src/gromacs/gmxana/gmx_rmsdist.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 "config.h"
  40
  41 #include <math.h>
  42
  43 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  44 #include "gromacs/utility/smalloc.h"
  45 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  46 #include "gromacs/legacyheaders/names.h"
  47 #include "gromacs/commandline/pargs.h"
  48 #include "gromacs/fileio/tpxio.h"
  49 #include "gromacs/fileio/trxio.h"
  50 #include "gromacs/fileio/strdb.h"
  51 #include "gromacs/math/vec.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/macros.h"
  53 #include "gromacs/topology/index.h"
  54 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  55 #include "gromacs/fileio/xvgr.h"
  56 #include "gromacs/legacyheaders/viewit.h"
  57 #include "gromacs/utility/futil.h"
  58 #include "gromacs/fileio/matio.h"
  59 #include "gmx_ana.h"
  60
  61
  62 static void calc_dist(int nind, atom_id index[], rvec x[], int ePBC, matrix box,
  63                       real **d)
  64 {
  65     int      i, j;
  66     real    *xi;
  67     rvec     dx;
  68     real     temp2;
  69     t_pbc    pbc;
  70
  71     set_pbc(&pbc, ePBC, box);
  72     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
  73     {
  74         xi = x[index[i]];
  75         for (j = i+1; (j < nind); j++)
  76         {
  77             pbc_dx(&pbc, xi, x[index[j]], dx);
  78             temp2   = norm2(dx);
  79             d[i][j] = sqrt(temp2);
  80         }
  81     }
  82 }
  83
  84 static void calc_dist_tot(int nind, atom_id index[], rvec x[],
  85                           int ePBC, matrix box,
  86                           real **d, real **dtot, real **dtot2,
  87                           gmx_bool bNMR, real **dtot1_3, real **dtot1_6)
  88 {
  89     int      i, j;
  90     real    *xi;
  91     real     temp, temp2, temp1_3;
  92     rvec     dx;
  93     t_pbc    pbc;
  94
  95     set_pbc(&pbc, ePBC, box);
  96     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
  97     {
  98         xi = x[index[i]];
  99         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 100         {
 101             pbc_dx(&pbc, xi, x[index[j]], dx);
 102             temp2        = norm2(dx);
 103             temp         = sqrt(temp2);
 104             d[i][j]      = temp;
 105             dtot[i][j]  += temp;
 106             dtot2[i][j] += temp2;
 107             if (bNMR)
 108             {
 109                 temp1_3        = 1.0/(temp*temp2);
 110                 dtot1_3[i][j] += temp1_3;
 111                 dtot1_6[i][j] += temp1_3*temp1_3;
 112             }
 113         }
 114     }
 115 }
 116
 117 static void calc_nmr(int nind, int nframes, real **dtot1_3, real **dtot1_6,
 118                      real *max1_3, real *max1_6)
 119 {
 120     int     i, j;
 121     real    temp1_3, temp1_6;
 122
 123     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
 124     {
 125         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 126         {
 127             temp1_3 = pow(dtot1_3[i][j]/nframes, -1.0/3.0);
 128             temp1_6 = pow(dtot1_6[i][j]/nframes, -1.0/6.0);
 129             if (temp1_3 > *max1_3)
 130             {
 131                 *max1_3 = temp1_3;
 132             }
 133             if (temp1_6 > *max1_6)
 134             {
 135                 *max1_6 = temp1_6;
 136             }
 137             dtot1_3[i][j] = temp1_3;
 138             dtot1_6[i][j] = temp1_6;
 139             dtot1_3[j][i] = temp1_3;
 140             dtot1_6[j][i] = temp1_6;
 141         }
 142     }
 143 }
 144
 145 static char Hnum[] = "123";
 146
 147 typedef struct {
 148     int  nr;
