src/gromacs/mdrun/shellfc.cpp

   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) 2013,2014,2015,2016,2017 by the GROMACS development team.
   7  * Copyright (c) 2018,2019,2020,2021, by the GROMACS development team, led by
   8  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   9  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
  10  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
  11  *
  12  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  13  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  14  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  15  * of the License, or (at your option) any later version.
  16  *
  17  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  18  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  19  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  20  * Lesser General Public License for more details.
  21  *
  22  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  23  * License along with GROMACS; if not, see
  24  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  26  *
  27  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  28  * consider that scientific software is very special. Version
  29  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  30  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  31  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  32  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  33  * official version at http://www.gromacs.org.
  34  *
  35  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  36  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  37  */
  38 #include "gmxpre.h"
  39
  40 #include "shellfc.h"
  41
  42 #include <cmath>
  43 #include <cstdint>
  44 #include <cstdlib>
  45 #include <cstring>
  46
  47 #include <algorithm>
  48 #include <array>
  49
  50 #include "gromacs/domdec/dlbtiming.h"
  51 #include "gromacs/domdec/domdec.h"
  52 #include "gromacs/domdec/domdec_struct.h"
  53 #include "gromacs/domdec/mdsetup.h"
  54 #include "gromacs/gmxlib/network.h"
  55 #include "gromacs/math/functions.h"
  56 #include "gromacs/math/units.h"
  57 #include "gromacs/math/utilities.h"
  58 #include "gromacs/math/vec.h"
  59 #include "gromacs/math/vecdump.h"
  60 #include "gromacs/mdlib/constr.h"
  61 #include "gromacs/mdlib/enerdata_utils.h"
  62 #include "gromacs/mdlib/force.h"
  63 #include "gromacs/mdlib/force_flags.h"
  64 #include "gromacs/mdlib/gmx_omp_nthreads.h"
  65 #include "gromacs/mdlib/vsite.h"
  66 #include "gromacs/mdtypes/commrec.h"
  67 #include "gromacs/mdtypes/enerdata.h"
  68 #include "gromacs/mdtypes/forcebuffers.h"
  69 #include "gromacs/mdtypes/forcerec.h"
  70 #include "gromacs/mdtypes/inputrec.h"
  71 #include "gromacs/mdtypes/md_enums.h"
  72 #include "gromacs/mdtypes/mdatom.h"
  73 #include "gromacs/mdtypes/state.h"
  74 #include "gromacs/pbcutil/pbc.h"
  75 #include "gromacs/topology/ifunc.h"
  76 #include "gromacs/topology/mtop_lookup.h"
  77 #include "gromacs/topology/mtop_util.h"
  78 #include "gromacs/utility/arrayref.h"
  79 #include "gromacs/utility/arraysize.h"
  80 #include "gromacs/utility/cstringutil.h"
  81 #include "gromacs/utility/fatalerror.h"
  82 #include "gromacs/utility/gmxassert.h"
  83
  84 using gmx::ArrayRef;
  85 using gmx::ArrayRefWithPadding;
  86 using gmx::RVec;
  87
  88 struct t_shell
  89 {
  90     int  nnucl      = 0;  /* The number of nuclei */
  91     int  shellIndex = -1; /* The shell index */
  92     int  nucl1      = -1; /* The first nuclei connected to the shell    */
  93     int  nucl2      = -1; /* The second nuclei connected to the shell   */
  94     int  nucl3      = -1; /* The third nuclei connected to the shell    */
  95     real k          = 0;  /* force constant                     */
  96     real k_1        = 0;  /* 1 over force constant              */
  97     rvec xold;            /* The old shell coordinates */
  98     rvec fold;            /* The old force on the shell */
  99     rvec step;            /* Step size for steepest descents */
 100 };
 101
 102 struct gmx_shellfc_t
 103 {
 104     /* Shell counts, indices, parameters and working data */
 105     std::vector<t_shell> shell_gl;              /* All the shells (for DD only)              */
 106     std::vector<int>     shell_index_gl;        /* Global shell index (for DD only)          */
 107     gmx_bool             bInterCG;              /* Are there inter charge-group shells?      */
 108     std::vector<t_shell> shells;                /* The local shells                          */
 109     bool                 predictShells = false; /* Predict shell positions                   */
 110     bool                 requireInit   = false; /* Require initialization of shell positions */
 111     int                  nflexcon      = 0;     /* The number of flexible constraints        */
 112
 113     std::array<PaddedHostVector<RVec>, 2> x; /* Coordinate buffers for iterative minimization */
 114     std::array<PaddedHostVector<RVec>, 2> f; /* Force buffers for iterative minimization */
 115
 116     /* Flexible constraint working data */
 117     std::vector<RVec>       acc_dir;                /* Acceleration direction for flexcon        */
 118     gmx::PaddedVector<RVec> x_old;                  /* Old coordinates for flexcon               */
 119     gmx::PaddedVector<RVec> adir_xnold;             /* Work space for init_adir                  */
 120     gmx::PaddedVector<RVec> adir_xnew;              /* Work space for init_adir                  */
 121     std::int64_t            numForceEvaluations;    /* Total number of force evaluations         */
 122     int                     numConvergedIterations; /* Total number of iterations that converged */
 123 };
 124
 125
 126 static void pr_shell(FILE* fplog, ArrayRef<const t_shell> shells)
 127 {
 128     fprintf(fplog, "SHELL DATA\n");
 129     fprintf(fplog, "%5s  %8s  %5s  %5s  %5s\n", "Shell", "Force k", "Nucl1", "Nucl2", "Nucl3");
 130     for (const t_shell& shell : shells)
 131     {
 132         fprintf(fplog, "%5d  %8.3f  %5d", shell.shellIndex, 1.0 / shell.k_1, shell.nucl1);
 133         if (shell.nnucl == 2)
 134         {
 135             fprintf(fplog, "  %5d\n", shell.nucl2);
 136         }
 137         else if (shell.nnucl == 3)
 138         {
 139             fprintf(fplog, "  %5d  %5d\n", shell.nucl2, shell.nucl3);
 140         }
 141         else
 142         {
 143             fprintf(fplog, "\n");
 144         }
 145     }
 146 }
 147
 148 /* TODO The remain call of this function passes non-NULL mass and NULL
 149  * mtop, so this routine can be simplified.
