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root/OpenMD/branches/devel_omp/src/parallel/ForceMatrixDecomposition.cpp
(Generate patch)

Comparing:
branches/development/src/parallel/ForceMatrixDecomposition.cpp (file contents), Revision 1584 by gezelter, Fri Jun 17 20:16:35 2011 UTC vs.
branches/devel_omp/src/parallel/ForceMatrixDecomposition.cpp (file contents), Revision 1598 by mciznick, Wed Jul 27 14:26:53 2011 UTC

# Line 43 | Line 43
43   #include "nonbonded/NonBondedInteraction.hpp"
44   #include "brains/SnapshotManager.hpp"
45   #include "brains/PairList.hpp"
46 + #include "primitives/Molecule.hpp"
47  
48   using namespace std;
49   namespace OpenMD {
50  
51 <  /**
52 <   * distributeInitialData is essentially a copy of the older fortran
52 <   * SimulationSetup
53 <   */
54 <  
55 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeInitialData() {
56 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
57 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
58 <    ff_ = info_->getForceField();
59 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
51 > ForceMatrixDecomposition::ForceMatrixDecomposition(SimInfo* info, InteractionManager* iMan) :
52 >        ForceDecomposition(info, iMan) {
53  
54 <    nGroups_ = info_->getNLocalCutoffGroups();
55 <    cerr << "in dId, nGroups = " << nGroups_ << "\n";
56 <    // gather the information for atomtype IDs (atids):
64 <    idents = info_->getIdentArray();
65 <    AtomLocalToGlobal = info_->getGlobalAtomIndices();
66 <    cgLocalToGlobal = info_->getGlobalGroupIndices();
67 <    vector<int> globalGroupMembership = info_->getGlobalGroupMembership();
68 <    massFactors = info_->getMassFactors();
69 <
70 <    PairList excludes = info_->getExcludedInteractions();
71 <    PairList oneTwo = info_->getOneTwoInteractions();
72 <    PairList oneThree = info_->getOneThreeInteractions();
73 <    PairList oneFour = info_->getOneFourInteractions();
74 <
54 >        // In a parallel computation, row and colum scans must visit all
55 >        // surrounding cells (not just the 14 upper triangular blocks that
56 >        // are used when the processor can see all pairs)
57   #ifdef IS_MPI
58 <
59 <    AtomCommIntRow = new Communicator<Row,int>(nLocal_);
60 <    AtomCommRealRow = new Communicator<Row,RealType>(nLocal_);
61 <    AtomCommVectorRow = new Communicator<Row,Vector3d>(nLocal_);
62 <    AtomCommMatrixRow = new Communicator<Row,Mat3x3d>(nLocal_);
63 <    AtomCommPotRow = new Communicator<Row,potVec>(nLocal_);
58 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 0, 0) );
59 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1,-1, 0) );
60 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0,-1, 0) );
61 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1,-1, 0) );
62 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0, 0,-1) );
63 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 0, 1) );
64 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1,-1,-1) );
65 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0,-1,-1) );
66 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1,-1,-1) );
67 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1, 0,-1) );
68 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1, 1,-1) );
69 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0, 1,-1) );
70 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 1,-1) );
71 > #endif    
72 > }
73  
74 <    AtomCommIntColumn = new Communicator<Column,int>(nLocal_);
75 <    AtomCommRealColumn = new Communicator<Column,RealType>(nLocal_);
76 <    AtomCommVectorColumn = new Communicator<Column,Vector3d>(nLocal_);
77 <    AtomCommMatrixColumn = new Communicator<Column,Mat3x3d>(nLocal_);
78 <    AtomCommPotColumn = new Communicator<Column,potVec>(nLocal_);
74 > /**
75 > * distributeInitialData is essentially a copy of the older fortran
76 > * SimulationSetup
77 > */
78 > void ForceMatrixDecomposition::distributeInitialData() {
79 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
80 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
81 >        ff_ = info_->getForceField();
82 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
83  
84 <    cgCommIntRow = new Communicator<Row,int>(nGroups_);
85 <    cgCommVectorRow = new Communicator<Row,Vector3d>(nGroups_);
86 <    cgCommIntColumn = new Communicator<Column,int>(nGroups_);
87 <    cgCommVectorColumn = new Communicator<Column,Vector3d>(nGroups_);
84 >        nGroups_ = info_->getNLocalCutoffGroups();
85 >        // gather the information for atomtype IDs (atids):
86 >        idents = info_->getIdentArray();
87 >        AtomLocalToGlobal = info_->getGlobalAtomIndices();
88 >        cgLocalToGlobal = info_->getGlobalGroupIndices();
89 >        vector<int> globalGroupMembership = info_->getGlobalGroupMembership();
90  
91 <    nAtomsInRow_ = AtomCommIntRow->getSize();
95 <    nAtomsInCol_ = AtomCommIntColumn->getSize();
96 <    nGroupsInRow_ = cgCommIntRow->getSize();
97 <    nGroupsInCol_ = cgCommIntColumn->getSize();
91 >        massFactors = info_->getMassFactors();
92  
93 <    // Modify the data storage objects with the correct layouts and sizes:
94 <    atomRowData.resize(nAtomsInRow_);
95 <    atomRowData.setStorageLayout(storageLayout_);
96 <    atomColData.resize(nAtomsInCol_);
103 <    atomColData.setStorageLayout(storageLayout_);
104 <    cgRowData.resize(nGroupsInRow_);
105 <    cgRowData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
106 <    cgColData.resize(nGroupsInCol_);
107 <    cgColData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
108 <        
109 <    identsRow.resize(nAtomsInRow_);
110 <    identsCol.resize(nAtomsInCol_);
111 <    
112 <    AtomCommIntRow->gather(idents, identsRow);
113 <    AtomCommIntColumn->gather(idents, identsCol);
114 <    
115 <    AtomCommIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
116 <    AtomCommIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
117 <    
118 <    cgCommIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
119 <    cgCommIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
93 >        PairList* excludes = info_->getExcludedInteractions();
94 >        PairList* oneTwo = info_->getOneTwoInteractions();
95 >        PairList* oneThree = info_->getOneThreeInteractions();
96 >        PairList* oneFour = info_->getOneFourInteractions();
97  
98 <    AtomCommRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
122 <    AtomCommRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
98 > #ifdef IS_MPI
99  
100 <    groupListRow_.clear();
101 <    groupListRow_.resize(nGroupsInRow_);
126 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
127 <      int gid = cgRowToGlobal[i];
128 <      for (int j = 0; j < nAtomsInRow_; j++) {
129 <        int aid = AtomRowToGlobal[j];
130 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
131 <          groupListRow_[i].push_back(j);
132 <      }      
133 <    }
100 >        MPI::Intracomm row = rowComm.getComm();
101 >        MPI::Intracomm col = colComm.getComm();
102  
103 <    groupListCol_.clear();
104 <    groupListCol_.resize(nGroupsInCol_);
105 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
106 <      int gid = cgColToGlobal[i];
107 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
140 <        int aid = AtomColToGlobal[j];
141 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
142 <          groupListCol_[i].push_back(j);
143 <      }      
144 <    }
103 >        AtomPlanIntRow = new Plan<int>(row, nLocal_);
104 >        AtomPlanRealRow = new Plan<RealType>(row, nLocal_);
105 >        AtomPlanVectorRow = new Plan<Vector3d>(row, nLocal_);