 149     real r_3;
 150     real r_6;
 151     real i_3;
 152     real i_6;
 153 } t_noe;
 154
 155 typedef struct {
 156     int   anr;
 157     int   ianr;
 158     int   rnr;
 159     char *aname;
 160     char *rname;
 161 } t_noe_gr;
 162
 163 typedef struct {
 164     int   rnr;
 165     char *nname;
 166     char *rname;
 167     char *aname;
 168 } t_equiv;
 169
 170 static int read_equiv(const char *eq_fn, t_equiv ***equivptr)
 171 {
 172     FILE     *fp;
 173     char      line[STRLEN], resname[10], atomname[10], *lp;
 174     int       neq, na, n, resnr;
 175     t_equiv **equiv;
 176
 177     fp    = gmx_ffopen(eq_fn, "r");
 178     neq   = 0;
 179     equiv = NULL;
 180     while (get_a_line(fp, line, STRLEN))
 181     {
 182         lp = line;
 183         /* this is not efficient, but I'm lazy */
 184         srenew(equiv, neq+1);
 185         equiv[neq] = NULL;
 186         na         = 0;
 187         if (sscanf(lp, "%s %n", atomname, &n) == 1)
 188         {
 189             lp += n;
 190             snew(equiv[neq], 1);
 191             equiv[neq][0].nname = gmx_strdup(atomname);
 192             while (sscanf(lp, "%d %s %s %n", &resnr, resname, atomname, &n) == 3)
 193             {
 194                 /* this is not efficient, but I'm lazy (again) */
 195                 srenew(equiv[neq], na+1);
 196                 equiv[neq][na].rnr   = resnr-1;
 197                 equiv[neq][na].rname = gmx_strdup(resname);
 198                 equiv[neq][na].aname = gmx_strdup(atomname);
 199                 if (na > 0)
 200                 {
 201                     equiv[neq][na].nname = NULL;
 202                 }
 203                 na++;
 204                 lp += n;
 205             }
 206         }
 207         /* make empty element as flag for end of array */
 208         srenew(equiv[neq], na+1);
 209         equiv[neq][na].rnr   = NOTSET;
 210         equiv[neq][na].rname = NULL;
 211         equiv[neq][na].aname = NULL;
 212
 213         /* next */
 214         neq++;
 215     }
 216     gmx_ffclose(fp);
 217
 218     *equivptr = equiv;
 219
 220     return neq;
 221 }
 222
 223 static void dump_equiv(FILE *out, int neq, t_equiv **equiv)
 224 {
 225     int i, j;
 226
 227     fprintf(out, "Dumping equivalent list\n");
 228     for (i = 0; i < neq; i++)
 229     {
 230         fprintf(out, "%s", equiv[i][0].nname);
 231         for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET; j++)
 232         {
 233             fprintf(out, " %d %s %s",
 234                     equiv[i][j].rnr, equiv[i][j].rname, equiv[i][j].aname);
 235         }
 236         fprintf(out, "\n");
 237     }
 238 }
 239
 240 static gmx_bool is_equiv(int neq, t_equiv **equiv, char **nname,
 241                          int rnr1, char *rname1, char *aname1,
 242                          int rnr2, char *rname2, char *aname2)
 243 {
 244     int      i, j;
 245     gmx_bool bFound;
 246
 247     bFound = FALSE;
 248     /* we can terminate each loop when bFound is true! */
 249     for (i = 0; i < neq && !bFound; i++)
 250     {
 251         /* find first atom */
 252         for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET && !bFound; j++)
 253         {
 254             bFound = ( equiv[i][j].rnr == rnr1 &&
 255                        strcmp(equiv[i][j].rname, rname1) == 0 &&
 256                        strcmp(equiv[i][j].aname, aname1) == 0 );
 257         }
 258         if (bFound)
 259         {
 260             /* find second atom */
 261             bFound = FALSE;
 262             for (j = 0; equiv[i][j].rnr != NOTSET && !bFound; j++)
 263             {