 150  *
 151  * The other code path supported doing prediction before the MD loop
 152  * started, but even when called, the prediction was always
 153  * over-written by a subsequent call in the MD loop, so has been
 154  * removed. */
 155 static void predict_shells(FILE*                     fplog,
 156                            ArrayRef<RVec>            x,
 157                            ArrayRef<RVec>            v,
 158                            real                      dt,
 159                            ArrayRef<const t_shell>   shells,
 160                            gmx::ArrayRef<const real> mass,
 161                            gmx_bool                  bInit)
 162 {
 163     int  m, n1, n2, n3;
 164     real dt_1, fudge, tm, m1, m2, m3;
 165
 166     /* We introduce a fudge factor for performance reasons: with this choice
 167      * the initial force on the shells is about a factor of two lower than
 168      * without
 169      */
 170     fudge = 1.0;
 171
 172     ArrayRef<RVec> xOrV;
 173     if (bInit)
 174     {
 175         if (fplog)
 176         {
 177             fprintf(fplog, "RELAX: Using prediction for initial shell placement\n");
 178         }
 179         xOrV = x;
 180         dt_1 = 1;
 181     }
 182     else
 183     {
 184         xOrV = v;
 185         dt_1 = fudge * dt;
 186     }
 187
 188     for (const t_shell& shell : shells)
 189     {
 190         const int s1 = shell.shellIndex;
 191         if (bInit)
 192         {
 193             clear_rvec(x[s1]);
 194         }
 195         switch (shell.nnucl)
 196         {
 197             case 1:
 198                 n1 = shell.nucl1;
 199                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 200                 {
 201                     x[s1][m] += xOrV[n1][m] * dt_1;
 202                 }
 203                 break;
 204             case 2:
 205                 n1 = shell.nucl1;
 206                 n2 = shell.nucl2;
 207                 m1 = mass[n1];
 208                 m2 = mass[n2];
 209                 tm = dt_1 / (m1 + m2);
 210                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 211                 {
 212                     x[s1][m] += (m1 * xOrV[n1][m] + m2 * xOrV[n2][m]) * tm;
 213                 }
 214                 break;
 215             case 3:
 216                 n1 = shell.nucl1;
 217                 n2 = shell.nucl2;
 218                 n3 = shell.nucl3;
 219                 m1 = mass[n1];
 220                 m2 = mass[n2];
 221                 m3 = mass[n3];
 222                 tm = dt_1 / (m1 + m2 + m3);
 223                 for (m = 0; (m < DIM); m++)
 224                 {
 225                     x[s1][m] += (m1 * xOrV[n1][m] + m2 * xOrV[n2][m] + m3 * xOrV[n3][m]) * tm;
 226                 }
 227                 break;
 228             default: gmx_fatal(FARGS, "Shell %d has %d nuclei!", s1, shell.nnucl);
 229         }
 230     }
 231 }
 232
 233 gmx_shellfc_t* init_shell_flexcon(FILE*             fplog,
 234                                   const gmx_mtop_t& mtop,
 235                                   int               nflexcon,
 236                                   int               nstcalcenergy,
 237                                   bool              usingDomainDecomposition,
 238                                   bool              usingPmeOnGpu)
 239 {
 240     gmx_shellfc_t* shfc;
 241
 242     int  ns, nshell, nsi;
 243     int  i, j, type, a_offset, mol, ftype, nra;
 244     real qS, alpha;
 245     int  aS, aN = 0; /* Shell and nucleus */
 246     int bondtypes[] = { F_BONDS, F_HARMONIC, F_CUBICBONDS, F_POLARIZATION, F_ANHARM_POL, F_WATER_POL };
 247 #define NBT asize(bondtypes)
 248     const gmx_ffparams_t* ffparams;
 249
 250     const gmx::EnumerationArray<ParticleType, int> numParticles = gmx_mtop_particletype_count(mtop);
 251     if (fplog)
 252     {
 253         /* Print the number of each particle type */
 254         for (const auto entry : gmx::keysOf(numParticles))
 255         {
 256             const int number = numParticles[entry];
 257             if (number != 0)
 258             {
 259                 fprintf(fplog, "There are: %d %ss\n", number, enumValueToString(entry));
 260             }
 261         }
 262     }
 263
 264     nshell = numParticles[ParticleType::Shell];
 265
 266     if (nshell == 0 && nflexcon == 0)
 267     {
 268         /* We're not doing shells or flexible constraints */
 269         return nullptr;
 270     }
 271
 272     shfc           = new gmx_shellfc_t;
 273     shfc->nflexcon = nflexcon;
 274
 275     if (nshell == 0)
 276     {
 277         /* Only flexible constraints, no shells.
 278          * Note that make_local_shells() does not need to be called.