106 >        AtomPlanMatrixRow = new Plan<Mat3x3d>(row, nLocal_);
107 >        AtomPlanPotRow = new Plan<potVec>(row, nLocal_);
108  
109 <    skipsForAtom.clear();
110 <    skipsForAtom.resize(nAtomsInRow_);
111 <    toposForAtom.clear();
112 <    toposForAtom.resize(nAtomsInRow_);
113 <    topoDist.clear();
151 <    topoDist.resize(nAtomsInRow_);
152 <    for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++) {
153 <      int iglob = AtomRowToGlobal[i];
109 >        AtomPlanIntColumn = new Plan<int>(col, nLocal_);
110 >        AtomPlanRealColumn = new Plan<RealType>(col, nLocal_);
111 >        AtomPlanVectorColumn = new Plan<Vector3d>(col, nLocal_);
112 >        AtomPlanMatrixColumn = new Plan<Mat3x3d>(col, nLocal_);
113 >        AtomPlanPotColumn = new Plan<potVec>(col, nLocal_);
114  
115 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
116 <        int jglob = AtomColToGlobal[j];
115 >        cgPlanIntRow = new Plan<int>(row, nGroups_);
116 >        cgPlanVectorRow = new Plan<Vector3d>(row, nGroups_);
117 >        cgPlanIntColumn = new Plan<int>(col, nGroups_);
118 >        cgPlanVectorColumn = new Plan<Vector3d>(col, nGroups_);
119  
120 <        if (excludes.hasPair(iglob, jglob))
121 <          skipsForAtom[i].push_back(j);      
122 <        
123 <        if (oneTwo.hasPair(iglob, jglob)) {
162 <          toposForAtom[i].push_back(j);
163 <          topoDist[i].push_back(1);
164 <        } else {
165 <          if (oneThree.hasPair(iglob, jglob)) {
166 <            toposForAtom[i].push_back(j);
167 <            topoDist[i].push_back(2);
168 <          } else {
169 <            if (oneFour.hasPair(iglob, jglob)) {
170 <              toposForAtom[i].push_back(j);
171 <              topoDist[i].push_back(3);
172 <            }
173 <          }
174 <        }
175 <      }      
176 <    }
120 >        nAtomsInRow_ = AtomPlanIntRow->getSize();
121 >        nAtomsInCol_ = AtomPlanIntColumn->getSize();
122 >        nGroupsInRow_ = cgPlanIntRow->getSize();
123 >        nGroupsInCol_ = cgPlanIntColumn->getSize();
124  
125 < #endif
125 >        // Modify the data storage objects with the correct layouts and sizes:
126 >        atomRowData.resize(nAtomsInRow_);
127 >        atomRowData.setStorageLayout(storageLayout_);
128 >        atomColData.resize(nAtomsInCol_);
129 >        atomColData.setStorageLayout(storageLayout_);
130 >        cgRowData.resize(nGroupsInRow_);
131 >        cgRowData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
132 >        cgColData.resize(nGroupsInCol_);
133 >        cgColData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
134  
135 <    groupList_.clear();
136 <    groupList_.resize(nGroups_);
182 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
183 <      int gid = cgLocalToGlobal[i];
184 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
185 <        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
186 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid) {
187 <          groupList_[i].push_back(j);
188 <        }
189 <      }      
190 <    }
135 >        identsRow.resize(nAtomsInRow_);
136 >        identsCol.resize(nAtomsInCol_);
137  
138 <    skipsForAtom.clear();
139 <    skipsForAtom.resize(nLocal_);
194 <    toposForAtom.clear();
195 <    toposForAtom.resize(nLocal_);
196 <    topoDist.clear();
197 <    topoDist.resize(nLocal_);
138 >        AtomPlanIntRow->gather(idents, identsRow);
139 >        AtomPlanIntColumn->gather(idents, identsCol);
140  
141 <    for (int i = 0; i < nLocal_; i++) {
142 <      int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
141 >        // allocate memory for the parallel objects
142 >        atypesRow.resize(nAtomsInRow_);
143 >        atypesCol.resize(nAtomsInCol_);
144  
145 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
146 <        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];
145 >        for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++)
146 >        atypesRow[i] = ff_->getAtomType(identsRow[i]);
147 >        for (int i = 0; i < nAtomsInCol_; i++)
148 >        atypesCol[i] = ff_->getAtomType(identsCol[i]);
149  
150 <        if (excludes.hasPair(iglob, jglob))
151 <          skipsForAtom[i].push_back(j);              
207 <        
208 <        if (oneTwo.hasPair(iglob, jglob)) {
209 <          toposForAtom[i].push_back(j);
210 <          topoDist[i].push_back(1);
211 <        } else {
212 <          if (oneThree.hasPair(iglob, jglob)) {
213 <            toposForAtom[i].push_back(j);
214 <            topoDist[i].push_back(2);
215 <          } else {
216 <            if (oneFour.hasPair(iglob, jglob)) {
217 <              toposForAtom[i].push_back(j);
218 <              topoDist[i].push_back(3);
219 <            }
220 <          }
221 <        }
222 <      }      
223 <    }
224 <    
225 <    createGtypeCutoffMap();
226 <  }
227 <  
228 <  void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
150 >        pot_row.resize(nAtomsInRow_);
151 >        pot_col.resize(nAtomsInCol_);
152  
153 <    RealType tol = 1e-6;
154 <    RealType rc;
155 <    int atid;
156 <    set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
234 <    vector<RealType> atypeCutoff;
235 <    atypeCutoff.resize( atypes.size() );
236 <      
237 <    for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin();
238 <         at != atypes.end(); ++at){
239 <      atid = (*at)->getIdent();
153 >        AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
154 >        AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
155 >        AtomPlanIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
156 >        AtomPlanIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
157  
158 <      if (userChoseCutoff_)
159 <        atypeCutoff[atid] = userCutoff_;
160 <      else
161 <        atypeCutoff[atid] = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
162 <    }
158 >        cerr << "Atoms in Local:\n";
159 >        for (int i = 0; i < AtomLocalToGlobal.size(); i++)
160 >        {
161 >                cerr << "i =\t" << i << "\t localAt =\t" << AtomLocalToGlobal[i] << "\n";
162 >        }
163 >        cerr << "Atoms in Row:\n";
164 >        for (int i = 0; i < AtomRowToGlobal.size(); i++)
165 >        {
166 >                cerr << "i =\t" << i << "\t rowAt =\t" << AtomRowToGlobal[i] << "\n";
167 >        }
168 >        cerr << "Atoms in Col:\n";
169 >        for (int i = 0; i < AtomColToGlobal.size(); i++)
170 >        {
171 >                cerr << "i =\t" << i << "\t colAt =\t" << AtomColToGlobal[i] << "\n";
172 >        }
173  
174 <    vector<RealType> gTypeCutoffs;
174 >        cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
175 >        cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
176 >        cgPlanIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
177 >        cgPlanIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
178 >
179 >        cerr << "Gruops in Local:\n";
180 >        for (int i = 0; i < cgLocalToGlobal.size(); i++)
181 >        {
182 >                cerr << "i =\t" << i << "\t localCG =\t" << cgLocalToGlobal[i] << "\n";
183 >        }
184 >        cerr << "Groups in Row:\n";
185 >        for (int i = 0; i < cgRowToGlobal.size(); i++)
186 >        {
187 >                cerr << "i =\t" << i << "\t rowCG =\t" << cgRowToGlobal[i] << "\n";
188 >        }
189 >        cerr << "Groups in Col:\n";
190 >        for (int i = 0; i < cgColToGlobal.size(); i++)
191 >        {
192 >                cerr << "i =\t" << i << "\t colCG =\t" << cgColToGlobal[i] << "\n";
193 >        }
194  
195 <    // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
196 <    // largest cutoff for any atypes present in this group.