 264                 bFound = ( equiv[i][j].rnr == rnr2 &&
 265                            strcmp(equiv[i][j].rname, rname2) == 0 &&
 266                            strcmp(equiv[i][j].aname, aname2) == 0 );
 267             }
 268         }
 269     }
 270     if (bFound)
 271     {
 272         *nname = gmx_strdup(equiv[i-1][0].nname);
 273     }
 274
 275     return bFound;
 276 }
 277
 278 static int analyze_noe_equivalent(const char *eq_fn,
 279                                   t_atoms *atoms, int isize, atom_id *index,
 280                                   gmx_bool bSumH,
 281                                   atom_id *noe_index, t_noe_gr *noe_gr)
 282 {
 283     FILE     *fp;
 284     int       i, j, anmil, anmjl, rnri, rnrj, gi, groupnr, neq;
 285     char     *anmi, *anmj, **nnm;
 286     gmx_bool  bMatch, bEquiv;
 287     t_equiv **equiv;
 288
 289     snew(nnm, isize);
 290     if (bSumH)
 291     {
 292         if (eq_fn)
 293         {
 294             neq = read_equiv(eq_fn, &equiv);
 295             if (debug)
 296             {
 297                 dump_equiv(debug, neq, equiv);
 298             }
 299         }
 300         else
 301         {
 302             neq   = 0;
 303             equiv = NULL;
 304         }
 305
 306         groupnr = 0;
 307         for (i = 0; i < isize; i++)
 308         {
 309             if (equiv && i < isize-1)
 310             {
 311                 /* check explicit list of equivalent atoms */
 312                 do
 313                 {
 314                     j      = i+1;
 315                     rnri   = atoms->atom[index[i]].resind;
 316                     rnrj   = atoms->atom[index[j]].resind;
 317                     bEquiv =
 318                         is_equiv(neq, equiv, &nnm[i],
 319                                  rnri, *atoms->resinfo[rnri].name, *atoms->atomname[index[i]],
 320                                  rnrj, *atoms->resinfo[rnrj].name, *atoms->atomname[index[j]]);
 321                     if (nnm[i] && bEquiv)
 322                     {
 323                         nnm[j] = gmx_strdup(nnm[i]);
 324                     }
 325                     if (bEquiv)
 326                     {
 327                         /* set index for matching atom */
 328                         noe_index[i] = groupnr;
 329                         /* skip matching atom */
 330                         i = j;
 331                     }
 332                 }
 333                 while (bEquiv && i < isize-1);
 334             }
 335             else
 336             {
 337                 bEquiv = FALSE;
 338             }
 339             if (!bEquiv)
 340             {
 341                 /* look for triplets of consecutive atoms with name XX?,
 342                    X are any number of letters or digits and ? goes from 1 to 3
 343                    This is supposed to cover all CH3 groups and the like */
 344                 anmi   = *atoms->atomname[index[i]];
 345                 anmil  = strlen(anmi);
 346                 bMatch = i <= isize-3 && anmi[anmil-1] == '1';
 347                 if (bMatch)
 348                 {
 349                     for (j = 1; j < 3; j++)
 350                     {
 351                         anmj   = *atoms->atomname[index[i+j]];
 352                         anmjl  = strlen(anmj);
 353                         bMatch = bMatch && ( anmil == anmjl && anmj[anmjl-1] == Hnum[j] &&
 354                                              strncmp(anmi, anmj, anmil-1) == 0 );
 355                     }
 356                 }
 357                 /* set index for this atom */
 358                 noe_index[i] = groupnr;