 279          */
 280         return shfc;
 281     }
 282
 283     if (nstcalcenergy != 1)
 284     {
 285         gmx_fatal(FARGS,
 286                   "You have nstcalcenergy set to a value (%d) that is different from 1.\nThis is "
 287                   "not supported in combination with shell particles.\nPlease make a new tpr file.",
 288                   nstcalcenergy);
 289     }
 290     if (nshell > 0 && usingDomainDecomposition)
 291     {
 292         gmx_fatal(
 293                 FARGS,
 294                 "Shell particles are not implemented with domain decomposition, use a single rank");
 295     }
 296
 297     /* We have shells: fill the shell data structure */
 298
 299     /* Global system sized array, this should be avoided */
 300     std::vector<int> shell_index(mtop.natoms);
 301
 302     nshell = 0;
 303     for (const AtomProxy atomP : AtomRange(mtop))
 304     {
 305         const t_atom& local = atomP.atom();
 306         int           i     = atomP.globalAtomNumber();
 307         if (local.ptype == ParticleType::Shell)
 308         {
 309             shell_index[i] = nshell++;
 310         }
 311     }
 312
 313     std::vector<t_shell> shell(nshell);
 314
 315     ffparams = &mtop.ffparams;
 316
 317     /* Now fill the structures */
 318     /* TODO: See if we can use update groups that cover shell constructions */
 319     shfc->bInterCG = FALSE;
 320     ns             = 0;
 321     a_offset       = 0;
 322     for (size_t mb = 0; mb < mtop.molblock.size(); mb++)
 323     {
 324         const gmx_molblock_t& molb = mtop.molblock[mb];
 325         const gmx_moltype_t&  molt = mtop.moltype[molb.type];
 326
 327         const t_atom* atom = molt.atoms.atom;
 328         for (mol = 0; mol < molb.nmol; mol++)
 329         {
 330             for (j = 0; (j < NBT); j++)
 331             {
 332                 const int* ia = molt.ilist[bondtypes[j]].iatoms.data();
 333                 for (i = 0; (i < molt.ilist[bondtypes[j]].size());)
 334                 {
 335                     type  = ia[0];
 336                     ftype = ffparams->functype[type];
 337                     nra   = interaction_function[ftype].nratoms;
 338
 339                     /* Check whether we have a bond with a shell */
 340                     aS = -1;
 341
 342                     switch (bondtypes[j])
 343                     {
 344                         case F_BONDS:
 345                         case F_HARMONIC:
 346                         case F_CUBICBONDS:
 347                         case F_POLARIZATION:
 348                         case F_ANHARM_POL:
 349                             if (atom[ia[1]].ptype == ParticleType::Shell)
 350                             {
 351                                 aS = ia[1];
 352                                 aN = ia[2];
 353                             }
 354                             else if (atom[ia[2]].ptype == ParticleType::Shell)
 355                             {
 356                                 aS = ia[2];
 357                                 aN = ia[1];
 358                             }
 359                             break;
 360                         case F_WATER_POL:
 361                             aN = ia[4]; /* Dummy */
 362                             aS = ia[5]; /* Shell */
 363                             break;
 364                         default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 365                     }
 366
 367                     if (aS != -1)
 368                     {
 369                         qS = atom[aS].q;
 370
 371                         /* Check whether one of the particles is a shell... */
 372                         nsi = shell_index[a_offset + aS];
 373                         if ((nsi < 0) || (nsi >= nshell))
 374                         {
 375                             gmx_fatal(FARGS, "nsi is %d should be within 0 - %d. aS = %d", nsi, nshell, aS);
 376                         }
 377                         if (shell[nsi].shellIndex == -1)
 378                         {
 379                             shell[nsi].shellIndex = a_offset + aS;
 380                             ns++;
 381                         }
 382                         else if (shell[nsi].shellIndex != a_offset + aS)
 383                         {
 384                             gmx_fatal(FARGS, "Weird stuff in %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 385                         }
 386
 387                         if (shell[nsi].nucl1 == -1)
 388                         {
 389                             shell[nsi].nucl1 = a_offset + aN;
 390                         }
 391                         else if (shell[nsi].nucl2 == -1)
 392                         {
 393                             shell[nsi].nucl2 = a_offset + aN;
 394                         }
 395                         else if (shell[nsi].nucl3 == -1)
 396                         {
 397                             shell[nsi].nucl3 = a_offset + aN;
 398                         }
 399                         else
 400                         {
 401                             if (fplog)
 402                             {
 403                                 pr_shell(fplog, shell);
 404                             }
 405                             gmx_fatal(FARGS, "Can not handle more than three bonds per shell\n");
 406                         }
 407                         if (aS != aN)
 408                         {
 409                             /* shell[nsi].bInterCG = TRUE; */
 410                             shfc->bInterCG = TRUE;
 411                         }
 412
 413                         switch (bondtypes[j])
 414                         {
 415                             case F_BONDS:
 416                             case F_HARMONIC:
 417                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].harmonic.krA;
 418                                 break;
 419                             case F_CUBICBONDS:
 420                                 shell[nsi].k += ffparams->iparams[type].cubic.kb;
 421                                 break;
 422                             case F_POLARIZATION:
 423                             case F_ANHARM_POL:
 424                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 425                                 {
 426                                     gmx_fatal(FARGS,
 427                                               "polarize can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 428                                               "atom %d of molecule block %zu",
 429                                               qS,
 430                                               atom[aS].qB,
 431                                               aS + 1,
 432                                               mb + 1);
 433                                 }
 434                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * gmx::c_one4PiEps0
 435                                                 / ffparams->iparams[type].polarize.alpha;
 436                                 break;
 437                             case F_WATER_POL:
 438                                 if (!gmx_within_tol(qS, atom[aS].qB, GMX_REAL_EPS * 10))
 439                                 {
 440                                     gmx_fatal(FARGS,
 441                                               "water_pol can not be used with qA(%e) != qB(%e) for "
 442                                               "atom %d of molecule block %zu",
 443                                               qS,
 444                                               atom[aS].qB,
 445                                               aS + 1,
 446                                               mb + 1);
 447                                 }
 448                                 alpha = (ffparams->iparams[type].wpol.al_x
 449                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_y
 450                                          + ffparams->iparams[type].wpol.al_z)
 451                                         / 3.0;
 452                                 shell[nsi].k += gmx::square(qS) * gmx::c_one4PiEps0 / alpha;
 453                                 break;
 454                             default: gmx_fatal(FARGS, "Death Horror: %s, %d", __FILE__, __LINE__);
 455                         }
 456                         shell[nsi].nnucl++;
 457                     }
 458                     ia += nra + 1;
 459                     i += nra + 1;
 460                 }
 461             }
 462             a_offset += molt.atoms.nr;
 463         }
 464         /* Done with this molecule type */
 465     }
 466
 467     /* Verify whether it's all correct */
 468     if (ns != nshell)
 469     {
 470         gmx_fatal(FARGS, "Something weird with shells. They may not be bonded to something");
 471     }
 472
 473     for (i = 0; (i < ns); i++)
 474     {
 475         shell[i].k_1 = 1.0 / shell[i].k;
 476     }
 477
 478     if (debug)
 479     {
 480         pr_shell(debug, shell);
 481     }
 482
 483
 484     shfc->shell_gl       = shell;
 485     shfc->shell_index_gl = shell_index;
 486
 487     shfc->predictShells = (getenv("GMX_NOPREDICT") == nullptr);
 488     shfc->requireInit   = false;
 489     if (!shfc->predictShells)
 490     {
 491         if (fplog)
 492         {
 493             fprintf(fplog, "\nWill never predict shell positions\n");
 494         }
 495     }
 496     else
 497     {
 498         shfc->requireInit = (getenv("GMX_REQUIRE_SHELL_INIT") != nullptr);
 499         if (shfc->requireInit && fplog)
 500         {
 501             fprintf(fplog, "\nWill always initiate shell positions\n");
 502         }
 503     }
 504
 505     if (shfc->predictShells)
 506     {
 507         if (shfc->bInterCG)
 508         {
 509             if (fplog)
 510             {
 511                 fprintf(fplog,
 512                         "\nNOTE: in the current version shell prediction during the crun is "
 513                         "disabled\n\n");
 514             }
 515             /* Prediction improves performance, so we should implement either:
 516              * 1. communication for the atoms needed for prediction
 517              * 2. prediction using the velocities of shells; currently the
 518              *    shell velocities are zeroed, it's a bit tricky to keep
 519              *    track of the shell displacements and thus the velocity.
