endif /* HAVE_OPENMP ================================================= */
3632         do
3633         {
3634             bTric = bBox && TRICLINIC(box);
3635
3636 #ifdef HAVE_OPENMP
3637             sync_hbdata(hb, p_hb[threadNr], nframes, t);
3638 #pragma omp single
3639 #endif
3640             {
3641                 build_grid(hb,x,x[shatom], bBox,box,hbox, (rcut>r2cut)?rcut:r2cut,
3642                            rshell, ngrid,grid);
3643                 reset_nhbonds(&(hb->d));
3644
3645                 if (debug && bDebug)
3646                     dump_grid(debug, ngrid, grid);
3647
3648                 add_frames(hb,nframes);
3649                 init_hbframe(hb,nframes,t);
3650
3651                 if (hb->bDAnr)
3652                     count_da_grid(ngrid, grid, hb->danr[nframes]);
3653             } /* omp single */
3654
3655 #ifdef HAVE_OPENMP
3656             p_hb[threadNr]->time = hb->time; /* This pointer may have changed. */
3657 #endif
3658             if (bNN)
3659             {
3660 #ifdef HAVE_NN_LOOPS /* Unlock this feature when testing */
3661                 /* Loop over all atom pairs and estimate interaction energy */
3662 #ifdef HAVE_OPENMP /* ------- */
3663 #pragma omp single
3664 #endif /* HAVE_OPENMP ------- */
3665                 {
3666                     addFramesNN(hb, nframes);
3667                 }
3668 #ifdef HAVE_OPENMP /* ---------------- */
3669 #pragma omp barrier
3670 #pragma omp for schedule(dynamic)
3671 #endif /* HAVE_OPENMP ---------------- */
3672                 for (i=0; i<hb->d.nrd; i++)
3673                 {
3674                     for(j=0;j<hb->a.nra; j++)
3675                     {
3676                         for (h=0;
3677                              h < (bContact ? 1 : hb->d.nhydro[i]);
3678                              h++)
3679                         {
3680                             if (i==hb->d.nrd || j==hb->a.nra)
3681                                 gmx_fatal(FARGS, "out of bounds");
3682
3683                             /* Get the real atom ids */
3684                             ii = hb->d.don[i];
3685                             jj = hb->a.acc[j];
3686                             hh = hb->d.hydro[i][h];
3687
3688                             /* Estimate the energy from the geometry */
3689                             E = calcHbEnergy(ii, jj, hh, x, NN, box, hbox, &(hb->d));
3690                             /* Store the energy */
3691                             storeHbEnergy(hb, i, j, h, E, nframes);
3692                         }
3693                     }
3694                 }
3695 #endif /* HAVE_NN_LOOPS */
3696             } /* if (bNN)*/
3697             else
3698             {
3699                 if (bSelected)
3700                 {
3701 #ifdef HAVE_OPENMP
3702 #pragma omp single
3703 #endif
3704                     {
3705                         /* Do not parallelize this just yet. */
3706                         /* int ii; */
3707                         for(ii=0; (ii<nsel); ii++) {
3708                             int dd = index[0][i];
3709                             int aa = index[0][i+2];
3710                             /* int */ hh = index[0][i+1];
3711                             ihb = is_hbond(hb,ii,ii,dd,aa,rcut,r2cut,ccut,x,bBox,box,
3712                                            hbox,&dist,&ang,bDA,&h,bContact,bMerge,&peri);
3713
3714                             if (ihb) {
3715                                 /* add to index if not already there */
3716                                 /* Add a hbond */
3717                                 add_hbond(hb,dd,aa,hh,ii,ii,nframes,bMerge,ihb,bContact,peri);
3718                             }
3719                         }
3720                     } /* omp single */
3721                 } /* if (bSelected) */
3722                 else
3723                 {
3724 #ifdef HAVE_OPENMP
3725 #pragma omp single
3726                     {
3727 #endif
3728                     if (bGem)
3729                         calcBoxProjection(box, hb->per->P);
3730
3731                     /* loop over all gridcells (xi,yi,zi)      */
3732                     /* Removed confusing macro, DvdS 27/12/98  */
3733 #ifdef HAVE_OPENMP
3734                     }
3735                     /* The outer grid loop will have to do for now. */
3736 #pragma omp for schedule(dynamic)
3737 #endif
3738                     for(xi=0; (xi<ngrid[XX]); xi++)