 359                 if (bMatch)
 360                 {
 361                     /* set index for next two matching atoms */
 362                     for (j = 1; j < 3; j++)
 363                     {
 364                         noe_index[i+j] = groupnr;
 365                     }
 366                     /* skip matching atoms */
 367                     i += 2;
 368                 }
 369             }
 370             groupnr++;
 371         }
 372     }
 373     else
 374     {
 375         /* make index without looking for equivalent atoms */
 376         for (i = 0; i < isize; i++)
 377         {
 378             noe_index[i] = i;
 379         }
 380         groupnr = isize;
 381     }
 382     noe_index[isize] = groupnr;
 383
 384     if (debug)
 385     {
 386         /* dump new names */
 387         for (i = 0; i < isize; i++)
 388         {
 389             rnri = atoms->atom[index[i]].resind;
 390             fprintf(debug, "%s %s %d -> %s\n", *atoms->atomname[index[i]],
 391                     *atoms->resinfo[rnri].name, rnri, nnm[i] ? nnm[i] : "");
 392         }
 393     }
 394
 395     for (i = 0; i < isize; i++)
 396     {
 397         gi = noe_index[i];
 398         if (!noe_gr[gi].aname)
 399         {
 400             noe_gr[gi].ianr = i;
 401             noe_gr[gi].anr  = index[i];
 402             if (nnm[i])
 403             {
 404                 noe_gr[gi].aname = gmx_strdup(nnm[i]);
 405             }
 406             else
 407             {
 408                 noe_gr[gi].aname = gmx_strdup(*atoms->atomname[index[i]]);
 409                 if (noe_index[i] == noe_index[i+1])
 410                 {
 411                     noe_gr[gi].aname[strlen(noe_gr[gi].aname)-1] = '*';
 412                 }
 413             }
 414             noe_gr[gi].rnr   = atoms->atom[index[i]].resind;
 415             noe_gr[gi].rname = gmx_strdup(*atoms->resinfo[noe_gr[gi].rnr].name);
 416             /* dump group definitions */
 417             if (debug)
 418             {
 419                 fprintf(debug, "%d %d %d %d %s %s %d\n", i, gi,
 420                         noe_gr[gi].ianr, noe_gr[gi].anr, noe_gr[gi].aname,
 421                         noe_gr[gi].rname, noe_gr[gi].rnr);
 422             }
 423         }
 424     }
 425     for (i = 0; i < isize; i++)
 426     {
 427         sfree(nnm[i]);
 428     }
 429     sfree(nnm);
 430
 431     return groupnr;
 432 }
 433
 434 /* #define NSCALE 3 */
 435 /*  static char *noe_scale[NSCALE+1] = { */
 436 /*    "strong", "medium", "weak", "none" */
 437 /*  }; */
 438 #define NSCALE 6
 439
 440 static char *noe2scale(real r3, real r6, real rmax)
 441 {
 442     int         i, s3, s6;
 443     static char buf[NSCALE+1];
 444
 445     /* r goes from 0 to rmax
 446        NSCALE*r/rmax goes from 0 to NSCALE
 447        NSCALE - NSCALE*r/rmax goes from NSCALE to 0 */
 448     s3 = NSCALE - min(NSCALE, (int)(NSCALE*r3/rmax));
 449     s6 = NSCALE - min(NSCALE, (int)(NSCALE*r6/rmax));
 450
 451     for (i = 0; i < s3; i++)
 452     {
 453         buf[i] = '=';
 454     }
 455     for (; i < s6; i++)
 456     {
 457         buf[i] = '-';
 458     }
 459     buf[i] = '\0';
 460
 461     return buf;
 462 }
 463
 464 static void calc_noe(int isize, atom_id *noe_index,
 465                      real **dtot1_3, real **dtot1_6, int gnr, t_noe **noe)
 466 {
 467     int i, j, gi, gj;
 468
 469     /* make half matrix of noe-group distances from atom distances */
 470     for (i = 0; i < isize; i++)
 471     {
 472         gi = noe_index[i];
 473         for (j = i; j < isize; j++)
 474         {
 475             gj = noe_index[j];
 476             noe[gi][gj].nr++;