197 < #ifdef IS_MPI
198 <    vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
253 <    groupRowToGtype.resize(nGroupsInRow_);
254 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++) {
255 <      vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
256 <      for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
257 <           ia != atomListRow.end(); ++ia) {            
258 <        int atom1 = (*ia);
259 <        atid = identsRow[atom1];
260 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1]) {
261 <          groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
262 <        }
263 <      }
195 >        massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
196 >        massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
197 >        AtomPlanRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
198 >        AtomPlanRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
199  
200 <      bool gTypeFound = false;
201 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
202 <        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
203 <          groupRowToGtype[cg1] = gt;
204 <          gTypeFound = true;
205 <        }
206 <      }
207 <      if (!gTypeFound) {
208 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
209 <        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
210 <      }
211 <      
277 <    }
278 <    vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
279 <    groupColToGtype.resize(nGroupsInCol_);
280 <    for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++) {
281 <      vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
282 <      for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
283 <           jb != atomListCol.end(); ++jb) {            
284 <        int atom2 = (*jb);
285 <        atid = identsCol[atom2];
286 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2]) {
287 <          groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
288 <        }
289 <      }
290 <      bool gTypeFound = false;
291 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
292 <        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
293 <          groupColToGtype[cg2] = gt;
294 <          gTypeFound = true;
295 <        }
296 <      }
297 <      if (!gTypeFound) {
298 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
299 <        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
300 <      }
301 <    }
302 < #else
200 >        groupListRow_.clear();
201 >        groupListRow_.resize(nGroupsInRow_);
202 >        for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++)
203 >        {
204 >                int gid = cgRowToGlobal[i];
205 >                for (int j = 0; j < nAtomsInRow_; j++)
206 >                {
207 >                        int aid = AtomRowToGlobal[j];
208 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
209 >                        groupListRow_[i].push_back(j);
210 >                }
211 >        }
212  
213 <    vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
214 <    groupToGtype.resize(nGroups_);
213 >        groupListCol_.clear();
214 >        groupListCol_.resize(nGroupsInCol_);
215 >        for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++)
216 >        {
217 >                int gid = cgColToGlobal[i];
218 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
219 >                {
220 >                        int aid = AtomColToGlobal[j];
221 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
222 >                        groupListCol_[i].push_back(j);
223 >                }
224 >        }
225  
226 <    cerr << "nGroups = " << nGroups_ << "\n";
227 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++) {
226 >        excludesForAtom.clear();
227 >        excludesForAtom.resize(nAtomsInRow_);
228 >        toposForAtom.clear();
229 >        toposForAtom.resize(nAtomsInRow_);
230 >        topoDist.clear();
231 >        topoDist.resize(nAtomsInRow_);
232 >        for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++)
233 >        {
234 >                int iglob = AtomRowToGlobal[i];
235  
236 <      groupCutoff[cg1] = 0.0;
237 <      vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
236 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
237 >                {
238 >                        int jglob = AtomColToGlobal[j];
239  
240 <      for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin();
241 <           ia != atomList.end(); ++ia) {            
315 <        int atom1 = (*ia);
316 <        atid = idents[atom1];
317 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1]) {
318 <          groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
319 <        }
320 <      }
240 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
241 >                        excludesForAtom[i].push_back(j);
242  
243 <      bool gTypeFound = false;
244 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
245 <        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
246 <          groupToGtype[cg1] = gt;
247 <          gTypeFound = true;
248 <        }
249 <      }
250 <      if (!gTypeFound) {
251 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoff[cg1] );
252 <        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
253 <      }      
254 <    }
255 < #endif
243 >                        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob))
244 >                        {
245 >                                toposForAtom[i].push_back(j);
246 >                                topoDist[i].push_back(1);
247 >                        } else
248 >                        {
249 >                                if (oneThree->hasPair(iglob, jglob))
250 >                                {
251 >                                        toposForAtom[i].push_back(j);
252 >                                        topoDist[i].push_back(2);
253 >                                } else
254 >                                {
255 >                                        if (oneFour->hasPair(iglob, jglob))
256 >                                        {
257 >                                                toposForAtom[i].push_back(j);
258 >                                                topoDist[i].push_back(3);
259 >                                        }
260 >                                }
261 >                        }
262 >                }
263 >        }
264  
336    cerr << "gTypeCutoffs.size() = " << gTypeCutoffs.size() << "\n";
337    // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
338
339    RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
340
341 #ifdef IS_MPI
342    MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE, MPI::MAX);
265   #endif
344    
345    RealType tradRcut = groupMax;
266  
267 <    for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size();  i++) {
268 <      for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size();  j++) {      
349 <        RealType thisRcut;
350 <        switch(cutoffPolicy_) {
351 <        case TRADITIONAL:
352 <          thisRcut = tradRcut;
353 <          break;
354 <        case MIX:
355 <          thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
356 <          break;
357 <        case MAX:
358 <          thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
359 <          break;
360 <        default:
361 <          sprintf(painCave.errMsg,
362 <                  "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
363 <                  "hit an unknown cutoff policy!\n");
364 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
365 <          painCave.isFatal = 1;
366 <          simError();
367 <          break;
368 <        }
267 >        // allocate memory for the parallel objects
268 >        atypesLocal.resize(nLocal_);
269  
270 <        pair<int,int> key = make_pair(i,j);
271 <        gTypeCutoffMap[key].first = thisRcut;
270 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
271 >                atypesLocal[i] = ff_->getAtomType(idents[i]);
272  
273 <        if (thisRcut > largestRcut_) largestRcut_ = thisRcut;
273 >        groupList_.clear();
274 >        groupList_.resize(nGroups_);
275 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
276 >        {
277 >                int gid = cgLocalToGlobal[i];
278 >                for (int j = 0; j < nLocal_; j++)
279 >                {
280 >                        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
281 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
282 >                        {
283 >                                groupList_[i].push_back(j);
284 >                        }
285 >                }
286 >        }
287  
288 <        gTypeCutoffMap[key].second = thisRcut*thisRcut;
289 <        
290 <        gTypeCutoffMap[key].third = pow(thisRcut + skinThickness_, 2);
288 >        excludesForAtom.clear();
289 >        excludesForAtom.resize(nLocal_);
290 >        toposForAtom.clear();
291 >        toposForAtom.resize(nLocal_);
292 >        topoDist.clear();
293 >        topoDist.resize(nLocal_);
294  
295 <        // sanity check
296 <        
297 <        if (userChoseCutoff_) {
382 <          if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001) {
383 <            sprintf(painCave.errMsg,
384 <                    "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
385 <                    "user-specified rCut (%lf) does not match computed group Cutoff\n", userCutoff_);
386 <            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
387 <            painCave.isFatal = 1;
388 <            simError();            
389 <          }
390 <        }
391 <      }
392 <    }
393 <  }
295 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
296 >        {
297 >                int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
298  
299 +                for (int j = 0; j < nLocal_; j++)
300 +                {
301 +                        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];
302  
303 <  groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
304 <    int i, j;  
398 < #ifdef IS_MPI
399 <    i = groupRowToGtype[cg1];
400 <    j = groupColToGtype[cg2];
401 < #else
402 <    i = groupToGtype[cg1];
403 <    j = groupToGtype[cg2];
404 < #endif    
405 <    return gTypeCutoffMap[make_pair(i,j)];
406 <  }
303 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
304 >                                excludesForAtom[i].push_back(j);
305  
306 <  int ForceMatrixDecomposition::getTopologicalDistance(int atom1, int atom2) {
307 <    for (int j = 0; j < toposForAtom[atom1].size(); j++) {
308 <      if (toposForAtom[atom1][j] == atom2)
309 <        return topoDist[atom1][j];
310 <    }
311 <    return 0;
312 <  }
306 >                        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob))
307 >                        {
308 >                                toposForAtom[i].push_back(j);