3739                         for(yi=0; (yi<ngrid[YY]); yi++)
3740                             for(zi=0; (zi<ngrid[ZZ]); zi++) {
3741
3742                                 /* loop over donor groups gr0 (always) and gr1 (if necessary) */
3743                                 for (grp=gr0; (grp <= (bTwo?gr1:gr0)); grp++) {
3744                                     icell=&(grid[zi][yi][xi].d[grp]);
3745
3746                                     if (bTwo)
3747                                         ogrp = 1-grp;
3748                                     else
3749                                         ogrp = grp;
3750
3751                                     /* loop over all hydrogen atoms from group (grp)
3752                                      * in this gridcell (icell)
3753                                      */
3754                                     for (ai=0; (ai<icell->nr); ai++) {
3755                                         i  = icell->atoms[ai];
3756
3757                                         /* loop over all adjacent gridcells (xj,yj,zj) */
3758                                         /* This is a macro!!! */
3759                                         LOOPGRIDINNER(xj,yj,zj,xjj,yjj,zjj,xi,yi,zi,ngrid,bTric) {
3760                                             jcell=&(grid[zj][yj][xj].a[ogrp]);
3761                                             /* loop over acceptor atoms from other group (ogrp)
3762                                              * in this adjacent gridcell (jcell)
3763                                              */
3764                                             for (aj=0; (aj<jcell->nr); aj++) {
3765                                                 j = jcell->atoms[aj];
3766
3767                                                 /* check if this once was a h-bond */
3768                                                 peri = -1;
3769                                                 ihb = is_hbond(__HBDATA,grp,ogrp,i,j,rcut,r2cut,ccut,x,bBox,box,
3770                                                                hbox,&dist,&ang,bDA,&h,bContact,bMerge,&peri);
3771
3772                                                 if (ihb) {
3773                                                     /* add to index if not already there */
3774                                                     /* Add a hbond */
3775                                                     add_hbond(__HBDATA,i,j,h,grp,ogrp,nframes,bMerge,ihb,bContact,peri);
3776
3777                                                     /* make angle and distance distributions */
3778                                                     if (ihb == hbHB && !bContact) {
3779                                                         if (dist>rcut)
3780                                                             gmx_fatal(FARGS,"distance is higher than what is allowed for an hbond: %f",dist);
3781                                                         ang*=RAD2DEG;
3782                                                         __ADIST[(int)( ang/abin)]++;
3783                                                         __RDIST[(int)(dist/rbin)]++;
3784                                                         if (!bTwo) {
3785                                                             int id,ia;
3786                                                             if ((id = donor_index(&hb->d,grp,i)) == NOTSET)
3787                                                                 gmx_fatal(FARGS,"Invalid donor %d",i);
3788                                                             if ((ia = acceptor_index(&hb->a,ogrp,j)) == NOTSET)
3789                                                                 gmx_fatal(FARGS,"Invalid acceptor %d",j);
3790                                                             resdist=abs(top.atoms.atom[i].resind-
3791                                                                         top.atoms.atom[j].resind);
3792                                                             if (resdist >= max_hx)
3793                                                                 resdist = max_hx-1;
3794                                                             __HBDATA->nhx[nframes][resdist]++;
3795                                                         }
3796                                                     }
3797
3798                                                 }
3799                                             } /* for aj  */