 477             noe[gi][gj].i_3 += pow(dtot1_3[i][j], -3);
 478             noe[gi][gj].i_6 += pow(dtot1_6[i][j], -6);
 479         }
 480     }
 481
 482     /* make averages */
 483     for (i = 0; i < gnr; i++)
 484     {
 485         for (j = i+1; j < gnr; j++)
 486         {
 487             noe[i][j].r_3 = pow(noe[i][j].i_3/noe[i][j].nr, -1.0/3.0);
 488             noe[i][j].r_6 = pow(noe[i][j].i_6/noe[i][j].nr, -1.0/6.0);
 489             noe[j][i]     = noe[i][j];
 490         }
 491     }
 492 }
 493
 494 static void write_noe(FILE *fp, int gnr, t_noe **noe, t_noe_gr *noe_gr, real rmax)
 495 {
 496     int      i, j;
 497     real     r3, r6, min3, min6;
 498     char     buf[10], b3[10], b6[10];
 499     t_noe_gr gri, grj;
 500
 501     min3 = min6 = 1e6;
 502     fprintf(fp,
 503             ";%4s %3s %4s %4s%3s %4s %4s %4s %4s%3s %5s %5s %8s %2s %2s %s\n",
 504             "ianr", "anr", "anm", "rnm", "rnr", "ianr", "anr", "anm", "rnm", "rnr",
 505             "1/r^3", "1/r^6", "intnsty", "Dr", "Da", "scale");
 506     for (i = 0; i < gnr; i++)
 507     {
 508         gri = noe_gr[i];
 509         for (j = i+1; j < gnr; j++)
 510         {
 511             grj  = noe_gr[j];
 512             r3   = noe[i][j].r_3;
 513             r6   = noe[i][j].r_6;
 514             min3 = min(r3, min3);
 515             min6 = min(r6, min6);
 516             if (r3 < rmax || r6 < rmax)
 517             {
 518                 if (grj.rnr == gri.rnr)
 519                 {
 520                     sprintf(buf, "%2d", grj.anr-gri.anr);
 521                 }
 522                 else
 523                 {
 524                     buf[0] = '\0';
 525                 }
 526                 if (r3 < rmax)
 527                 {
 528                     sprintf(b3, "%-5.3f", r3);
 529                 }
 530                 else
 531                 {
 532                     strcpy(b3, "-");
 533                 }
 534                 if (r6 < rmax)
 535                 {
 536                     sprintf(b6, "%-5.3f", r6);
 537                 }
 538                 else
 539                 {
 540                     strcpy(b6, "-");
 541                 }
 542                 fprintf(fp,
 543                         "%4d %4d %4s %4s%3d %4d %4d %4s %4s%3d %5s %5s %8d %2d %2s %s\n",
 544                         gri.ianr+1, gri.anr+1, gri.aname, gri.rname, gri.rnr+1,
 545                         grj.ianr+1, grj.anr+1, grj.aname, grj.rname, grj.rnr+1,
 546                         b3, b6, (int)(noe[i][j].i_6+0.5), grj.rnr-gri.rnr, buf,
 547                         noe2scale(r3, r6, rmax));
 548             }
 549         }
 550     }
 551 #define MINI ((i == 3) ? min3 : min6)
 552     for (i = 3; i <= 6; i += 3)
 553     {
 554         if (MINI > rmax)
 555         {
 556             fprintf(stdout, "NOTE: no 1/r^%d averaged distances found below %g, "
 557                     "smallest was %g\n", i, rmax, MINI );
 558         }
 559         else
 560         {
 561             fprintf(stdout, "Smallest 1/r^%d averaged distance was %g\n", i, MINI );
 562         }
 563     }
 564 #undef MINI
 565 }
 566
 567 static void calc_rms(int nind, int nframes,
 568                      real **dtot, real **dtot2,
 569                      real **rmsmat,  real *rmsmax,
 570                      real **rmscmat, real *rmscmax,
 571                      real **meanmat, real *meanmax)
 572 {
 573     int     i, j;
 574     real    mean, mean2, rms, rmsc;
 575 /* N.B. dtot and dtot2 contain the total distance and the total squared
 576  * distance respectively, BUT they return RMS and the scaled RMS resp.