 520              */
 521             shfc->predictShells = false;
 522         }
 523     }
 524
 525     /* shfc->x is used as a coordinate buffer for the sim_util's `do_force` function, and
 526      * when using PME it must be pinned. */
 527     if (usingPmeOnGpu)
 528     {
 529         for (i = 0; i < 2; i++)
 530         {
 531             changePinningPolicy(&shfc->x[i], gmx::PinningPolicy::PinnedIfSupported);
 532         }
 533     }
 534
 535     return shfc;
 536 }
 537
 538 void gmx::make_local_shells(const t_commrec* cr, const t_mdatoms& md, gmx_shellfc_t* shfc)
 539 {
 540     int           a0, a1;
 541     gmx_domdec_t* dd = nullptr;
 542
 543     if (haveDDAtomOrdering(*cr))
 544     {
 545         dd = cr->dd;
 546         a0 = 0;
 547         a1 = dd_numHomeAtoms(*dd);
 548     }
 549     else
 550     {
 551         /* Single node: we need all shells, copy them */
 552         shfc->shells = shfc->shell_gl;
 553
 554         return;
 555     }
 556
 557     ArrayRef<const int> ind = shfc->shell_index_gl;
 558
 559     std::vector<t_shell>& shells = shfc->shells;
 560     shells.clear();
 561     auto* ptype = md.ptype;
 562     for (int i = a0; i < a1; i++)
 563     {
 564         if (ptype[i] == ParticleType::Shell)
 565         {
 566             if (dd)
 567             {
 568                 shells.push_back(shfc->shell_gl[ind[dd->globalAtomIndices[i]]]);
 569             }
 570             else
 571             {
 572                 shells.push_back(shfc->shell_gl[ind[i]]);
 573             }
 574             t_shell& shell = shells.back();
 575
 576             /* With inter-cg shells we can no do shell prediction,
 577              * so we do not need the nuclei numbers.
 578              */
 579             if (!shfc->bInterCG)
 580             {
 581                 shell.nucl1 = i + shell.nucl1 - shell.shellIndex;
 582                 if (shell.nnucl > 1)
 583                 {
 584                     shell.nucl2 = i + shell.nucl2 - shell.shellIndex;
 585                 }
 586                 if (shell.nnucl > 2)
 587                 {
 588                     shell.nucl3 = i + shell.nucl3 - shell.shellIndex;
 589                 }
 590             }
 591             shell.shellIndex = i;
 592         }
 593     }
 594 }
 595
 596 static void do_1pos(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, real step)
 597 {
 598     real xo, yo, zo;
 599     real dx, dy, dz;
 600
 601     xo = xold[XX];
 602     yo = xold[YY];
 603     zo = xold[ZZ];
 604
 605     dx = f[XX] * step;
 606     dy = f[YY] * step;
 607     dz = f[ZZ] * step;
 608
 609     xnew[XX] = xo + dx;
 610     xnew[YY] = yo + dy;
 611     xnew[ZZ] = zo + dz;
 612 }
 613
 614 static void do_1pos3(rvec xnew, const rvec xold, const rvec f, const rvec step)
 615 {
 616     real xo, yo, zo;
 617     real dx, dy, dz;
 618
 619     xo = xold[XX];
 620     yo = xold[YY];
 621     zo = xold[ZZ];
 622
 623     dx = f[XX] * step[XX];
 624     dy = f[YY] * step[YY];
 625     dz = f[ZZ] * step[ZZ];
 626
 627     xnew[XX] = xo + dx;
 628     xnew[YY] = yo + dy;
 629     xnew[ZZ] = zo + dz;
 630 }
 631
 632 static void directional_sd(ArrayRef<const RVec> xold,
 633                            ArrayRef<RVec>       xnew,
 634                            ArrayRef<const RVec> acc_dir,
 635                            int                  homenr,
 636                            real                 step)
 637 {
 638     const rvec* xo = as_rvec_array(xold.data());
 639     rvec*       xn = as_rvec_array(xnew.data());
 640
 641     for (int i = 0; i < homenr; i++)
 642     {
 643         do_1pos(xn[i], xo[i], acc_dir[i], step);
 644     }
 645 }
 646
 647 static void shell_pos_sd(ArrayRef<const RVec> xcur,
 648                          ArrayRef<RVec>       xnew,
 649                          ArrayRef<const RVec> f,
 650                          ArrayRef<t_shell>    shells,
 651                          int                  count)
 652 {
 653     const real step_scale_min = 0.8, step_scale_increment = 0.2, step_scale_max = 1.2,
 654                step_scale_multiple = (step_scale_max - step_scale_min) / step_scale_increment;
 655     int        d;
 656     real       dx, df, k_est;
 657     const real zero = 0;
 658 #ifdef PRINT_STEP
 659     real step_min, step_max;
 660
 661     step_min = 1e30;
 662     step_max = 0;
 663 #endif
 664     for (t_shell& shell : shells)
 665     {
 666         const int ind = shell.shellIndex;
 667         if (count == 1)
 668         {
 669             for (d = 0; d < DIM; d++)
 670             {
 671                 shell.step[d] = shell.k_1;
 672 #ifdef PRINT_STEP
 673                 step_min = std::min(step_min, shell.step[d]);
 674                 step_max = std::max(step_max, shell.step[d]);
 675 #endif
 676             }
 677         }
 678         else
 679         {
 680             for (d = 0; d < DIM; d++)
 681             {
 682                 dx = xcur[ind][d] - shell.xold[d];
 683                 df = f[ind][d] - shell.fold[d];
 684                 /* -dx/df gets used to generate an interpolated value, but would
 685                  * cause a NaN if df were binary-equal to zero. Values close to
 686                  * zero won't cause problems (because of the min() and max()), so
 687                  * just testing for binary inequality is OK. */
 688                 if (zero != df)
 689                 {
 690                     k_est = -dx / df;
 691                     /* Scale the step size by a factor interpolated from
 692                      * step_scale_min to step_scale_max, as k_est goes from 0 to
 693                      * step_scale_multiple * shell.step[d] */
 694                     shell.step[d] = step_scale_min * shell.step[d]
 695                                     + step_scale_increment
 696                                               * std::min(step_scale_multiple * shell.step[d],
 697                                                          std::max(k_est, zero));
 698                 }
 699                 else
 700                 {
 701                     /* Here 0 == df */
 702                     if (gmx_numzero(dx)) /* 0 == dx */
 703                     {
 704                         /* Likely this will never happen, but if it does just
 705                          * don't scale the step. */