309 >                                topoDist[i].push_back(1);
310 >                        } else
311 >                        {
312 >                                if (oneThree->hasPair(iglob, jglob))
313 >                                {
314 >                                        toposForAtom[i].push_back(j);
315 >                                        topoDist[i].push_back(2);
316 >                                } else
317 >                                {
318 >                                        if (oneFour->hasPair(iglob, jglob))
319 >                                        {
320 >                                                toposForAtom[i].push_back(j);
321 >                                                topoDist[i].push_back(3);
322 >                                        }
323 >                                }
324 >                        }
325 >                }
326 >        }
327  
328 <  void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
417 <    pairwisePot = 0.0;
418 <    embeddingPot = 0.0;
328 >        createGtypeCutoffMap();
329  
330 < #ifdef IS_MPI
421 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce) {
422 <      fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
423 <      fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
424 <    }
330 > }
331  
332 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
427 <      fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
428 <      fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
429 <    }
430 <    
431 <    fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
432 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
332 > void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
333  
334 <    fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
335 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));  
334 >        RealType tol = 1e-6;
335 >        largestRcut_ = 0.0;
336 >        RealType rc;
337 >        int atid;
338 >        set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
339  
340 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {    
438 <      fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(), 0.0);
439 <      fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(), 0.0);
440 <    }
340 >        map<int, RealType> atypeCutoff;
341  
342 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
343 <      fill(atomRowData.density.begin(), atomRowData.density.end(), 0.0);
344 <      fill(atomColData.density.begin(), atomColData.density.end(), 0.0);
345 <    }
342 >        for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin(); at != atypes.end(); ++at)
343 >        {
344 >                atid = (*at)->getIdent();
345 >                if (userChoseCutoff_)
346 >                        atypeCutoff[atid] = userCutoff_;
347 >                else
348 >                        atypeCutoff[atid] = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
349 >        }
350  
351 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {  
352 <      fill(atomRowData.functional.begin(), atomRowData.functional.end(), 0.0);
353 <      fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(), 0.0);
354 <    }
351 >        vector<RealType> gTypeCutoffs;
352 >        // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
353 >        // largest cutoff for any atypes present in this group.
354 > #ifdef IS_MPI
355 >        vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
356 >        groupRowToGtype.resize(nGroupsInRow_);
357 >        for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++)
358 >        {
359 >                vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
360 >                for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
361 >                                ia != atomListRow.end(); ++ia)
362 >                {
363 >                        int atom1 = (*ia);
364 >                        atid = identsRow[atom1];
365 >                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1])
366 >                        {
367 >                                groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
368 >                        }
369 >                }
370  
371 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
372 <      fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
373 <           atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
374 <      fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
375 <           atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
376 <    }
371 >                bool gTypeFound = false;
372 >                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
373 >                {
374 >                        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
375 >                        {
376 >                                groupRowToGtype[cg1] = gt;
377 >                                gTypeFound = true;
378 >                        }
379 >                }
380 >                if (!gTypeFound)
381 >                {
382 >                        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
383 >                        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
384 >                }
385  
386 +        }
387 +        vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
388 +        groupColToGtype.resize(nGroupsInCol_);
389 +        for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++)
390 +        {
391 +                vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
392 +                for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
393 +                                jb != atomListCol.end(); ++jb)
394 +                {
395 +                        int atom2 = (*jb);
396 +                        atid = identsCol[atom2];
397 +                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2])
398 +                        {
399 +                                groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
400 +                        }
401 +                }
402 +                bool gTypeFound = false;
403 +                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
404 +                {
405 +                        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
406 +                        {
407 +                                groupColToGtype[cg2] = gt;
408 +                                gTypeFound = true;
409 +                        }
410 +                }
411 +                if (!gTypeFound)
412 +                {
413 +                        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
414 +                        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
415 +                }
416 +        }
417   #else
418 <    
419 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {      
420 <      fill(snap_->atomData.particlePot.begin(),
421 <           snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
422 <    }
423 <    
424 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
425 <      fill(snap_->atomData.density.begin(),
426 <           snap_->atomData.density.end(), 0.0);
427 <    }
428 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
429 <      fill(snap_->atomData.functional.begin(),
430 <           snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
431 <    }
432 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
433 <      fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(),
434 <           snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
435 <    }
418 >
419 >        vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
420 >        groupToGtype.resize(nGroups_);
421 >        for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++)
422 >        {
423 >                groupCutoff[cg1] = 0.0;
424 >                vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
425 >                for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin(); ia != atomList.end(); ++ia)
426 >                {
427 >                        int atom1 = (*ia);
428 >                        atid = idents[atom1];
429 >                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1])
430 >                                groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
431 >                }
432 >
433 >                bool gTypeFound = false;
434 >                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
435 >                {
436 >                        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
437 >                        {
438 >                                groupToGtype[cg1] = gt;
439 >                                gTypeFound = true;
440 >                        }
441 >                }
442 >                if (!gTypeFound)
443 >                {
444 >                        gTypeCutoffs.push_back(groupCutoff[cg1]);
445 >                        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
446 >                }
447 >        }
448   #endif
479    
480  }
449  
450 +        // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
451  
452 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeData()  {
453 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
485 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
452 >        RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
453 >
454   #ifdef IS_MPI
455 <    
456 <    // gather up the atomic positions
489 <    AtomCommVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
490 <                              atomRowData.position);
491 <    AtomCommVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
492 <                                 atomColData.position);
493 <    
494 <    // gather up the cutoff group positions
495 <    cgCommVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
496 <                            cgRowData.position);
497 <    cgCommVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
498 <                               cgColData.position);
499 <    
500 <    // if needed, gather the atomic rotation matrices
501 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
502 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
503 <                                atomRowData.aMat);
504 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
505 <                                   atomColData.aMat);
506 <    }
507 <    
508 <    // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
509 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
510 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
511 <                                atomRowData.electroFrame);
512 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
513 <                                   atomColData.electroFrame);
514 <    }
515 < #endif      
516 <  }
517 <  
518 <  /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
519 <   * data structures.