 577  */
 578
 579     *rmsmax  = -1000;
 580     *rmscmax = -1000;
 581     *meanmax = -1000;
 582
 583     for (i = 0; (i < nind-1); i++)
 584     {
 585         for (j = i+1; (j < nind); j++)
 586         {
 587             mean  = dtot[i][j]/nframes;
 588             mean2 = dtot2[i][j]/nframes;
 589             rms   = sqrt(max(0, mean2-mean*mean));
 590             rmsc  = rms/mean;
 591             if (mean > *meanmax)
 592             {
 593                 *meanmax = mean;
 594             }
 595             if (rms  > *rmsmax)
 596             {
 597                 *rmsmax = rms;
 598             }
 599             if (rmsc > *rmscmax)
 600             {
 601                 *rmscmax = rmsc;
 602             }
 603             meanmat[i][j] = meanmat[j][i] = mean;
 604             rmsmat[i][j]  = rmsmat[j][i] = rms;
 605             rmscmat[i][j] = rmscmat[j][i] = rmsc;
 606         }
 607     }
 608 }
 609
 610 real rms_diff(int natom, real **d, real **d_r)
 611 {
 612     int  i, j;
 613     real r, r2;
 614
 615     r2 = 0.0;
 616     for (i = 0; (i < natom-1); i++)
 617     {
 618         for (j = i+1; (j < natom); j++)
 619         {
 620             r   = d[i][j]-d_r[i][j];
 621             r2 += r*r;
 622         }
 623     }
 624     r2 /= (natom*(natom-1))/2;
 625
 626     return sqrt(r2);
 627 }
 628
 629 int gmx_rmsdist(int argc, char *argv[])
 630 {
 631     const char     *desc[] = {
 632         "[THISMODULE] computes the root mean square deviation of atom distances,",
 633         "which has the advantage that no fit is needed like in standard RMS",
 634         "deviation as computed by [gmx-rms].",
 635         "The reference structure is taken from the structure file.",
 636         "The RMSD at time t is calculated as the RMS",
 637         "of the differences in distance between atom-pairs in the reference",
 638         "structure and the structure at time t.[PAR]",
 639         "[THISMODULE] can also produce matrices of the rms distances, rms distances",
 640         "scaled with the mean distance and the mean distances and matrices with",
 641         "NMR averaged distances (1/r^3 and 1/r^6 averaging). Finally, lists",
 642         "of atom pairs with 1/r^3 and 1/r^6 averaged distance below the",
 643         "maximum distance ([TT]-max[tt], which will default to 0.6 in this case)",
 644         "can be generated, by default averaging over equivalent hydrogens",
 645         "(all triplets of hydrogens named *[123]). Additionally a list of",
 646         "equivalent atoms can be supplied ([TT]-equiv[tt]), each line containing",
 647         "a set of equivalent atoms specified as residue number and name and",
 648         "atom name; e.g.:[PAR]",
 649         "[TT]HB* 3 SER  HB1 3 SER  HB2[tt][PAR]",
 650         "Residue and atom names must exactly match those in the structure",
 651         "file, including case. Specifying non-sequential atoms is undefined."
 652
 653     };
 654
 655     int             natom, i, j, teller, gi, gj;
 656     real            t;
 657
 658     t_topology      top;
 659     int             ePBC;
 660     t_atoms        *atoms;
 661     matrix          box;
 662     rvec           *x;
 663     FILE           *fp;
 664
 665     t_trxstatus    *status;
 666     int             isize, gnr = 0;
 667     atom_id        *index, *noe_index;
 668     char           *grpname;
 669     real          **d_r, **d, **dtot, **dtot2, **mean, **rms, **rmsc, *resnr;
 670     real          **dtot1_3 = NULL, **dtot1_6 = NULL;
 671     real            rmsnow, meanmax, rmsmax, rmscmax;
 672     real            max1_3, max1_6;
 673     t_noe_gr       *noe_gr = NULL;
 674     t_noe         **noe    = NULL;
 675     t_rgb           rlo, rhi;
 676     char            buf[255];