3800                                         }
3801                                         ENDLOOPGRIDINNER;
3802                                     } /* for ai  */
3803                                 } /* for grp */
3804                             } /* for xi,yi,zi */
3805                 } /* if (bSelected) {...} else */
3806
3807 #ifdef HAVE_OPENMP /* ---------------------------- */
3808                 /* Better wait for all threads to finnish using x[] before updating it. */
3809                 k = nframes;            /*         */
3810 #pragma omp barrier                     /*         */
3811 #pragma omp critical                    /*         */
3812                 {                       /*         */
3813                     /* Sum up histograms and counts from p_hb[] into hb */
3814                     {                   /*         */
3815                         hb->nhb[k]   += p_hb[threadNr]->nhb[k];
3816                         hb->ndist[k] += p_hb[threadNr]->ndist[k];
3817                         for (j=0; j<max_hx; j++) /**/
3818                             hb->nhx[k][j]  += p_hb[threadNr]->nhx[k][j];
3819                     }                   /*         */
3820                 }                       /*         */
3821                 /*                                 */
3822                 /* Here are a handful of single constructs
3823                  * to share the workload a bit. The most
3824                  * important one is of course the last one,
3825                  * where there's a potential bottleneck in form
3826                  * of slow I/O.                    */
3827 #pragma omp single /* ++++++++++++++++,            */
3828 #endif /* HAVE_OPENMP ----------------+------------*/
3829                 { /*                  +   */
3830                     if (hb != NULL)  /*   */
3831                     { /*              +   */
3832                         analyse_donor_props(opt2fn_null("-don",NFILE,fnm),hb,k,t,oenv);
3833                     } /*              +   */
3834                 } /*                  +   */
3835 #ifdef HAVE_OPENMP /*                 +   */
3836 #pragma omp single /* +++           +++   */
3837 #endif       /*                       +   */
3838                 {  /*                 +   */
3839                     if (fpnhb)  /*    +   */
3840                         do_nhb_dist(fpnhb,hb,t);
3841                 }  /*                 +   */
3842             } /* if (bNN) {...} else  +   */
3843 #ifdef HAVE_OPENMP /*                 +   */
3844 #pragma omp single /* +++           +++   */
3845 #endif       /*                       +   */
3846             {      /*                 +   */
3847                 trrStatus = (read_next_x(oenv,status,&t,natoms,x,box));
3848                 nframes++;      /*    +   */
3849             }      /*                 +   */
3850 #ifdef HAVE_OPENMP /* ++++++++++++++++�   */
3851 #pragma omp barrier
3852 #endif
3853         } while (trrStatus);
3854
3855 #ifdef HAVE_OPENMP
3856 #pragma omp critical
3857         {
3858             hb->nrhb += p_hb[threadNr]->nrhb;
3859             hb->nrdist += p_hb[threadNr]->nrdist;
3860         }
3861         /* Free parallel datastructures */
3862         sfree(p_hb[threadNr]->nhb);
3863         sfree(p_hb[threadNr]->ndist);
3864         sfree(p_hb[threadNr]->nhx);
3865
3866 #pragma omp for
3867         for (i=0; i<nabin; i++)
3868             for (j=0; j<actual_nThreads; j++)
3869
3870                 adist[i] += p_adist[j][i];
3871 #pragma omp for
3872         for (i=0; i<=nrbin; i++)
3873             for (j=0; j<actual_nThreads; j++)
3874                 rdist[i] += p_rdist[j][i];
3875
3876         sfree(p_adist[threadNr]);
3877         sfree(p_rdist[threadNr]);
3878     } /* End of parallel region */
3879     sfree(p_adist);
3880     sfree(p_rdist);
3881 #endif
3882
3883     if(nframes <2 && (opt2bSet("-ac",NFILE,fnm) || opt2bSet("-life",NFILE,fnm)))
3884     {
3885         gmx_fatal(FARGS,"Cannot calculate autocorrelation of life times with less than two frames");
3886     }
3887
3888     free_grid(ngrid,&grid);
3889
3890     close_trj(status);
3891     if (fpnhb)
3892         ffclose(fpnhb);
3893
3894     /* Compute maximum possible number of different hbonds */
3895     if (maxnhb > 0)
3896         max_nhb = maxnhb;
3897     else {
3898         max_nhb = 0.5*(hb->d.nrd*hb->a.nra);
3899     }
3900     /* Added support for -contact below.