 706                     }
 707                     else /* 0 != dx */
 708                     {
 709                         shell.step[d] *= step_scale_max;
 710                     }
 711                 }
 712 #ifdef PRINT_STEP
 713                 step_min = std::min(step_min, shell.step[d]);
 714                 step_max = std::max(step_max, shell.step[d]);
 715 #endif
 716             }
 717         }
 718         copy_rvec(xcur[ind], shell.xold);
 719         copy_rvec(f[ind], shell.fold);
 720
 721         do_1pos3(xnew[ind], xcur[ind], f[ind], shell.step);
 722
 723         if (gmx_debug_at)
 724         {
 725             fprintf(debug, "shell = %d\n", ind);
 726             pr_rvec(debug, 0, "fshell", f[ind], DIM, TRUE);
 727             pr_rvec(debug, 0, "xold", xcur[ind], DIM, TRUE);
 728             pr_rvec(debug, 0, "step", shell.step, DIM, TRUE);
 729             pr_rvec(debug, 0, "xnew", xnew[ind], DIM, TRUE);
 730         }
 731     }
 732 #ifdef PRINT_STEP
 733     printf("step %.3e %.3e\n", step_min, step_max);
 734 #endif
 735 }
 736
 737 static void decrease_step_size(ArrayRef<t_shell> shells)
 738 {
 739     for (t_shell& shell : shells)
 740     {
 741         svmul(0.8, shell.step, shell.step);
 742     }
 743 }
 744
 745 static void print_epot(FILE* fp, int64_t mdstep, int count, real epot, real df, int ndir, real sf_dir)
 746 {
 747     char buf[22];
 748
 749     fprintf(fp, "MDStep=%5s/%2d EPot: %12.8e, rmsF: %6.2e", gmx_step_str(mdstep, buf), count, epot, df);
 750     if (ndir)
 751     {
 752         fprintf(fp, ", dir. rmsF: %6.2e\n", std::sqrt(sf_dir / ndir));
 753     }
 754     else
 755     {
 756         fprintf(fp, "\n");
 757     }
 758 }
 759
 760
 761 static real rms_force(const t_commrec*        cr,
 762                       ArrayRef<const RVec>    force,
 763                       ArrayRef<const t_shell> shells,
 764                       int                     ndir,
 765                       real*                   sf_dir,
 766                       real*                   Epot)
 767 {
 768     double      buf[4];
 769     const rvec* f = as_rvec_array(force.data());
 770
 771     buf[0] = *sf_dir;
 772     for (const t_shell& shell : shells)
 773     {
 774         buf[0] += norm2(f[shell.shellIndex]);
 775     }
 776     int ntot = shells.ssize();
 777
 778     if (PAR(cr))
 779     {
 780         buf[1] = ntot;
 781         buf[2] = *sf_dir;
 782         buf[3] = *Epot;
 783         gmx_sumd(4, buf, cr);
 784         ntot    = gmx::roundToInt(buf[1]);
 785         *sf_dir = buf[2];
 786         *Epot   = buf[3];
 787     }
 788     ntot += ndir;
 789
 790     return (ntot ? std::sqrt(buf[0] / ntot) : 0);
 791 }
 792
 793 static void dump_shells(FILE* fp, ArrayRef<RVec> f, real ftol, ArrayRef<const t_shell> shells)
 794 {
 795     real ft2, ff2;
 796
 797     ft2 = gmx::square(ftol);
 798
 799     for (const t_shell& shell : shells)
 800     {
 801         const int ind = shell.shellIndex;
 802         ff2           = iprod(f[ind], f[ind]);
 803         if (ff2 > ft2)
 804         {
 805             fprintf(fp,
 806                     "SHELL %5d, force %10.5f  %10.5f  %10.5f, |f| %10.5f\n",
 807                     ind,
 808                     f[ind][XX],
 809                     f[ind][YY],
 810                     f[ind][ZZ],
 811                     std::sqrt(ff2));
 812         }
 813     }
 814 }
 815
 816 static void init_adir(gmx_shellfc_t*            shfc,
 817                       gmx::Constraints*         constr,
 818                       const t_inputrec*         ir,
 819                       const t_commrec*          cr,
 820                       int                       dd_ac1,
 821                       int64_t                   step,
 822                       const t_mdatoms&          md,
 823                       int                       end,
 824                       ArrayRefWithPadding<RVec> xOld,
 825                       ArrayRef<RVec>            x_init,
 826                       ArrayRefWithPadding<RVec> xCurrent,
 827                       ArrayRef<RVec>            f,
 828                       ArrayRef<RVec>            acc_dir,
 829                       const matrix              box,
 830                       ArrayRef<const real>      lambda,
 831                       real*                     dvdlambda)
 832 {
 833     double dt, w_dt;
 834     int    n, d;
 835
 836     if (haveDDAtomOrdering(*cr))
 837     {
 838         n = dd_ac1;
 839     }
 840     else
 841     {
 842         n = end;
 843     }
 844     shfc->adir_xnold.resizeWithPadding(n);
 845     shfc->adir_xnew.resizeWithPadding(n);
 846     rvec* xnold = as_rvec_array(shfc->adir_xnold.data());
 847     rvec* xnew  = as_rvec_array(shfc->adir_xnew.data());
 848     rvec* x_old = as_rvec_array(xOld.paddedArrayRef().data());
 849     rvec* x     = as_rvec_array(xCurrent.paddedArrayRef().data());
 850
 851     auto* ptype   = md.ptype;
 852     auto  invmass = gmx::arrayRefFromArray(md.invmass, md.nr);
 853     dt            = ir->delta_t;
 854
 855     /* Does NOT work with freeze or acceleration groups (yet) */
 856     for (n = 0; n < end; n++)
 857     {
 858         w_dt = invmass[n] * dt;
 859
 860         for (d = 0; d < DIM; d++)
 861         {
 862             if ((ptype[n] != ParticleType::VSite) && (ptype[n] != ParticleType::Shell))
 863             {
 864                 xnold[n][d] = x[n][d] - (x_init[n][d] - x_old[n][d]);
 865                 xnew[n][d]  = 2 * x[n][d] - x_old[n][d] + f[n][d] * w_dt * dt;
 866             }
 867             else
 868             {
 869                 xnold[n][d] = x[n][d];
 870                 xnew[n][d]  = x[n][d];
 871             }
 872         }
 873     }
 874     bool needsLogging  = false;
 875     bool computeEnergy = false;
 876     bool computeVirial = false;
 877     constr->apply(needsLogging,
 878                   computeEnergy,
 879                   step,
 880                   0,
 881                   1.0,
 882                   xCurrent,
 883                   shfc->adir_xnold.arrayRefWithPadding(),
 884                   {},
 885                   box,
 886                   lambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)],
 887                   &(dvdlambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)]),