 677     gmx_bool        bRMS, bScale, bMean, bNOE, bNMR3, bNMR6, bNMR;
 678
 679     static int      nlevels  = 40;
 680     static real     scalemax = -1.0;
 681     static gmx_bool bSumH    = TRUE;
 682     static gmx_bool bPBC     = TRUE;
 683     output_env_t    oenv;
 684
 685     t_pargs         pa[] = {
 686         { "-nlevels",   FALSE, etINT,  {&nlevels},
 687           "Discretize RMS in this number of levels" },
 688         { "-max",   FALSE, etREAL, {&scalemax},
 689           "Maximum level in matrices" },
 690         { "-sumh",  FALSE, etBOOL, {&bSumH},
 691           "Average distance over equivalent hydrogens" },
 692         { "-pbc",   FALSE, etBOOL, {&bPBC},
 693           "Use periodic boundary conditions when computing distances" }
 694     };
 695     t_filenm        fnm[] = {
 696         { efTRX, "-f",   NULL,       ffREAD },
 697         { efTPS, NULL,   NULL,       ffREAD },
 698         { efNDX, NULL,   NULL,       ffOPTRD },
 699         { efDAT, "-equiv", "equiv",   ffOPTRD },
 700         { efXVG, NULL,   "distrmsd", ffWRITE },
 701         { efXPM, "-rms", "rmsdist",  ffOPTWR },
 702         { efXPM, "-scl", "rmsscale", ffOPTWR },
 703         { efXPM, "-mean", "rmsmean",  ffOPTWR },
 704         { efXPM, "-nmr3", "nmr3",     ffOPTWR },
 705         { efXPM, "-nmr6", "nmr6",     ffOPTWR },
 706         { efDAT, "-noe", "noe",     ffOPTWR },
 707     };
 708 #define NFILE asize(fnm)
 709
 710     if (!parse_common_args(&argc, argv, PCA_CAN_VIEW | PCA_CAN_TIME,
 711                            NFILE, fnm, asize(pa), pa, asize(desc), desc, 0, NULL, &oenv))
 712     {
 713         return 0;
 714     }
 715
 716     bRMS   = opt2bSet("-rms", NFILE, fnm);
 717     bScale = opt2bSet("-scl", NFILE, fnm);
 718     bMean  = opt2bSet("-mean", NFILE, fnm);
 719     bNOE   = opt2bSet("-noe", NFILE, fnm);
 720     bNMR3  = opt2bSet("-nmr3", NFILE, fnm);
 721     bNMR6  = opt2bSet("-nmr6", NFILE, fnm);
 722     bNMR   = bNMR3 || bNMR6 || bNOE;
 723
 724     max1_3 = 0;
 725     max1_6 = 0;
 726
 727     /* check input */
 728     if (bNOE && scalemax < 0)
 729     {
 730         scalemax = 0.6;
 731         fprintf(stderr, "WARNING: using -noe without -max "
 732                 "makes no sense, setting -max to %g\n\n", scalemax);
 733     }
 734
 735     /* get topology and index */
 736     read_tps_conf(ftp2fn(efTPS, NFILE, fnm), buf, &top, &ePBC, &x, NULL, box, FALSE);
 737
 738     if (!bPBC)
 739     {
 740         ePBC = epbcNONE;
 741     }
 742     atoms = &(top.atoms);
 743
 744     get_index(atoms, ftp2fn_null(efNDX, NFILE, fnm), 1, &isize, &index, &grpname);
 745
 746     /* initialize arrays */
 747     snew(d, isize);
 748     snew(dtot, isize);
 749     snew(dtot2, isize);
 750     if (bNMR)
 751     {
 752         snew(dtot1_3, isize);
 753         snew(dtot1_6, isize);
 754     }
 755     snew(mean, isize);
 756     snew(rms, isize);
 757     snew(rmsc, isize);
 758     snew(d_r, isize);
 759     snew(resnr, isize);
 760     for (i = 0; (i < isize); i++)
 761     {
 762         snew(d[i], isize);
 763         snew(dtot[i], isize);
 764         snew(dtot2[i], isize);
 765         if (bNMR)
 766         {
 767             snew(dtot1_3[i], isize);
 768             snew(dtot1_6[i], isize);
 769         }
 770         snew(mean[i], isize);
 771         snew(rms[i], isize);
 772         snew(rmsc[i], isize);
 773         snew(d_r[i], isize);
 774         resnr[i] = i+1;
 775     }
 776
 777     /*set box type*/
 778     calc_dist(isize, index, x, ePBC, box, d_r);
 779     sfree(x);
 780
 781     /*open output files*/
 782     fp = xvgropen(ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), "RMS Deviation", "Time (ps)", "RMSD (nm)",
 783                   oenv);