520 <   */
521 <  void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
522 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
523 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
524 < #ifdef IS_MPI
525 <    
526 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
527 <      
528 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.density,
529 <                               snap_->atomData.density);
530 <      
531 <      int n = snap_->atomData.density.size();
532 <      vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
533 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
534 <      for (int i = 0; i < n; i++)
535 <        snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
536 <    }
455 >        MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
456 >                        MPI::MAX);
457   #endif
538  }
458  
459 <  /*
460 <   * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
461 <   * row and column-indexed data structures
462 <   */
463 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
464 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
465 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
466 < #ifdef IS_MPI
467 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
468 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
469 <                              atomRowData.functional);
470 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
471 <                                 atomColData.functional);
472 <    }
473 <    
474 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
475 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
476 <                              atomRowData.functionalDerivative);
477 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
478 <                                 atomColData.functionalDerivative);
479 <    }
480 < #endif
481 <  }
482 <  
483 <  
565 <  void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
566 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
567 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
568 < #ifdef IS_MPI    
569 <    int n = snap_->atomData.force.size();
570 <    vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
571 <    
572 <    AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
573 <    for (int i = 0; i < n; i++) {
574 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
575 <      frc_tmp[i] = 0.0;
576 <    }
577 <    
578 <    AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
579 <    for (int i = 0; i < n; i++)
580 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
581 <    
582 <    
583 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
459 >        RealType tradRcut = groupMax;
460 >
461 >        for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size(); i++)
462 >        {
463 >                for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size(); j++)
464 >                {
465 >                        RealType thisRcut;
466 >                        switch (cutoffPolicy_) {
467 >                        case TRADITIONAL:
468 >                                thisRcut = tradRcut;
469 >                                break;
470 >                        case MIX:
471 >                                thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
472 >                                break;
473 >                        case MAX:
474 >                                thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
475 >                                break;
476 >                        default:
477 >                                sprintf(painCave.errMsg, "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
478 >                                        "hit an unknown cutoff policy!\n");
479 >                                painCave.severity = OPENMD_ERROR;
480 >                                painCave.isFatal = 1;
481 >                                simError();
482 >                                break;
483 >                        }
484  
485 <      int nt = snap_->atomData.force.size();
486 <      vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
485 >                        pair<int, int> key = make_pair(i, j);
486 >                        gTypeCutoffMap[key].first = thisRcut;
487 >                        if (thisRcut > largestRcut_)
488 >                                largestRcut_ = thisRcut;
489 >                        gTypeCutoffMap[key].second = thisRcut * thisRcut;
490 >                        gTypeCutoffMap[key].third = pow(thisRcut + skinThickness_, 2);
491 >                        // sanity check
492  
493 <      AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
494 <      for (int i = 0; i < n; i++) {
495 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
496 <        trq_tmp[i] = 0.0;
497 <      }
498 <      
499 <      AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
500 <      for (int i = 0; i < n; i++)
501 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
502 <    }
503 <    
504 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
493 >                        if (userChoseCutoff_)
494 >                        {
495 >                                if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001)
496 >                                {
497 >                                        sprintf(painCave.errMsg, "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
498 >                                                "user-specified rCut (%lf) does not match computed group Cutoff\n", userCutoff_);
499 >                                        painCave.severity = OPENMD_ERROR;
500 >                                        painCave.isFatal = 1;
501 >                                        simError();
502 >                                }
503 >                        }
504 >                }
505 >        }
506 > }
507  
508 <    vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
509 <                            Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
603 <
604 <    // scatter/gather pot_row into the members of my column
605 <          
606 <    AtomCommPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
607 <
608 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
609 <      pairwisePot += pot_temp[ii];
610 <    
611 <    fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
612 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
613 <      
614 <    AtomCommPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);    
615 <    
616 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
617 <      pairwisePot += pot_temp[ii];    
618 < #endif
619 <
620 <  }
621 <
622 <  int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {  
508 > groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
509 >        int i, j;
510   #ifdef IS_MPI
511 <    return nAtomsInRow_;
511 >        i = groupRowToGtype[cg1];
512 >        j = groupColToGtype[cg2];
513   #else
514 <    return nLocal_;
515 < #endif
516 <  }
514 >        i = groupToGtype[cg1];
515 >        j = groupToGtype[cg2];
516 > #endif    
517 >        return gTypeCutoffMap[make_pair(i, j)];
518 > }
519  
520 <  /**
521 <   * returns the list of atoms belonging to this group.  
522 <   */
523 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1){
524 < #ifdef IS_MPI
525 <    return groupListRow_[cg1];
526 < #else
527 <    return groupList_[cg1];
638 < #endif
639 <  }
520 > int ForceMatrixDecomposition::getTopologicalDistance(int atom1, int atom2) {
521 >        for (int j = 0; j < toposForAtom[atom1].size(); j++)
522 >        {
523 >                if (toposForAtom[atom1][j] == atom2)
524 >                        return topoDist[atom1][j];
525 >        }
526 >        return 0;
527 > }
528  
529 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2){
529 > void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
530 >        pairwisePot = 0.0;
531 >        embeddingPot = 0.0;
532 >
533   #ifdef IS_MPI
534 <    return groupListCol_[cg2];
535 < #else
536 <    return groupList_[cg2];
537 < #endif
538 <  }
648 <  
649 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2){
650 <    Vector3d d;
651 <    
652 < #ifdef IS_MPI
653 <    d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
654 < #else
655 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
656 < #endif
657 <    
658 <    snap_->wrapVector(d);
659 <    return d;    
660 <  }
534 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce)
535 >        {
536 >                fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
537 >                fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
538 >        }
539  
540 +        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
541 +        {
542 +                fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
543 +                fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
544 +        }
545  
546 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1){
546 >        fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
547 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
548  
549 <    Vector3d d;
550 <    
667 < #ifdef IS_MPI
668 <    d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
669 < #else
670 <    d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
671 < #endif
549 >        fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
550 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
551  
552 <    snap_->wrapVector(d);
553 <    return d;    
554 <  }
555 <  
556 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2){
557 <    Vector3d d;
558 <    
680 < #ifdef IS_MPI
681 <    d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
682 < #else
683 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
684 < #endif
685 <    
686 <    snap_->wrapVector(d);
687 <    return d;    
688 <  }
552 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
553 >        {
554 >                fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(),
555 >                                0.0);
556 >                fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(),
557 >                                0.0);
558 >        }
559  
560 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
561 < #ifdef IS_MPI
562 <    return massFactorsRow[atom1];
563 < #else
564 <    cerr << "mfs = " << massFactors.size() << " atom1 = " << atom1 << "\n";
695 <    return massFactors[atom1];
696 < #endif
697 <  }
560 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
561 >        {
562 >                fill(atomRowData.density.begin(), atomRowData.density.end(), 0.0);
563 >                fill(atomColData.density.begin(), atomColData.density.end(), 0.0);
564 >        }
565  
566 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
567 < #ifdef IS_MPI
568 <    return massFactorsCol[atom2];
569 < #else
570 <    return massFactors[atom2];
571 < #endif
566 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
567 >        {
568 >                fill(atomRowData.functional.begin(), atomRowData.functional.end(),
569 >                                0.0);
570 >                fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(),
571 >                                0.0);
572 >        }
573  
574 <  }
575 <    
576 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2){
577 <    Vector3d d;
578 <    
579 < #ifdef IS_MPI
580 <    d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
581 < #else
582 <    d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
574 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
575 >        {
576 >                fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
577 >                                atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
578 >                fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
579 >                                atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
580 >        }
581 >
582 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
583 >        {
584 >                fill(atomRowData.skippedCharge.begin(),
585 >                                atomRowData.skippedCharge.end(), 0.0);
586 >                fill(atomColData.skippedCharge.begin(),
587 >                                atomColData.skippedCharge.end(), 0.0);
588 >        }
589 >
590   #endif
591 +        // even in parallel, we need to zero out the local arrays:
592  
593 <    snap_->wrapVector(d);
594 <    return d;    
595 <  }
593 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
594 >        {
595 >                fill(snap_->atomData.particlePot.begin(), snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
596 >        }
597  
598 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getSkipsForAtom(int atom1) {
599 <    return skipsForAtom[atom1];
600 <  }
598 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
599 >        {
600 >                fill(snap_->atomData.density.begin(), snap_->atomData.density.end(), 0.0);
601 >        }
602 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
603 >        {
604 >                fill(snap_->atomData.functional.begin(), snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
605 >        }
606 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
607 >        {
608 >                fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(), snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
609 >        }
610 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
611 >        {
612 >                fill(snap_->atomData.skippedCharge.begin(), snap_->atomData.skippedCharge.end(), 0.0);
613 >        }
614  
615 <  /**
726 <   * There are a number of reasons to skip a pair or a
727 <   * particle. Mostly we do this to exclude atoms who are involved in
728 <   * short range interactions (bonds, bends, torsions), but we also
729 <   * need to exclude some overcounted interactions that result from
730 <   * the parallel decomposition.
