src/gromacs/gmxana/gmx_nmens.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 <string.h>
  41
  42 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  43 #include "gromacs/fileio/pdbio.h"
  44 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  45 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  46 #include "gromacs/gmxana/eigio.h"
  47 #include "gromacs/gmxana/gmx_ana.h"
  48 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  49 #include "gromacs/legacyheaders/txtdump.h"
  50 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  51 #include "gromacs/math/units.h"
  52 #include "gromacs/math/vec.h"
  53 #include "gromacs/random/random.h"
  54 #include "gromacs/topology/index.h"
  55 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  56 #include "gromacs/utility/futil.h"
  57 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  58
  59
  60 int gmx_nmens(int argc, char *argv[])
  61 {
  62     const char *desc[] = {
  63         "[THISMODULE] generates an ensemble around an average structure",
  64         "in a subspace that is defined by a set of normal modes (eigenvectors).",
  65         "The eigenvectors are assumed to be mass-weighted.",
  66         "The position along each eigenvector is randomly taken from a Gaussian",
  67         "distribution with variance kT/eigenvalue.[PAR]",
  68         "By default the starting eigenvector is set to 7, since the first six",
  69         "normal modes are the translational and rotational degrees of freedom."
  70     };
  71     static int  nstruct = 100, first = 7, last = -1, seed = -1;
  72     static real temp    = 300.0;
  73     t_pargs     pa[]    = {
  74         { "-temp",  FALSE, etREAL, {&temp},
  75           "Temperature in Kelvin" },
  76         { "-seed", FALSE, etINT, {&seed},
  77           "Random seed, -1 generates a seed from time and pid" },
  78         { "-num", FALSE, etINT, {&nstruct},
  79           "Number of structures to generate" },
  80         { "-first", FALSE, etINT, {&first},
  81           "First eigenvector to use (-1 is select)" },
  82         { "-last",  FALSE, etINT, {&last},
  83           "Last eigenvector to use (-1 is till the last)" }
  84     };
  85 #define NPA asize(pa)
  86
  87     t_trxstatus        *out;
  88     int                 status, trjout;
  89     t_topology          top;
  90     int                 ePBC;
  91     t_atoms            *atoms;
  92     rvec               *xtop, *xref, *xav, *xout1, *xout2;
  93     gmx_bool            bDMR, bDMA, bFit;
  94     int                 nvec, *eignr = NULL;
  95     rvec              **eigvec = NULL;
  96     matrix              box;
  97     real               *eigval, totmass, *invsqrtm, t, disp;
  98     int                 natoms, neigval;
  99     char               *grpname, title[STRLEN];
 100     const char         *indexfile;
 101     int                 i, j, d, s, v;
 102     int                 nout, *iout, noutvec, *outvec;
 103     atom_id            *index;
 104     real                rfac, invfr, rhalf, jr;
 105     int          *      eigvalnr;
 106     output_env_t        oenv;
 107     gmx_rng_t           rng;
 108     unsigned long       jran;
 109     const unsigned long im = 0xffff;
 110     const unsigned long ia = 1093;
 111     const unsigned long ic = 18257;
 112
 113
 114     t_filenm fnm[] = {
 115         { efTRN, "-v",    "eigenvec",    ffREAD  },
 116         { efXVG, "-e",    "eigenval",    ffREAD  },
 117         { efTPS, NULL,    NULL,          ffREAD },
 118         { efNDX, NULL,    NULL,          ffOPTRD },
 119         { efTRO, "-o",    "ensemble",    ffWRITE }
 120     };
 121 #define NFILE asize(fnm)
 122
 123     if (!parse_common_args(&argc, argv, 0,
 124                            NFILE, fnm, NPA, pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 125     {
 126         return 0;
 127     }
 128
 129     indexfile = ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm);
 130
 131     read_eigenvectors(opt2fn("-v", NFILE, fnm), &natoms, &bFit,
 132                       &xref, &bDMR, &xav, &bDMA, &nvec, &eignr, &eigvec, &eigval);
 133
 134     read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), title, &top, &ePBC, &xtop, NULL, box, bDMA);
 135     atoms = &top.atoms;
 136
