src/gromacs/gmxana/gmx_lie.c

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
   5  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2013,2014, by the GROMACS development team, led by
   7  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   8  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   9  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  10  *
  11  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  13  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  14  * of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with GROMACS; if not, see
  23  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  24  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  25  *
  26  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  27  * consider that scientific software is very special. Version
  28  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  29  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  30  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  31  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  32  * official version at http://www.gromacs.org.
  33  *
  34  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  35  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  36  */
  37 #include "gmxpre.h"
  38
  39 #include <math.h>
  40 #include <stdio.h>
  41 #include <stdlib.h>
  42 #include <string.h>
  43
  44 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  46 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  47 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  48 #include "gromacs/math/vec.h"
  49 #include "gromacs/utility/futil.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  51 #include "gromacs/fileio/enxio.h"
  52 #include "gstat.h"
  53 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  54 #include "gromacs/legacyheaders/viewit.h"
  55 #include "gmx_ana.h"
  56 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  57
  58 typedef struct {
  59     int  nlj, nqq;
  60     int *lj;
  61     int *qq;
  62 } t_liedata;
  63
  64 static t_liedata *analyze_names(int nre, gmx_enxnm_t *names, const char *ligand)
  65 {
  66     int        i;
  67     t_liedata *ld;
  68     char       self[256];
  69
  70     /* Skip until we come to pressure */
  71     for (i = 0; (i < F_NRE); i++)
  72     {
  73         if (strcmp(names[i].name, interaction_function[F_PRES].longname) == 0)
  74         {
  75             break;
  76         }
  77     }
  78
  79     /* Now real analysis: find components of energies */
  80     sprintf(self, "%s-%s", ligand, ligand);
  81     snew(ld, 1);
  82     for (; (i < nre); i++)
  83     {
  84         if ((strstr(names[i].name, ligand) != NULL) &&
  85             (strstr(names[i].name, self) == NULL))
  86         {
  87             if (strstr(names[i].name, "LJ") != NULL)
  88             {
  89                 ld->nlj++;
  90                 srenew(ld->lj, ld->nlj);
  91                 ld->lj[ld->nlj-1] = i;
  92             }
  93             else if (strstr(names[i].name, "Coul") != NULL)
  94             {
  95                 ld->nqq++;
  96                 srenew(ld->qq, ld->nqq);
  97                 ld->qq[ld->nqq-1] = i;
  98             }
  99         }
 100     }
 101     printf("Using the following energy terms:\n");
 102     printf("LJ:  ");
 103     for (i = 0; (i < ld->nlj); i++)
 104     {
 105         printf("  %12s", names[ld->lj[i]].name);
 106     }
 107     printf("\nCoul:");
 108     for (i = 0; (i < ld->nqq); i++)
 109     {
 110         printf("  %12s", names[ld->qq[i]].name);
 111     }
 112     printf("\n");
 113
 114     return ld;
 115 }
 116
 117 real calc_lie(t_liedata *ld, t_energy ee[], real lie_lj, real lie_qq,
 118               real fac_lj, real fac_qq)
 119 {
 120     int  i;
 121     real lj_tot, qq_tot;
 122
 123     lj_tot = 0;
 124     for (i = 0; (i < ld->nlj); i++)
 125     {
 126         lj_tot += ee[ld->lj[i]].e;
 127     }
 128     qq_tot = 0;
 129     for (i = 0; (i < ld->nqq); i++)
 130     {
 131         qq_tot += ee[ld->qq[i]].e;
 132     }
 133
 134     /* And now the great LIE formula: */
 135     return fac_lj*(lj_tot-lie_lj)+fac_qq*(qq_tot-lie_qq);
 136 }
 137
 138 int gmx_lie(int argc, char *argv[])
 139 {
 140     const char        *desc[] = {
 141         "[THISMODULE] computes a free energy estimate based on an energy analysis",
 142         "from nonbonded energies. One needs an energy file with the following components:",
 143         "Coul-(A-B) LJ-SR (A-B) etc.[PAR]",
 144         "To utilize [TT]g_lie[tt] correctly, two simulations are required: one with the",
 145         "molecule of interest bound to its receptor and one with the molecule in water.",
 146         "Both need to utilize [TT]energygrps[tt] such that Coul-SR(A-B), LJ-SR(A-B), etc. terms",
 147         "are written to the [TT].edr[tt] file. Values from the molecule-in-water simulation",
 148         "are necessary for supplying suitable values for -Elj and -Eqq."
 149     };
 150     static real        lie_lj = 0, lie_qq = 0, fac_lj = 0.181, fac_qq = 0.5;
 151     static const char *ligand = "none";
 152     t_pargs            pa[]   = {
 153         { "-Elj",  FALSE, etREAL, {&lie_lj},
 154           "Lennard-Jones interaction between ligand and solvent" },
 155         { "-Eqq",  FALSE, etREAL, {&lie_qq},
 156           "Coulomb interaction between ligand and solvent" },
 157         { "-Clj",  FALSE, etREAL, {&fac_lj},
 158           "Factor in the LIE equation for Lennard-Jones component of energy" },
 159         { "-Cqq",  FALSE, etREAL, {&fac_qq},
 160           "Factor in the LIE equation for Coulomb component of energy" },
 161         { "-ligand",  FALSE, etSTR, {&ligand},
 162           "Name of the ligand in the energy file" }
 163     };
 164 #define NPA asize(pa)
 165
 166     FILE         *out;
 167     int           nre, nframes = 0, ct = 0;
 168     ener_file_t   fp;
 169     gmx_bool      bCont;
 170     t_liedata    *ld;
 171     gmx_enxnm_t  *enm = NULL;
 172     t_enxframe   *fr;
 173     real          lie;
 174     double        lieaver = 0, lieav2 = 0;
 175     output_env_t  oenv;
 176
 177     t_filenm      fnm[] = {
 178         { efEDR, "-f",    "ener",     ffREAD   },
 179         { efXVG, "-o",    "lie",      ffWRITE  }
 180     };
 181 #define NFILE asize(fnm)
 182
 183     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW | PCA_CAN_TIME,
 184                            NFILE, fnm, NPA, pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 185     {
 186         return 0;
 187     }
 188
 189     fp = open_enx(ftp2fn(efEDR, NFILE, fnm), "r");
 190     do_enxnms(fp, &nre, &enm);
 191
 192     ld = analyze_names(nre, enm, ligand);
 193     snew(fr, 1);
 194
 195     out = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "LIE free energy estimate",
 196                    "Time (ps)", "DGbind (kJ/mol)", oenv);
 197     while (do_enx(fp, fr))
 198     {
 199         ct = check_times(fr->t);
 200         if (ct == 0)
 201         {
 202             lie      = calc_lie(ld, fr->ener, lie_lj, lie_qq, fac_lj, fac_qq);
 203             lieaver += lie;
 204             lieav2  += lie*lie;
 205             nframes++;
 206             fprintf(out, "%10g  %10g\n", fr->t, lie);
 207         }
 208     }
 209     close_enx(fp);
 210     gmx_ffclose(out);
 211     fprintf(stderr, "\n");
 212
 213     if (nframes > 0)
 214     {
 215         printf("DGbind = %.3f (%.3f)\n", lieaver/nframes,
 216                sqrt(lieav2/nframes-sqr(lieaver/nframes)));
 217     }
 218
 219     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "-nxy");
 220
 221     return 0;
 222 }