 888                   {},
 889                   computeVirial,
 890                   nullptr,
 891                   gmx::ConstraintVariable::Positions);
 892     constr->apply(needsLogging,
 893                   computeEnergy,
 894                   step,
 895                   0,
 896                   1.0,
 897                   xCurrent,
 898                   shfc->adir_xnew.arrayRefWithPadding(),
 899                   {},
 900                   box,
 901                   lambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)],
 902                   &(dvdlambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)]),
 903                   {},
 904                   computeVirial,
 905                   nullptr,
 906                   gmx::ConstraintVariable::Positions);
 907
 908     for (n = 0; n < end; n++)
 909     {
 910         for (d = 0; d < DIM; d++)
 911         {
 912             xnew[n][d] = -(2 * x[n][d] - xnold[n][d] - xnew[n][d]) / gmx::square(dt)
 913                          - f[n][d] * invmass[n];
 914         }
 915         clear_rvec(acc_dir[n]);
 916     }
 917
 918     /* Project the acceleration on the old bond directions */
 919     constr->apply(needsLogging,
 920                   computeEnergy,
 921                   step,
 922                   0,
 923                   1.0,
 924                   xOld,
 925                   shfc->adir_xnew.arrayRefWithPadding(),
 926                   acc_dir,
 927                   box,
 928                   lambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)],
 929                   &(dvdlambda[static_cast<int>(FreeEnergyPerturbationCouplingType::Bonded)]),
 930                   {},
 931                   computeVirial,
 932                   nullptr,
 933                   gmx::ConstraintVariable::Deriv_FlexCon);
 934 }
 935
 936 void relax_shell_flexcon(FILE*                         fplog,
 937                          const t_commrec*              cr,
 938                          const gmx_multisim_t*         ms,
 939                          gmx_bool                      bVerbose,
 940                          gmx_enfrot*                   enforcedRotation,
 941                          int64_t                       mdstep,
 942                          const t_inputrec*             inputrec,
 943                          gmx::ImdSession*              imdSession,
 944                          pull_t*                       pull_work,
 945                          gmx_bool                      bDoNS,
 946                          int                           force_flags,
 947                          const gmx_localtop_t*         top,
 948                          gmx::Constraints*             constr,
 949                          gmx_enerdata_t*               enerd,
 950                          int                           natoms,
 951                          ArrayRefWithPadding<RVec>     xPadded,
 952                          ArrayRefWithPadding<RVec>     vPadded,
 953                          const matrix                  box,
 954                          ArrayRef<real>                lambda,
 955                          const history_t*              hist,
 956                          gmx::ForceBuffersView*        f,
 957                          tensor                        force_vir,
 958                          const t_mdatoms&              md,
 959                          CpuPpLongRangeNonbondeds*     longRangeNonbondeds,
 960                          t_nrnb*                       nrnb,
 961                          gmx_wallcycle*                wcycle,
 962                          gmx_shellfc_t*                shfc,
 963                          t_forcerec*                   fr,
 964                          gmx::MdrunScheduleWorkload*   runScheduleWork,
 965                          double                        t,
 966                          rvec                          mu_tot,
 967                          gmx::VirtualSitesHandler*     vsite,
 968                          const DDBalanceRegionHandler& ddBalanceRegionHandler)
 969 {
 970     real Epot[2], df[2];
 971     real sf_dir, invdt;
 972     real dum = 0;
 973     char sbuf[22];
 974     int  nat, dd_ac0, dd_ac1 = 0, i;
 975     int  homenr = md.homenr, end = homenr;
 976     int  d, Min = 0, count = 0;
 977 #define Try (1 - Min) /* At start Try = 1 */
 978
 979     const bool        bCont        = (mdstep == inputrec->init_step) && inputrec->bContinuation;
 980     const bool        bInit        = (mdstep == inputrec->init_step) || shfc->requireInit;
 981     const real        ftol         = inputrec->em_tol;
 982     const int         number_steps = inputrec->niter;
 983     ArrayRef<t_shell> shells       = shfc->shells;
 984     const int         nflexcon     = shfc->nflexcon;
 985
 986     if (haveDDAtomOrdering(*cr))
 987     {
 988         nat = dd_natoms_vsite(*cr->dd);
 989         if (nflexcon > 0)
 990         {
 991             dd_get_constraint_range(*cr->dd, &dd_ac0, &dd_ac1);
 992             nat = std::max(nat, dd_ac1);
 993         }
 994     }
 995     else
 996     {
 997         nat = natoms;
 998     }
 999
1000     for (i = 0; (i < 2); i++)
1001     {
1002         shfc->x[i].resizeWithPadding(nat);
1003         shfc->f[i].resizeWithPadding(nat);
1004     }
1005
1006     /* Create views that we can swap for trail and minimum for positions and forces */
1007     ArrayRefWithPadding<RVec> posWithPadding[2];
1008     ArrayRefWithPadding<RVec> forceWithPadding[2];
1009     ArrayRef<RVec>            pos[2];
1010     ArrayRef<RVec>            force[2];
1011     for (i = 0; (i < 2); i++)
1012     {
1013         posWithPadding[i]   = shfc->x[i].arrayRefWithPadding();
1014         pos[i]              = posWithPadding[i].paddedArrayRef();
1015         forceWithPadding[i] = shfc->f[i].arrayRefWithPadding();
1016         force[i]            = forceWithPadding[i].paddedArrayRef();
1017     }
1018
1019     ArrayRef<RVec> x = xPadded.unpaddedArrayRef();
1020     ArrayRef<RVec> v = vPadded.unpaddedArrayRef();
1021
1022     if (bDoNS && inputrec->pbcType != PbcType::No && !haveDDAtomOrdering(*cr))
1023     {
1024         /* This is the only time where the coordinates are used
1025          * before do_force is called, which normally puts all
1026          * charge groups in the box.