 784     if (output_env_get_print_xvgr_codes(oenv))
 785     {
 786         fprintf(fp, "@ subtitle \"of distances between %s atoms\"\n", grpname);
 787     }
 788
 789     /*do a first step*/
 790     natom  = read_first_x(oenv, &status, ftp2fn(efTRX, NFILE, fnm), &t, &x, box);
 791     teller = 0;
 792
 793     do
 794     {
 795         calc_dist_tot(isize, index, x, ePBC, box, d, dtot, dtot2, bNMR, dtot1_3, dtot1_6);
 796
 797         rmsnow = rms_diff(isize, d, d_r);
 798         fprintf(fp, "%g  %g\n", t, rmsnow);
 799         teller++;
 800     }
 801     while (read_next_x(oenv, status, &t, x, box));
 802     fprintf(stderr, "\n");
 803
 804     gmx_ffclose(fp);
 805
 806     close_trj(status);
 807
 808     calc_rms(isize, teller, dtot, dtot2, mean, &meanmax, rms, &rmsmax, rmsc, &rmscmax);
 809     fprintf(stderr, "rmsmax = %g, rmscmax = %g\n", rmsmax, rmscmax);
 810
 811     if (bNMR)
 812     {
 813         calc_nmr(isize, teller, dtot1_3, dtot1_6, &max1_3, &max1_6);
 814     }
 815
 816     if (scalemax > -1.0)
 817     {
 818         rmsmax  = scalemax;
 819         rmscmax = scalemax;
 820         meanmax = scalemax;
 821         max1_3  = scalemax;
 822         max1_6  = scalemax;
 823     }
 824
 825     if (bNOE)
 826     {
 827         /* make list of noe atom groups */
 828         snew(noe_index, isize+1);
 829         snew(noe_gr, isize);
 830         gnr = analyze_noe_equivalent(opt2fn_null("-equiv", NFILE, fnm),
 831                                      atoms, isize, index, bSumH, noe_index, noe_gr);
 832         fprintf(stdout, "Found %d non-equivalent atom-groups in %d atoms\n",
 833                 gnr, isize);
 834         /* make half matrix of of noe-group distances from atom distances */
 835         snew(noe, gnr);
 836         for (i = 0; i < gnr; i++)
 837         {
 838             snew(noe[i], gnr);
 839         }
 840         calc_noe(isize, noe_index, dtot1_3, dtot1_6, gnr, noe);
 841     }
 842
 843     rlo.r = 1.0, rlo.g = 1.0, rlo.b = 1.0;
 844     rhi.r = 0.0, rhi.g = 0.0, rhi.b = 0.0;
 845
 846     if (bRMS)
 847     {
 848         write_xpm(opt2FILE("-rms", NFILE, fnm, "w"), 0,
 849                   "RMS of distance", "RMS (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 850                   isize, isize, resnr, resnr, rms, 0.0, rmsmax, rlo, rhi, &nlevels);
 851     }
 852
 853     if (bScale)
 854     {
 855         write_xpm(opt2FILE("-scl", NFILE, fnm, "w"), 0,
 856                   "Relative RMS", "RMS", "Atom Index", "Atom Index",
 857                   isize, isize, resnr, resnr, rmsc, 0.0, rmscmax, rlo, rhi, &nlevels);
 858     }
 859
 860     if (bMean)
 861     {
 862         write_xpm(opt2FILE("-mean", NFILE, fnm, "w"), 0,
 863                   "Mean Distance", "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 864                   isize, isize, resnr, resnr, mean, 0.0, meanmax, rlo, rhi, &nlevels);
 865     }
 866
 867     if (bNMR3)
 868     {
 869         write_xpm(opt2FILE("-nmr3", NFILE, fnm, "w"), 0, "1/r^3 averaged distances",
 870                   "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 871                   isize, isize, resnr, resnr, dtot1_3, 0.0, max1_3, rlo, rhi, &nlevels);
 872     }
 873     if (bNMR6)
 874     {
 875         write_xpm(opt2FILE("-nmr6", NFILE, fnm, "w"), 0, "1/r^6 averaged distances",
 876                   "Distance (nm)", "Atom Index", "Atom Index",
 877                   isize, isize, resnr, resnr, dtot1_6, 0.0, max1_6, rlo, rhi, &nlevels);
 878     }
 879
 880     if (bNOE)
 881     {
 882         write_noe(opt2FILE("-noe", NFILE, fnm, "w"), gnr, noe, noe_gr, scalemax);
 883     }
 884
 885     do_view(oenv, ftp2fn(efXVG, NFILE, fnm), NULL);
 886
 887     return 0;
 888 }