731 <   */
732 <  bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
733 <    int unique_id_1, unique_id_2;
615 > }
616  
617 + void ForceMatrixDecomposition::distributeData() {
618 +        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
619 +        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
620   #ifdef IS_MPI
736    // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
737    unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
738    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
621  
622 <    // this situation should only arise in MPI simulations
623 <    if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
624 <    
625 <    // this prevents us from doing the pair on multiple processors
626 <    if (unique_id_1 < unique_id_2) {
745 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
746 <    } else {
747 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
748 <    }
749 < #else
750 <    // in the normal loop, the atom numbers are unique
751 <    unique_id_1 = atom1;
752 <    unique_id_2 = atom2;
753 < #endif
754 <    
755 <    for (vector<int>::iterator i = skipsForAtom[atom1].begin();
756 <         i != skipsForAtom[atom1].end(); ++i) {
757 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
758 <    }
622 >        // gather up the atomic positions
623 >        AtomPlanVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
624 >                        atomRowData.position);
625 >        AtomPlanVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
626 >                        atomColData.position);
627  
628 <    return false;
761 <  }
628 >        // gather up the cutoff group positions
629  
630 +        cerr << "before gather\n";
631 +        for (int i = 0; i < snap_->cgData.position.size(); i++)
632 +        {
633 +                cerr << "cgpos = " << snap_->cgData.position[i] << "\n";
634 +        }
635  
636 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg){
637 < #ifdef IS_MPI
766 <    atomRowData.force[atom1] += fg;
767 < #else
768 <    snap_->atomData.force[atom1] += fg;
769 < #endif
770 <  }
636 >        cgPlanVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
637 >                        cgRowData.position);
638  
639 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg){
640 < #ifdef IS_MPI
641 <    atomColData.force[atom2] += fg;
642 < #else
643 <    snap_->atomData.force[atom2] += fg;
777 < #endif
778 <  }
639 >        cerr << "after gather\n";
640 >        for (int i = 0; i < cgRowData.position.size(); i++)
641 >        {
642 >                cerr << "cgRpos = " << cgRowData.position[i] << "\n";
643 >        }
644  
645 <    // filling interaction blocks with pointers
646 <  void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat,
647 <                                                     int atom1, int atom2) {    
648 < #ifdef IS_MPI
649 <    
650 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
786 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
787 <    
788 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
789 <      idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
790 <      idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
791 <    }
792 <    
793 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
794 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
795 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
796 <    }
645 >        cgPlanVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
646 >                        cgColData.position);
647 >        for (int i = 0; i < cgColData.position.size(); i++)
648 >        {
649 >                cerr << "cgCpos = " << cgColData.position[i] << "\n";
650 >        }
651  
652 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
653 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
654 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
655 <    }
652 >        // if needed, gather the atomic rotation matrices
653 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
654 >        {
655 >                AtomPlanMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
656 >                                atomRowData.aMat);
657 >                AtomPlanMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
658 >                                atomColData.aMat);
659 >        }
660  
661 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
662 <      idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
663 <      idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
664 <    }
661 >        // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
662 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
663 >        {
664 >                AtomPlanMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
665 >                                atomRowData.electroFrame);
666 >                AtomPlanMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
667 >                                atomColData.electroFrame);
668 >        }
669  
670 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
671 <      idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
810 <      idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
811 <    }
670 > #endif      
671 > }
672  
673 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
674 <      idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
675 <      idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
676 <    }
673 > /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
674 > * data structures.
675 > */
676 > void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
677 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
678 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
679 > #ifdef IS_MPI
680  
681 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
682 <      idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
820 <      idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
821 <    }
681 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
682 >        {
683  
684 < #else
684 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.density,
685 >                                snap_->atomData.density);
686  
687 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
688 <                             ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
687 >                int n = snap_->atomData.density.size();
688 >                vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
689 >                AtomPlanRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
690 >                for (int i = 0; i < n; i++)
691 >                snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
692 >        }
693 > #endif
694 > }
695  
696 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
697 <      idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
698 <      idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
699 <    }
696 > /*
697 > * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
698 > * row and column-indexed data structures
699 > */
700 > void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
701 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
702 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
703 > #ifdef IS_MPI
704 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
705 >        {
706 >                AtomPlanRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
707 >                                atomRowData.functional);
708 >                AtomPlanRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
709 >                                atomColData.functional);
710 >        }
711  
712 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
713 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
714 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
715 <    }
712 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
713 >        {
714 >                AtomPlanRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
715 >                                atomRowData.functionalDerivative);
716 >                AtomPlanRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
717 >                                atomColData.functionalDerivative);
718 >        }
719 > #endif
720 > }
721  
722 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
723 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
724 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
725 <    }
722 > void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
723 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
724 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
725 > #ifdef IS_MPI    
726 >        int n = snap_->atomData.force.size();
727 >        vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
728  
729 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {    
730 <      idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
731 <      idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
732 <    }
729 >        AtomPlanVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
730 >        for (int i = 0; i < n; i++)
731 >        {
732 >                snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
733 >                frc_tmp[i] = 0.0;
734 >        }
735  
736 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
737 <      idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
738 <      idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
739 <    }
736 >        AtomPlanVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
737 >        for (int i = 0; i < n; i++)
738 >        {
739 >                snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
740 >        }
741  
742 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
743 <      idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
855 <      idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
856 <    }
742 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
743 >        {
744  
745 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
746 <      idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
860 <      idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
861 <    }
745 >                int nt = snap_->atomData.torque.size();
746 >                vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
747  
748 < #endif
749 <  }
748 >                AtomPlanVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
749 >                for (int i = 0; i < nt; i++)
750 >                {
751 >                        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
752 >                        trq_tmp[i] = 0.0;
753 >                }
754  
755 <  
756 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {    
757 < #ifdef IS_MPI
758 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
870 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
755 >                AtomPlanVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
756 >                for (int i = 0; i < nt; i++)
757 >                snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
758 >        }
759  
760 <    atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
761 <    atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
874 < #else
875 <    pairwisePot += *(idat.pot);
760 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
761 >        {
762  
763 <    snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
764 <    snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
879 < #endif
763 >                int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
764 >                vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
765  
766 <  }
766 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.skippedCharge, skch_tmp);
767 >                for (int i = 0; i < ns; i++)
768 >                {
769 >                        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
770 >                        skch_tmp[i] = 0.0;
771 >                }
772  
773 +                AtomPlanRealColumn->scatter(atomColData.skippedCharge, skch_tmp);
774 +                for (int i = 0; i < ns; i++)
775 +                snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
776 +        }
777  
778 <  void ForceMatrixDecomposition::fillSkipData(InteractionData &idat,
885 <                                              int atom1, int atom2) {
886 < #ifdef IS_MPI
887 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
888 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
778 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
779  
780 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
781 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
892 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
893 <    }
780 >        vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
781 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
782  
783 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
896 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
897 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
898 <    }
783 >        // scatter/gather pot_row into the members of my column
784  
785 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
901 <      idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
902 <      idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
903 <    }
904 < #else
905 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
906 <                             ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
785 >        AtomPlanPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
786  
787 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
788 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
910 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
911 <    }
787 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
788 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
789  
790 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
791 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
915 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
916 <    }
790 >        fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
791 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
792  
793 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
919 <      idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
920 <      idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
921 <    }
922 < #endif    
923 <  }
793 >        AtomPlanPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);
794  
795 +        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
796 +        pairwisePot += pot_temp[ii];
797 + #endif
798  
799 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackSkipData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {    
799 >        cerr << "pairwisePot = " << pairwisePot << "\n";
800 > }
801 >
802 > int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {
803   #ifdef IS_MPI
804 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
929 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
804 >        return nAtomsInRow_;
805   #else
806 <    pairwisePot += *(idat.pot);  
806 >        return nLocal_;
807   #endif
808 + }
809  
810 <  }
810 > /**
811 > * returns the list of atoms belonging to this group.