 137     printf("\nSelect an index group of %d elements that corresponds to the eigenvectors\n", natoms);
 138     get_index(atoms, indexfile, 1, &i, &index, &grpname);
 139     if (i != natoms)
 140     {
 141         gmx_fatal(FARGS, "you selected a group with %d elements instead of %d",
 142                   i, natoms);
 143     }
 144     printf("\n");
 145
 146     snew(invsqrtm, natoms);
 147     if (bDMA)
 148     {
 149         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 150         {
 151             invsqrtm[i] = gmx_invsqrt(atoms->atom[index[i]].m);
 152         }
 153     }
 154     else
 155     {
 156         for (i = 0; (i < natoms); i++)
 157         {
 158             invsqrtm[i] = 1.0;
 159         }
 160     }
 161
 162     if (last == -1)
 163     {
 164         last = natoms*DIM;
 165     }
 166     if (first > -1)
 167     {
 168         /* make an index from first to last */
 169         nout = last-first+1;
 170         snew(iout, nout);
 171         for (i = 0; i < nout; i++)
 172         {
 173             iout[i] = first-1+i;
 174         }
 175     }
 176     else
 177     {
 178         printf("Select eigenvectors for output, end your selection with 0\n");
 179         nout = -1;
 180         iout = NULL;
 181         do
 182         {
 183             nout++;
 184             srenew(iout, nout+1);
 185             if (1 != scanf("%d", &iout[nout]))
 186             {
 187                 gmx_fatal(FARGS, "Error reading user input");
 188             }
 189             iout[nout]--;
 190         }
 191         while (iout[nout] >= 0);
 192         printf("\n");
 193     }
 194
 195     /* make an index of the eigenvectors which are present */
 196     snew(outvec, nout);
 197     noutvec = 0;
 198     for (i = 0; i < nout; i++)
 199     {
 200         j = 0;
 201         while ((j < nvec) && (eignr[j] != iout[i]))
 202         {
 203             j++;
 204         }
 205         if ((j < nvec) && (eignr[j] == iout[i]))
 206         {
 207             outvec[noutvec] = j;
 208             iout[noutvec]   = iout[i];
 209             noutvec++;
 210         }
 211     }
 212
 213     fprintf(stderr, "%d eigenvectors selected for output\n", noutvec);
 214
 215     if (seed == -1)
 216     {
 217         seed = (int)gmx_rng_make_seed();
 218         rng  = gmx_rng_init(seed);
 219     }
 220     else
 221     {
 222         rng = gmx_rng_init(seed);
 223     }
 224     fprintf(stderr, "Using seed %d and a temperature of %g K\n", seed, temp);
 225
 226     snew(xout1, natoms);
 227     snew(xout2, atoms->nr);
 228     out  = open_trx(ftp2fn(efTRO, NFILE, fnm), "w");
 229     jran = (unsigned long)((real)im*gmx_rng_uniform_real(rng));
 230     gmx_rng_destroy(rng);
 231     for (s = 0; s < nstruct; s++)
 232     {
 233         for (i = 0; i < natoms; i++)
 234         {
 235             copy_rvec(xav[i], xout1[i]);
 236         }
 237         for (j = 0; j < noutvec; j++)
 238         {
 239             v = outvec[j];
 240             /* (r-0.5) n times:  var_n = n * var_1 = n/12
 241                n=4:  var_n = 1/3, so multiply with 3 */
 242
 243             rfac  = sqrt(3.0 * BOLTZ*temp/eigval[iout[j]]);
 244             rhalf = 2.0*rfac;
 245             rfac  = rfac/(real)im;
 246
 247             jran = (jran*ia+ic) & im;
 248             jr   = (real)jran;
 249             jran = (jran*ia+ic) & im;
 250             jr  += (real)jran;
 251             jran = (jran*ia+ic) & im;
 252             jr  += (real)jran;
 253             jran = (jran*ia+ic) & im;
 254             jr  += (real)jran;
 255             disp = rfac * jr - rhalf;
 256
 257             for (i = 0; i < natoms; i++)
 258             {
 259                 for (d = 0; d < DIM; d++)
 260                 {
 261                     xout1[i][d] += disp*eigvec[v][i][d]*invsqrtm[i];
 262                 }
 263             }
 264         }
 265         for (i = 0; i < natoms; i++)
 266         {
 267             copy_rvec(xout1[i], xout2[index[i]]);
 268         }
 269         t = s+1;
 270         write_trx(out, natoms, index, atoms, 0, t, box, xout2, NULL, NULL);
 271         fprintf(stderr, "\rGenerated %d structures", s+1);
 272     }
 273     fprintf(stderr, "\n");
 274     close_trx(out);
 275
 276     return 0;
 277 }