3901      * - Erik Marklund, May 29-31, 2006 */
3902     /* Changed contact code.
3903      * - Erik Marklund, June 29, 2006 */
3904     if (bHBmap && !bNN) {
3905         if (hb->nrhb==0) {
3906             printf("No %s found!!\n", bContact ? "contacts" : "hydrogen bonds");
3907         } else {
3908             printf("Found %d different %s in trajectory\n"
3909                    "Found %d different atom-pairs within %s distance\n",
3910                    hb->nrhb, bContact?"contacts":"hydrogen bonds",
3911                    hb->nrdist,(r2cut>0)?"second cut-off":"hydrogen bonding");
3912
3913             /*Control the pHist.*/
3914
3915             if (bMerge)
3916                 merge_hb(hb,bTwo,bContact);
3917
3918             if (opt2bSet("-hbn",NFILE,fnm))
3919                 dump_hbmap(hb,NFILE,fnm,bTwo,bContact,isize,index,grpnames,&top.atoms);
3920
3921             /* Moved the call to merge_hb() to a line BEFORE dump_hbmap
3922              * to make the -hbn and -hmb output match eachother.
3923              * - Erik Marklund, May 30, 2006 */
3924         }
3925     }
3926     /* Print out number of hbonds and distances */
3927     aver_nhb  = 0;
3928     aver_dist = 0;
3929     fp = xvgropen(opt2fn("-num",NFILE,fnm),bContact ? "Contacts" :
3930                   "Hydrogen Bonds","Time","Number",oenv);
3931     snew(leg,2);
3932     snew(leg[0],STRLEN);
3933     snew(leg[1],STRLEN);
3934     sprintf(leg[0],"%s",bContact?"Contacts":"Hydrogen bonds");
3935     sprintf(leg[1],"Pairs within %g nm",(r2cut>0)?r2cut:rcut);
3936     xvgr_legend(fp,2,(const char**)leg,oenv);
3937     sfree(leg[1]);
3938     sfree(leg[0]);
3939     sfree(leg);
3940     for(i=0; (i<nframes); i++) {
3941         fprintf(fp,"%10g  %10d  %10d\n",hb->time[i],hb->nhb[i],hb->ndist[i]);
3942         aver_nhb  += hb->nhb[i];
3943         aver_dist += hb->ndist[i];
3944     }
3945     ffclose(fp);
3946     aver_nhb  /= nframes;
3947     aver_dist /= nframes;
3948     /* Print HB distance distribution */
3949     if (opt2bSet("-dist",NFILE,fnm)) {
3950         long sum;
3951
3952         sum=0;
3953         for(i=0; i<nrbin; i++)
3954             sum+=rdist[i];
3955
3956         fp = xvgropen(opt2fn("-dist",NFILE,fnm),
3957                       "Hydrogen Bond Distribution",
3958                       "Hydrogen - Acceptor Distance (nm)","",oenv);
3959         for(i=0; i<nrbin; i++)
3960             fprintf(fp,"%10g %10g\n",(i+0.5)*rbin,rdist[i]/(rbin*(real)sum));
3961         ffclose(fp);
3962     }
3963
3964     /* Print HB angle distribution */
3965     if (opt2bSet("-ang",NFILE,fnm)) {
3966         long sum;
3967
3968         sum=0;
3969         for(i=0; i<nabin; i++)
3970             sum+=adist[i];
3971
3972         fp = xvgropen(opt2fn("-ang",NFILE,fnm),
3973                       "Hydrogen Bond Distribution",
3974                       "Donor - Hydrogen - Acceptor Angle (\\SO\\N)","",oenv);
3975         for(i=0; i<nabin; i++)
3976             fprintf(fp,"%10g %10g\n",(i+0.5)*abin,adist[i]/(abin*(real)sum));
3977         ffclose(fp);
3978     }
3979
3980     /* Print HB in alpha-helix */
3981     if (opt2bSet("-hx",NFILE,fnm)) {
3982         fp = xvgropen(opt2fn("-hx",NFILE,fnm),
3983                       "Hydrogen Bonds","Time(ps)","Count",oenv);
3984         xvgr_legend(fp,NRHXTYPES,hxtypenames,oenv);
3985         for(i=0; i<nframes; i++) {
3986             fprintf(fp,"%10g",hb->time[i]);
3987             for (j=0; j<max_hx; j++)
3988                 fprintf(fp," %6d",hb->nhx[i][j]);
3989             fprintf(fp,"\n");
3990         }
3991         ffclose(fp);
3992     }
3993     if (!bNN)
3994         printf("Average number of %s per timeframe %.3f out of %g possible\n",
3995                bContact ? "contacts" : "hbonds",
3996                bContact ? aver_dist : aver_nhb, max_nhb);