812 > */
813 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1) {
814 > #ifdef IS_MPI
815 >        return groupListRow_[cg1];
816 > #else
817 >        return groupList_[cg1];
818 > #endif
819 > }
820  
821 + vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2) {
822 + #ifdef IS_MPI
823 +        return groupListCol_[cg2];
824 + #else
825 +        return groupList_[cg2];
826 + #endif
827 + }
828  
829 <  /*
830 <   * buildNeighborList
831 <   *
940 <   * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
941 <   * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
942 <   */
943 <  vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
944 <      
945 <    vector<pair<int, int> > neighborList;
946 <    groupCutoffs cuts;
829 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2) {
830 >        Vector3d d;
831 >
832   #ifdef IS_MPI
833 <    cellListRow_.clear();
834 <    cellListCol_.clear();
833 >        d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
834 >        cerr << "cg1 = " << cg1 << "\tcg1p = " << cgRowData.position[cg1] << "\n";
835 >        cerr << "cg2 = " << cg2 << "\tcg2p = " << cgColData.position[cg2] << "\n";
836   #else
837 <    cellList_.clear();
837 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
838 >        cerr << "cg1 = " << cg1 << "\tcg1p = " << snap_->cgData.position[cg1] << "\n";
839 >        cerr << "cg2 = " << cg2 << "\tcg2p = " << snap_->cgData.position[cg2] << "\n";
840   #endif
841  
842 <    RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
843 <    RealType rl2 = rList_ * rList_;
844 <    Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
957 <    Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
958 <    Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
959 <    Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
960 <    Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
842 >        snap_->wrapVector(d);
843 >        return d;
844 > }
845  
846 <    nCells_.x() = (int) ( Hx.length() )/ rList_;
847 <    nCells_.y() = (int) ( Hy.length() )/ rList_;
964 <    nCells_.z() = (int) ( Hz.length() )/ rList_;
846 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(CutoffGroup *cg1, CutoffGroup *cg2) {
847 >        Vector3d d;
848  
849 <    Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
850 <    Vector3d rs, scaled, dr;
851 <    Vector3i whichCell;
852 <    int cellIndex;
853 <    int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
849 >        d = snap_->cgData.position[cg2->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
850 > /*      cerr << "cg1_gid = " << cg1->getGlobalIndex() << "\tcg1_lid = " << cg1->getLocalIndex() << "\tcg1p = "
851 >                        << snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()] << "\n";
852 >        cerr << "cg2_gid = " << cg2->getGlobalIndex() << "\tcg2_lid = " << cg2->getLocalIndex() << "\tcg2p = "
853 >                        << snap_->cgData.position[cg2->getLocalIndex()] << "\n";*/
854  
855 +        snap_->wrapVector(d);
856 +        return d;
857 + }
858 +
859 + Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1) {
860 +
861 +        Vector3d d;
862 +
863   #ifdef IS_MPI
864 <    cellListRow_.resize(nCtot);
974 <    cellListCol_.resize(nCtot);
864 >        d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
865   #else
866 <    cellList_.resize(nCtot);
866 >        d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
867   #endif
868  
869 +        snap_->wrapVector(d);
870 +        return d;
871 + }
872 +
873 + Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2) {
874 +        Vector3d d;
875 +
876   #ifdef IS_MPI
877 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
878 <      rs = cgRowData.position[i];
877 >        d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
878 > #else
879 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
880 > #endif
881  
882 <      // scaled positions relative to the box vectors
883 <      scaled = invHmat * rs;
882 >        snap_->wrapVector(d);
883 >        return d;
884 > }
885  
886 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
887 <      // numbers
888 <      for (int j = 0; j < 3; j++) {
889 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
890 <        scaled[j] += 0.5;
891 <      }
892 <    
993 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
994 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
995 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
996 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
886 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
887 > #ifdef IS_MPI
888 >        return massFactorsRow[atom1];
889 > #else
890 >        return massFactors[atom1];
891 > #endif
892 > }
893  
894 <      // find single index of this cell:
895 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
894 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
895 > #ifdef IS_MPI
896 >        return massFactorsCol[atom2];
897 > #else
898 >        return massFactors[atom2];
899 > #endif
900  
901 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1002 <      cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1003 <    }
901 > }
902  
903 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
904 <      rs = cgColData.position[i];
903 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2) {
904 >        Vector3d d;
905  
906 <      // scaled positions relative to the box vectors
907 <      scaled = invHmat * rs;
906 > #ifdef IS_MPI
907 >        d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
908 > #else
909 >        d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
910 > #endif
911  
912 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
913 <      // numbers
914 <      for (int j = 0; j < 3; j++) {
1014 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1015 <        scaled[j] += 0.5;
1016 <      }
912 >        snap_->wrapVector(d);
913 >        return d;
914 > }
915  
916 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
917 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
918 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1021 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
916 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getExcludesForAtom(int atom1) {
917 >        return excludesForAtom[atom1];
918 > }
919  
920 <      // find single index of this cell:
921 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
920 > /**
921 > * We need to exclude some overcounted interactions that result from
922 > * the parallel decomposition.
923 > */
924 > bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
925 >        int unique_id_1, unique_id_2;
926  
927 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
928 <      cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
929 <    }
930 < #else
931 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
1031 <      rs = snap_->cgData.position[i];
927 > //      cerr << "sap with atom1, atom2 =\t" << atom1 << "\t" << atom2 << "\n";
928 > #ifdef IS_MPI
929 >        // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
930 >        unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
931 >        unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
932  
933 <      // scaled positions relative to the box vectors
934 <      scaled = invHmat * rs;
933 >        cerr << "sap with uid1, uid2 =\t" << unique_id_1 << "\t" << unique_id_2 << "\n";
934 >        // this situation should only arise in MPI simulations
935 >        if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
936  
937 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
938 <      // numbers
939 <      for (int j = 0; j < 3; j++) {
940 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
941 <        scaled[j] += 0.5;
942 <      }
937 >        // this prevents us from doing the pair on multiple processors
938 >        if (unique_id_1 < unique_id_2)
939 >        {
940 >                if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
941 >        } else
942 >        {
943 >                if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
944 >        }
945 > #endif
946 >        return false;
947 > }
948  
949 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
950 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
951 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
952 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
949 > /**
950 > * We need to handle the interactions for atoms who are involved in
951 > * the same rigid body as well as some short range interactions
952 > * (bonds, bends, torsions) differently from other interactions.