1027          */
1028         put_atoms_in_box_omp(
1029                 fr->pbcType, box, x.subArray(0, md.homenr), gmx_omp_nthreads_get(ModuleMultiThread::Default));
1030     }
1031
1032     if (nflexcon)
1033     {
1034         shfc->acc_dir.resize(nat);
1035         shfc->x_old.resizeWithPadding(nat);
1036         ArrayRef<RVec> x_old = shfc->x_old.arrayRefWithPadding().unpaddedArrayRef();
1037         for (i = 0; i < homenr; i++)
1038         {
1039             for (d = 0; d < DIM; d++)
1040             {
1041                 x_old[i][d] = x[i][d] - v[i][d] * inputrec->delta_t;
1042             }
1043         }
1044     }
1045
1046     auto massT = gmx::arrayRefFromArray(md.massT, md.nr);
1047     /* Do a prediction of the shell positions, when appropriate.
1048      * Without velocities (EM, NM, BD) we only do initial prediction.
1049      */
1050     if (shfc->predictShells && !bCont && (EI_STATE_VELOCITY(inputrec->eI) || bInit))
1051     {
1052         predict_shells(fplog, x, v, inputrec->delta_t, shells, massT, bInit);
1053     }
1054
1055     /* Calculate the forces first time around */
1056     if (gmx_debug_at)
1057     {
1058         pr_rvecs(debug, 0, "x b4 do_force", as_rvec_array(x.data()), homenr);
1059     }
1060     int                   shellfc_flags = force_flags | (bVerbose ? GMX_FORCE_ENERGY : 0);
1061     gmx::ForceBuffersView forceViewInit = gmx::ForceBuffersView(forceWithPadding[Min], {}, false);
1062     do_force(fplog,
1063              cr,
1064              ms,
1065              *inputrec,
1066              nullptr,
1067              enforcedRotation,
1068              imdSession,
1069              pull_work,
1070              mdstep,
1071              nrnb,
1072              wcycle,
1073              top,
1074              box,
1075              xPadded,
1076              hist,
1077              &forceViewInit,
1078              force_vir,
1079              &md,
1080              enerd,
1081              lambda,
1082              fr,
1083              runScheduleWork,
1084              vsite,
1085              mu_tot,
1086              t,
1087              nullptr,
1088              longRangeNonbondeds,
1089              (bDoNS ? GMX_FORCE_NS : 0) | shellfc_flags,
1090              ddBalanceRegionHandler);
1091
1092     sf_dir = 0;
1093     if (nflexcon)
1094     {
1095         init_adir(shfc,
1096                   constr,
1097                   inputrec,
1098                   cr,
1099                   dd_ac1,
1100                   mdstep,
1101                   md,
1102                   end,
1103                   shfc->x_old.arrayRefWithPadding(),
1104                   x,
1105                   xPadded,
1106                   force[Min],
1107                   shfc->acc_dir,
1108                   box,
1109                   lambda,
1110                   &dum);
1111
1112         for (i = 0; i < end; i++)
1113         {
1114             sf_dir += massT[i] * norm2(shfc->acc_dir[i]);
1115         }
1116     }
1117     accumulatePotentialEnergies(enerd, lambda, inputrec->fepvals.get());
1118     Epot[Min] = enerd->term[F_EPOT];
1119
1120     df[Min] = rms_force(cr, forceWithPadding[Min].paddedArrayRef(), shells, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Min]);
1121     df[Try] = 0;
1122     if (debug)
1123     {
1124         fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1125     }
1126
1127     if (gmx_debug_at)
1128     {
1129         pr_rvecs(debug, 0, "force0", as_rvec_array(force[Min].data()), md.nr);
1130     }
1131
1132     if (!shells.empty() || nflexcon > 0)
1133     {
1134         /* Copy x to pos[Min] & pos[Try]: during minimization only the
1135          * shell positions are updated, therefore the other particles must
1136          * be set here, in advance.
1137          */
1138         std::copy(xPadded.paddedArrayRef().begin(),
1139                   xPadded.paddedArrayRef().end(),
1140                   posWithPadding[Min].paddedArrayRef().begin());
1141         std::copy(xPadded.paddedArrayRef().begin(),
1142                   xPadded.paddedArrayRef().end(),
1143                   posWithPadding[Try].paddedArrayRef().begin());
1144     }
1145
1146     if (bVerbose && MASTER(cr))
1147     {
1148         print_epot(stdout, mdstep, 0, Epot[Min], df[Min], nflexcon, sf_dir);
1149     }
1150
1151     if (debug)
1152     {
1153         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EKIN].longname, enerd->term[F_EKIN]);
1154         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_EPOT].longname, enerd->term[F_EPOT]);
1155         fprintf(debug, "%17s: %14.10e\n", interaction_function[F_ETOT].longname, enerd->term[F_ETOT]);
1156         fprintf(debug, "SHELLSTEP %s\n", gmx_step_str(mdstep, sbuf));
1157     }
1158
1159     /* First check whether we should do shells, or whether the force is
1160      * low enough even without minimization.