3997
3998     /* Do Autocorrelation etc. */
3999     if (hb->bHBmap) {
4000         /*
4001            Added support for -contact in ac and hbm calculations below.
4002            - Erik Marklund, May 29, 2006
4003         */
4004         ivec itmp;
4005         rvec rtmp;
4006         if (opt2bSet("-ac",NFILE,fnm) || opt2bSet("-life",NFILE,fnm))
4007             please_cite(stdout,"Spoel2006b");
4008         if (opt2bSet("-ac",NFILE,fnm)) {
4009             char *gemstring=NULL;
4010
4011             if (bGem || bNN) {
4012                 params = init_gemParams(rcut, D, hb->time, hb->nframes/2, nFitPoints, fit_start, fit_end,
4013                                         gemBallistic, nBalExp, bBallisticDt);
4014                 if (params == NULL)
4015                     gmx_fatal(FARGS, "Could not initiate t_gemParams params.");
4016             }
4017             gemstring = strdup(gemType[hb->per->gemtype]);
4018             do_hbac(opt2fn("-ac",NFILE,fnm),hb,nDump,
4019                     bMerge,bContact,fit_start,temp,r2cut>0,smooth_tail_start,oenv,
4020                     params, gemstring, nThreads, NN, bBallistic, bGemFit);
4021         }
4022         if (opt2bSet("-life",NFILE,fnm))
4023             do_hblife(opt2fn("-life",NFILE,fnm),hb,bMerge,bContact,oenv);
4024         if (opt2bSet("-hbm",NFILE,fnm)) {
4025             t_matrix mat;
4026             int id,ia,hh,x,y;
4027
4028             mat.nx=nframes;
4029             mat.ny=(bContact ? hb->nrdist : hb->nrhb);
4030
4031             snew(mat.matrix,mat.nx);
4032             for(x=0; (x<mat.nx); x++)
4033                 snew(mat.matrix[x],mat.ny);
4034             y=0;
4035             for(id=0; (id<hb->d.nrd); id++)
4036                 for(ia=0; (ia<hb->a.nra); ia++) {
4037                     for(hh=0; (hh<hb->maxhydro); hh++) {
4038                         if (hb->hbmap[id][ia]) {
4039                             if (ISHB(hb->hbmap[id][ia]->history[hh])) {
4040                                 /* Changed '<' into '<=' in the for-statement below.
4041                                  * It fixed the previously undiscovered bug that caused
4042                                  * the last occurance of an hbond/contact to not be
4043                                  * set in mat.matrix. Have a look at any old -hbm-output
4044                                  * and you will notice that the last column is allways empty.
