src/gromacs/mdlib/groupcoord.h

   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) 2001-2008, The GROMACS development team.
   6  * Copyright (c) 2012,2014, 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
  38 /*! \libinternal \file
  39  * \brief Assemble atomic positions of a (small) subset of atoms and distribute to all nodes.
  40  *
  41  *  This file contains functions to assemble the positions of a subset of the
  42  *  atoms and to do operations on it like determining the center of mass, or
  43  *  doing translations and rotations. These functions are useful when
  44  *  a subset of the positions needs to be compared to some set of reference
  45  *  positions, as e.g. done for essential dynamics.
  46  *
  47  * \inlibraryapi
  48  */
  49
  50 #include <stdio.h>
  51 #include "gromacs/legacyheaders/typedefs.h"
  52 #include "gromacs/legacyheaders/types/commrec.h"
  53
  54
  55 /*! \brief Select local atoms of a group.
  56  *
  57  * Selects the indices of local atoms of a group and stores them in anrs_loc[0..nr_loc].
  58  * If you need the positions of the group's atoms on all nodes, provide a coll_ind[0..nr]
  59  * array and pass it on to communicate_group_positions. Thus the collective array
  60  * will always have the same atom order (ascending indices).
  61  *
  62  *  \param[in]     ga2la      Global to local atom index conversion data.
  63  *  \param[in]     nr         The total number of atoms that the group contains.
  64  *  \param[in]     anrs       The global atom number of the group's atoms.
  65  *  \param[out]    nr_loc     The number of group atoms present on the local node.
  66  *  \param[out]    anrs_loc   The local atom numbers of the group.
  67  *  \param[in,out] nalloc_loc Local allocation size of anrs_loc array.
  68  *  \param[out]    coll_ind   If not NULL this array must be of size nr. It stores
  69  *                            for each local atom where it belongs in the global
  70  *                            (collective) array such that it can be gmx_summed
  71  *                            in the communicate_group_positions routine.
  72  */
  73 extern void dd_make_local_group_indices(gmx_ga2la_t ga2la,
  74                                         const int nr, int anrs[], int *nr_loc,
  75                                         int *anrs_loc[], int *nalloc_loc,
  76                                         int coll_ind[]);
  77
  78
  79 /*! \brief Assemble local positions into a collective array present on all nodes.
  80  *
  81  * Communicate the positions of the group's atoms such that every node has all of
  82  * them. Unless running on huge number of cores, this is not a big performance impact
  83  * as long as the collective subset [0..nr] is kept small. The atom indices are
  84  * retrieved from anrs_loc[0..nr_loc]. If you call the routine for the serial case,
  85  * provide an array coll_ind[i] = i for i in 1..nr.
  86  *
  87  * If shifts != NULL, the PBC representation of each atom is chosen such that a
  88  * continuous trajectory results. Therefore, if the group is whole at the start
  89  * of the simulation, it will always stay whole.
  90  * If shifts = NULL, the group positions are not made whole again, but assembled
  91  * and distributed to all nodes. The variables marked "optional" are not used in
  92  * that case.
  93  *
  94  * \param[in]     cr           Pointer to MPI communication data.
  95  * \param[out]    xcoll        Collective array of positions, identical on all nodes
  96  *                             after this routine has been called.
  97  * \param[in,out] shifts       Collective array of shifts for xcoll, needed to make
  98  *                             the group whole. This array remembers the shifts
  99  *                             since the start of the simulation (where the group
 100  *                             is whole) and must therefore not be changed outside
 101  *                             of this routine! If NULL, the group will not be made
 102  *                             whole and the optional variables are ignored.
 103  * \param[out]    extra_shifts Extra shifts since last time step, only needed as
 104  *                             buffer variable [0..nr] (optional).
 105  * \param[in]     bNS          Neighbor searching / domain re-decomposition has been
 106  *                             performed at the begin of this time step such that
 107  *                             the shifts have changed and need to be updated
 108  *                             (optional).
 109  * \param[in]     x_loc        Pointer to the local atom positions this node has.
 110  * \param[in]     nr           Total number of atoms in the group.
 111  * \param[in]     nr_loc       Number of group atoms on the local node.
