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msd.cpp
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msd.cpp
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/**
*
* (c) Riccardo Bertossa, 2019
*
* Use at your own risk.
*
* If you modified the code, I could be happy if you contribute on github!
*
**/
#include <cmath>
#include<thread>
#include <vector>
#include <fstream>
#include "msd.h"
#include "config.h"
#include "traiettoria.h"
#ifdef USE_MPI
#include "mp.h"
#endif
template <class T>
MSD<T>::MSD(T *t, unsigned int skip, unsigned int tmax, unsigned int nthreads, bool calcola_msd_centro_di_massa, bool calcola_msd_nel_sistema_del_centro_di_massa, bool debug) :
traiettoria(t), lmax(tmax),skip(skip),nthread(nthreads), cm_msd(calcola_msd_centro_di_massa),debug(debug),cm_self(calcola_msd_nel_sistema_del_centro_di_massa),ntypes{0}
{
if (calcola_msd_centro_di_massa)
f_cm=2;
else
f_cm=1;
}
template <class T>
unsigned int MSD<T>::numeroTimestepsOltreFineBlocco(unsigned int n_b){
return (traiettoria->get_ntimesteps()/(n_b+1)+1 < lmax || lmax==0)? traiettoria->get_ntimesteps()/(n_b+1)+1 : lmax;
}
template <class T>
void MSD<T>::reset(const unsigned int numeroTimestepsPerBlocco) {
leff=(numeroTimestepsPerBlocco<lmax || lmax==0)? numeroTimestepsPerBlocco : lmax;
ntypes=traiettoria->get_ntypes();
lunghezza_lista=leff*ntypes*f_cm;
ntimesteps=numeroTimestepsPerBlocco;
delete [] lista;
lista=new double [lunghezza_lista];
}
template <class T>
void MSD<T>::calcola(unsigned int primo) {
if (leff+ntimesteps+primo > traiettoria->get_ntimesteps()){
throw std::runtime_error("trajectory is too short for this kind of calculation. Select a different starting timestep or lower the size of the average or the lenght of the time lag");
}
if (nthread<1) {
unsigned int *cont=new unsigned int [ntypes*f_cm];
for (unsigned int t=0;t<leff;t++) {
for (unsigned int i=0;i<ntypes*f_cm;i++){
lista[ntypes*t*f_cm+i]=0.0;
cont[i]=0;
}
for (unsigned int imedia=0;imedia<ntimesteps;imedia+=skip){
for (unsigned int iatom=0;iatom<traiettoria->get_natoms();iatom++) {
double delta=(pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[0]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[0],2)+
pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[1]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[1],2)+
pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[2]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[2],2))
-lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)];
lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)]+=delta/(++cont[traiettoria->get_type(iatom)]);
}
}
}
delete [] cont;
} else { //nthread >1 (il codice precedente viene tenuto per verificare il corretto funzionamento di quello parallelo
/*dividi il lavoro in gruppi
t ---> [0,leff[
npassi ---> leff
ciascun gruppo avrà npassith=npassi/nthread passi
l'ultimo deve finire alla fine
*/
unsigned int npassith=leff/nthread;
std::vector<std::thread> threads;
for (unsigned int ith=0;ith<nthread;ith++) {
threads.push_back(std::thread([&,ith](){
unsigned int *cont=new unsigned int [ntypes*f_cm];
unsigned int ultimo= (ith != nthread-1 )?npassith*(ith+1):leff;
for (unsigned int t=npassith*ith;t<ultimo;t++) {
for (unsigned int i=0;i<ntypes*f_cm;i++){
lista[ntypes*t*f_cm+i]=0.0;
cont[i]=0;
}
for (unsigned int imedia=0;imedia<ntimesteps;imedia+=skip){
if (cm_self){
for (unsigned int iatom=0;iatom<traiettoria->get_natoms();iatom++) {
unsigned int itype=traiettoria->get_type(iatom);
double delta=(pow(
traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[0]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[0]
-(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[0]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[0])
,2)+
pow(
traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[1]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[1]
-(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[1]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[1])
,2)+
pow(
traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[2]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[2]
-(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[2]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[2])
,2))
-lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)];
lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)]+=delta/(++cont[traiettoria->get_type(iatom)]);
}
}else{
for (unsigned int iatom=0;iatom<traiettoria->get_natoms();iatom++) {
double delta=(pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[0]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[0],2)+
pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[1]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[1],2)+
pow(traiettoria->posizioni(primo+imedia,iatom)[2]-traiettoria->posizioni(primo+imedia+t,iatom)[2],2))
-lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)];
lista[ntypes*t*f_cm+traiettoria->get_type(iatom)]+=delta/(++cont[traiettoria->get_type(iatom)]);
}
}
if (cm_msd) {
for (unsigned int itype=0; itype < ntypes; itype++) {
double delta=(pow(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[0]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[0],2)+
pow(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[1]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[1],2)+
pow(traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia,itype)[2]-traiettoria->posizioni_cm(primo+imedia+t,itype)[2],2))
-lista[ntypes*t*f_cm+ntypes+itype];
lista[ntypes*t*f_cm+ntypes+itype]+=delta/(++cont[ntypes+itype]);
}
}
}
}
delete [] cont;
}));
}
for (unsigned int ith=0;ith<nthread;ith++)
threads[ith].join();
threads.clear();
if (debug) {
#ifndef USE_MPI
std::ofstream out("msd.dump",std::ios::app);
#else
std::ofstream out(Mp::mpi().outname("msd.dump"));
#endif
for (unsigned int ts=0;ts<leff;ts++) {
out << ts;
for (unsigned int itype=0;itype<ntypes*f_cm;itype++){
out <<" "<<lista[ntypes*ts*f_cm+itype];
}
out << "\n";
}
out << "\n\n";
}
}
}
template <class T>
MSD<T> & MSD<T>::operator=(const MSD<T> &destra) {
OperazioniSuLista<MSD<T> >::operator =( destra);
return *this;
}
template class MSD<Traiettoria>;
#ifdef PYTHON_SUPPORT
#include "traiettoria_numpy.h"
template class MSD<Traiettoria_numpy>;
#endif