4045                                  * - Erik Marklund May 30, 2006
4046                                  */
4047                                 for(x=0; (x<=hb->hbmap[id][ia]->nframes); x++) {
4048                                     int nn0 = hb->hbmap[id][ia]->n0;
4049                                     range_check(y,0,mat.ny);
4050                                     mat.matrix[x+nn0][y] = is_hb(hb->hbmap[id][ia]->h[hh],x);
4051                                 }
4052                                 y++;
4053                             }
4054                         }
4055                     }
4056                 }
4057             mat.axis_x=hb->time;
4058             snew(mat.axis_y,mat.ny);
4059             for(j=0; j<mat.ny; j++)
4060                 mat.axis_y[j]=j;
4061             sprintf(mat.title,bContact ? "Contact Existence Map":
4062                     "Hydrogen Bond Existence Map");
4063             sprintf(mat.legend,bContact ? "Contacts" : "Hydrogen Bonds");
4064             sprintf(mat.label_x,"Time (ps)");
4065             sprintf(mat.label_y, bContact ? "Contact Index" : "Hydrogen Bond Index");
4066             mat.bDiscrete=TRUE;
4067             mat.nmap=2;
4068             snew(mat.map,mat.nmap);
4069             for(i=0; i<mat.nmap; i++) {
4070                 mat.map[i].code.c1=hbmap[i];
4071                 mat.map[i].desc=hbdesc[i];
4072                 mat.map[i].rgb=hbrgb[i];
4073             }
4074             fp = opt2FILE("-hbm",NFILE,fnm,"w");
4075             write_xpm_m(fp, mat);
4076             ffclose(fp);
4077             for(x=0; x<mat.nx; x++)
4078                 sfree(mat.matrix[x]);
4079             sfree(mat.axis_y);
4080             sfree(mat.matrix);
4081             sfree(mat.map);
4082         }
4083     }
4084
4085     if (bGem) {
4086         fprintf(stderr, "There were %i periodic shifts\n", hb->per->nper);
4087         fprintf(stderr, "Freeing pHist for all donors...\n");
4088         for (i=0; i<hb->d.nrd; i++) {
4089             fprintf(stderr, "\r%i",i);
4090             if (hb->per->pHist[i] != NULL) {
4091                 for (j=0; j<hb->a.nra; j++)
4092                     clearPshift(&(hb->per->pHist[i][j]));
4093                 sfree(hb->per->pHist[i]);
4094             }
4095         }
4096         sfree(hb->per->pHist);
4097         sfree(hb->per->p2i);
4098         sfree(hb->per);
4099         fprintf(stderr, "...done.\n");
4100     }
4101
4102 #ifdef HAVE_NN_LOOPS
4103     if (bNN)
4104         free_hbEmap(hb);
4105 #endif
4106
4107     if (hb->bDAnr) {
4108         int  i,j,nleg;
4109         char **legnames;
4110         char buf[STRLEN];
4111
4112 #define USE_THIS_GROUP(j) ( (j == gr0) || (bTwo && (j == gr1)) )
4113
4114         fp = xvgropen(opt2fn("-dan",NFILE,fnm),
4115                       "Donors and Acceptors","Time(ps)","Count",oenv);
4116         nleg = (bTwo?2:1)*2;
4117         snew(legnames,nleg);
4118         i=0;
4119         for(j=0; j<grNR; j++)
4120             if ( USE_THIS_GROUP(j) ) {
4121                 sprintf(buf,"Donors %s",grpnames[j]);
4122                 legnames[i++] = strdup(buf);
4123                 sprintf(buf,"Acceptors %s",grpnames[j]);
4124                 legnames[i++] = strdup(buf);
4125             }
4126         if (i != nleg)
4127             gmx_incons("number of legend entries");
4128         xvgr_legend(fp,nleg,(const char**)legnames,oenv);
4129         for(i=0; i<nframes; i++) {
4130             fprintf(fp,"%10g",hb->time[i]);
4131             for (j=0; (j<grNR); j++)
4132                 if ( USE_THIS_GROUP(j) )
4133                     fprintf(fp," %6d",hb->danr[i][j]);
4134             fprintf(fp,"\n");
4135         }
4136         ffclose(fp);
4137     }
4138
4139     thanx(stdout);
4140
4141     return 0;
4142 }