 112  * \param[in]     anrs_loc     Array of the local atom indices.
 113  * \param[in]     coll_ind     This array of size nr stores for each local atom where
 114  *                             it belongs in the collective array so that the local
 115  *                             contributions can be gmx_summed. It is provided by
 116  *                             dd_make_local_group_indices.
 117  * \param[in,out] xcoll_old    Positions from the last time step, used to make the
 118  *                             group whole (optional).
 119  * \param[in]     box          Simulation box matrix, needed to shift xcoll such that
 120  *                             the group becomes whole (optional).
 121  */
 122 extern void communicate_group_positions(t_commrec *cr, rvec *xcoll, ivec *shifts,
 123                                         ivec *extra_shifts, const gmx_bool bNS,
 124                                         rvec *x_loc, const int nr, const int nr_loc,
 125                                         int *anrs_loc, int *coll_ind, rvec *xcoll_old,
 126                                         matrix box);
 127
 128 /*! \brief Calculates the center of the positions x locally.
 129  *
 130  * Calculates the center of mass (if masses are given in the weight array) or
 131  * the geometrical center (if NULL is passed as weight).
 132  *
 133  * \param[in]   x            Positions.
 134  * \param[in]   weight       Can be NULL or an array of weights. If masses are
 135  *                           given as weights, the COM is calculated.
 136  * \param[in]   nr           Number of positions and weights if present.
 137  * \param[out]  center       The (weighted) center of the positions.
 138  *
 139  */
 140 extern void get_center(rvec x[], real weight[], const int nr, rvec center);
 141
 142
 143 /*! \brief Calculates the sum of the positions x locally.
 144  *
 145  * Calculates the (weighted) sum of position vectors and returns the sum of
 146  * weights, which is needed when local contributions shall be summed to a
 147  * global weighted center.
 148  *
 149  * \param[in]   x            Array of positions.
 150  * \param[in]   weight       Can be NULL or an array of weights.
 151  * \param[in]   nr           Number of positions and weights if present.
 152  * \param[out]  dsumvec      The (weighted) sum of the positions.
 153  * \return Sum of weights.
 154  *
 155  */
 156 extern double get_sum_of_positions(rvec x[], real weight[], const int nr, dvec dsumvec);
 157
 158
 159 /*! \brief Calculates the global center of all local arrays x.
 160  *
 161  * Get the center from local positions [0..nr_loc], this involves communication.
 162  * Not that the positions must already have the correct PBC representation. Use
 163  * this routine if no collective coordinates are assembled from which the center
 164  * could be calculated without communication.
 165  *
 166  * \param[in]   cr           Pointer to MPI communication data.
 167  * \param[in]   x_loc        Array of local positions [0..nr_loc].
 168  * \param[in]   weight_loc   Array of local weights, these are the masses if the
 169  *                           center of mass is to be calculated.
 170  * \param[in]   nr_loc       The number of positions on the local node.
 171  * \param[in]   nr_group     The number of positions in the whole group. Since
 172  *                           this is known anyway, we do not need to communicate
 173  *                           and sum nr_loc if we pass it over.
 174  * \param[out]  center       The (weighted) center of all x_loc from all the
 175  *                           nodes.
 176  */
 177 extern void get_center_comm(t_commrec *cr, rvec x_loc[], real weight_loc[],
 178                             int nr_loc, int nr_group, rvec center);
 179
 180
 181 /*! \brief Translate positions.
 182  *
 183  * Add a translation vector to the positions x.
 184  *
 185  * \param[in,out] x          Array of positions.
 186  * \param[in]     nr         Number of entries in the position array.
 187  * \param[in]     transvec   Translation vector to be added to all positions.
 188  *
 189  */
 190 extern void translate_x(rvec x[], const int nr, const rvec transvec);
 191
 192
 193 /*! \brief Rotate positions.
 194  *
 195  * Rotate the positions with the rotation matrix.
 196  *
 197  * \param[in,out] x          Array of positions.
 198  * \param[in]     nr         Number of entries in the position array.
 199  * \param[in]     rmat       Rotation matrix to operate on all positions.
 200  *
 201  */
 202 extern void rotate_x(rvec x[], const int nr, matrix rmat);