1161      */
1162     bool bConverged = (df[Min] < ftol);
1163
1164     for (count = 1; (!(bConverged) && (count < number_steps)); count++)
1165     {
1166         if (vsite)
1167         {
1168             vsite->construct(pos[Min], v, box, gmx::VSiteOperation::PositionsAndVelocities);
1169         }
1170
1171         if (nflexcon)
1172         {
1173             init_adir(shfc,
1174                       constr,
1175                       inputrec,
1176                       cr,
1177                       dd_ac1,
1178                       mdstep,
1179                       md,
1180                       end,
1181                       shfc->x_old.arrayRefWithPadding(),
1182                       x,
1183                       posWithPadding[Min],
1184                       force[Min],
1185                       shfc->acc_dir,
1186                       box,
1187                       lambda,
1188                       &dum);
1189
1190             directional_sd(pos[Min], pos[Try], shfc->acc_dir, end, fr->fc_stepsize);
1191         }
1192
1193         /* New positions, Steepest descent */
1194         shell_pos_sd(pos[Min], pos[Try], force[Min], shells, count);
1195
1196         if (gmx_debug_at)
1197         {
1198             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Min]  ", as_rvec_array(pos[Min].data()), homenr);
1199             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: pos[Try]  ", as_rvec_array(pos[Try].data()), homenr);
1200         }
1201         /* Try the new positions */
1202         gmx::ForceBuffersView forceViewTry = gmx::ForceBuffersView(forceWithPadding[Try], {}, false);
1203         do_force(fplog,
1204                  cr,
1205                  ms,
1206                  *inputrec,
1207                  nullptr,
1208                  enforcedRotation,
1209                  imdSession,
1210                  pull_work,
1211                  1,
1212                  nrnb,
1213                  wcycle,
1214                  top,
1215                  box,
1216                  posWithPadding[Try],
1217                  hist,
1218                  &forceViewTry,
1219                  force_vir,
1220                  &md,
1221                  enerd,
1222                  lambda,
1223                  fr,
1224                  runScheduleWork,
1225                  vsite,
1226                  mu_tot,
1227                  t,
1228                  nullptr,
1229                  longRangeNonbondeds,
1230                  shellfc_flags,
1231                  ddBalanceRegionHandler);
1232         accumulatePotentialEnergies(enerd, lambda, inputrec->fepvals.get());
1233         if (gmx_debug_at)
1234         {
1235             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Min]", as_rvec_array(force[Min].data()), homenr);
1236             pr_rvecs(debug, 0, "RELAX: force[Try]", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1237         }
1238         sf_dir = 0;
1239         if (nflexcon)
1240         {
1241             init_adir(shfc,
1242                       constr,
1243                       inputrec,
1244                       cr,
1245                       dd_ac1,
1246                       mdstep,
1247                       md,
1248                       end,
1249                       shfc->x_old.arrayRefWithPadding(),
1250                       x,
1251                       posWithPadding[Try],
1252                       force[Try],
1253                       shfc->acc_dir,
1254                       box,
1255                       lambda,
1256                       &dum);
1257
1258             ArrayRef<const RVec> acc_dir = shfc->acc_dir;
1259             for (i = 0; i < end; i++)
1260             {
1261                 sf_dir += massT[i] * norm2(acc_dir[i]);
1262             }
1263         }
1264
1265         Epot[Try] = enerd->term[F_EPOT];
1266
1267         df[Try] = rms_force(cr, force[Try], shells, nflexcon, &sf_dir, &Epot[Try]);
1268
1269         if (debug)
1270         {
1271             fprintf(debug, "df = %g  %g\n", df[Min], df[Try]);
1272         }
1273
1274         if (debug)
1275         {
1276             if (gmx_debug_at)
1277             {
1278                 pr_rvecs(debug, 0, "F na do_force", as_rvec_array(force[Try].data()), homenr);
1279             }
1280             if (gmx_debug_at)
1281             {
1282                 fprintf(debug, "SHELL ITER %d\n", count);
1283                 dump_shells(debug, force[Try], ftol, shells);
1284             }
1285         }
1286
1287         if (bVerbose && MASTER(cr))
1288         {
1289             print_epot(stdout, mdstep, count, Epot[Try], df[Try], nflexcon, sf_dir);
1290         }
1291
1292         bConverged = (df[Try] < ftol);
1293
1294         if ((df[Try] < df[Min]))
1295         {
1296             if (debug)
1297             {
1298                 fprintf(debug, "Swapping Min and Try\n");
1299             }
1300             if (nflexcon)
1301             {
1302                 /* Correct the velocities for the flexible constraints */
1303                 invdt = 1 / inputrec->delta_t;
1304                 for (i = 0; i < end; i++)
1305                 {
1306                     for (d = 0; d < DIM; d++)
1307                     {
1308                         v[i][d] += (pos[Try][i][d] - pos[Min][i][d]) * invdt;
1309                     }
1310                 }
1311             }
1312             Min = Try;
1313         }
1314         else
1315         {
1316             decrease_step_size(shells);
1317         }
1318     }
1319     shfc->numForceEvaluations += count;
1320     if (bConverged)
1321     {
1322         shfc->numConvergedIterations++;
1323     }
1324     if (MASTER(cr) && !(bConverged))
1325     {
1326         /* Note that the energies and virial are incorrect when not converged */
1327         if (fplog)
1328         {
1329             fprintf(fplog,
1330                     "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1331                     gmx_step_str(mdstep, sbuf),
1332                     number_steps,
1333                     df[Min]);
1334         }
1335         fprintf(stderr,
1336                 "step %s: EM did not converge in %d iterations, RMS force %6.2e\n",
1337                 gmx_step_str(mdstep, sbuf),
1338                 number_steps,
1339                 df[Min]);
1340     }
1341
1342     /* Copy back the coordinates and the forces */
1343     std::copy(pos[Min].begin(), pos[Min].end(), x.data());
1344     std::copy(force[Min].begin(), force[Min].end(), f->force().begin());
1345 }
1346
1347 void done_shellfc(FILE* fplog, gmx_shellfc_t* shfc, int64_t numSteps)
1348 {
1349     if (shfc && fplog && numSteps > 0)
1350     {
1351         double numStepsAsDouble = static_cast<double>(numSteps);
1352         fprintf(fplog,
1353                 "Fraction of iterations that converged:           %.2f %%\n",
1354                 (shfc->numConvergedIterations * 100.0) / numStepsAsDouble);
1355         fprintf(fplog,
1356                 "Average number of force evaluations per MD step: %.2f\n\n",
1357                 shfc->numForceEvaluations / numStepsAsDouble);
1358     }
1359
1360     delete shfc;
1361 }