953 > * We'll still visit the pairwise routines, but with a flag that
954 > * tells those routines to exclude the pair from direct long range
955 > * interactions.  Some indirect interactions (notably reaction
956 > * field) must still be handled for these pairs.
957 > */
958 > bool ForceMatrixDecomposition::excludeAtomPair(int atom1, int atom2) {
959 >        int unique_id_2;
960 > #ifdef IS_MPI
961 >        // in MPI, we have to look up the unique IDs for the row atom.
962 >        unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
963 > #else
964 >        // in the normal loop, the atom numbers are unique
965 >        unique_id_2 = atom2;
966 > #endif
967  
968 <      // find single index of this cell:
969 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);      
968 >        for (vector<int>::iterator i = excludesForAtom[atom1].begin(); i != excludesForAtom[atom1].end(); ++i)
969 >        {
970 >                if ((*i) == unique_id_2)
971 >                        return true;
972 >        }
973  
974 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
975 <      cellList_[cellIndex].push_back(i);
976 <    }
974 >        return false;
975 > }
976 >
977 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg) {
978 > #ifdef IS_MPI
979 >        atomRowData.force[atom1] += fg;
980 > #else
981 >        snap_->atomData.force[atom1] += fg;
982   #endif
983 + }
984  
985 <    for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++) {
986 <      for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++) {
987 <        for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++) {
988 <          Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
989 <          int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
985 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg) {
986 > #ifdef IS_MPI
987 >        atomColData.force[atom2] += fg;
988 > #else
989 >        snap_->atomData.force[atom2] += fg;
990 > #endif
991 > }
992  
993 <          for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin();
994 <               os != cellOffsets_.end(); ++os) {
1064 <            
1065 <            Vector3i m2v = m1v + (*os);
1066 <            
1067 <            if (m2v.x() >= nCells_.x()) {
1068 <              m2v.x() = 0;          
1069 <            } else if (m2v.x() < 0) {
1070 <              m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1071 <            }
1072 <            
1073 <            if (m2v.y() >= nCells_.y()) {
1074 <              m2v.y() = 0;          
1075 <            } else if (m2v.y() < 0) {
1076 <              m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1077 <            }
1078 <            
1079 <            if (m2v.z() >= nCells_.z()) {
1080 <              m2v.z() = 0;          
1081 <            } else if (m2v.z() < 0) {
1082 <              m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1083 <            }
1084 <            
1085 <            int m2 = Vlinear (m2v, nCells_);
993 > // filling interaction blocks with pointers
994 > void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
995  
996 +        idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
997 +
998   #ifdef IS_MPI
999 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
1000 <                 j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1) {
1001 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
1091 <                   j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2) {
1092 <                              
1093 <                // Always do this if we're in different cells or if
1094 <                // we're in the same cell and the global index of the
1095 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
999 >        idat.atypes = make_pair( atypesRow[atom1], atypesCol[atom2]);
1000 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
1001 >        //                         ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
1002  
1003 <                if (m2 != m1 || cgColToGlobal[(*j2)] < cgRowToGlobal[(*j1)]) {
1004 <                  dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
1005 <                  snap_->wrapVector(dr);
1006 <                  cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1007 <                  if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1008 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1009 <                  }
1010 <                }
1011 <              }
1012 <            }
1003 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1004 >        {
1005 >                idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
1006 >                idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
1007 >        }
1008 >
1009 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1010 >        {
1011 >                idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
1012 >                idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
1013 >        }
1014 >
1015 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1016 >        {
1017 >                idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
1018 >                idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
1019 >        }
1020 >
1021 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1022 >        {
1023 >                idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
1024 >                idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
1025 >        }
1026 >
1027 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1028 >        {
1029 >                idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
1030 >                idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
1031 >        }
1032 >
1033 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1034 >        {
1035 >                idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
1036 >                idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
1037 >        }
1038 >
1039 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1040 >        {
1041 >                idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
1042 >                idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
1043 >        }
1044 >
1045 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1046 >        {
1047 >                idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
1048 >                idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
1049 >        }
1050 >
1051   #else
1052  
1053 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin();
1054 <                 j1 != cellList_[m1].end(); ++j1) {
1055 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin();
1112 <                   j2 != cellList_[m2].end(); ++j2) {
1053 >        idat.atypes = make_pair(atypesLocal[atom1], atypesLocal[atom2]);
1054 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
1055 >        //                         ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
1056  
1057 <                // Always do this if we're in different cells or if
1058 <                // we're in the same cell and the global index of the
1059 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1057 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1058 >        {
1059 >                idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
1060 >                idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
1061 >        }
1062  
1063 <                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1)) {
1064 <                  dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
1065 <                  snap_->wrapVector(dr);
1066 <                  cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1067 <                  if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1068 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1069 <                  }
1070 <                }
1071 <              }
1072 <            }
1063 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1064 >        {
1065 >                idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
1066 >                idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
1067 >        }
1068 >
1069 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1070 >        {
1071 >                idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
1072 >                idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
1073 >        }
1074 >
1075 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1076 >        {
1077 >                idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
1078 >                idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
1079 >        }
1080 >
1081 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1082 >        {
1083 >                idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
1084 >                idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
1085 >        }
1086 >
1087 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1088 >        {
1089 >                idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
1090 >                idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
1091 >        }
1092 >
1093 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1094 >        {
1095 >                idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
1096 >                idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
1097 >        }
1098 >
1099 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1100 >        {
1101 >                idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
1102 >                idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
1103 >        }
1104   #endif
1105 <          }
1106 <        }
1107 <      }
1108 <    }
1109 <    
1110 <    // save the local cutoff group positions for the check that is
1111 <    // done on each loop:
1112 <    saved_CG_positions_.clear();
1113 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1114 <      saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1115 <  
1116 <    return neighborList;
1117 <  }
1105 > }
1106 >
1107 > void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
1108 > #ifdef IS_MPI
1109 >        pot_row[atom1] += 0.5 * *(idat.pot);
1110 >        pot_col[atom2] += 0.5 * *(idat.pot);
1111 >
1112 >        atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
1113 >        atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1114 > #else
1115 >        pairwisePot += *(idat.pot);
1116 >
1117 >        snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
1118 >        snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1119 > #endif
1120 >
1121 > }
1122 >
1123 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupCutoffs(vector<int> &order) {
1124 >        vector<int> tmp = vector<int> (groupToGtype.size());
1125 >
1126 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1127 >        {
1128 >                tmp[i] = groupToGtype[i];
1129 >        }
1130 >
1131 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1132 >        {
1133 >                groupToGtype[i] = tmp[order[i]];
1134 >        }
1135 > }
1136 >
1137 > void ForceMatrixDecomposition::reorderPosition(vector<int> &order) {
1138 >        Snapshot* snap_ = info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot();
1139 >        DataStorage* cgConfig = &(snap_->cgData);
1140 >        vector<Vector3d> tmp = vector<Vector3d> (nGroups_);
1141 >
1142 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1143 >        {
1144 >                tmp[i] = snap_->cgData.position[i];
1145 >        }
1146 >
1147 >        vector<int> mapPos = vector<int>(nGroups_);
1148 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1149 >        {
1150 >                snap_->cgData.position[i] = tmp[order[i]];
1151 >                mapPos[order[i]] = i;
1152 >        }
1153 >
1154 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1155 >        Molecule* mol;
1156 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1157 >        CutoffGroup* cg;
1158 >
1159 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1160 >        {
1161 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1162 >                {
1163 >                        cg->setLocalIndex(mapPos[cg->getLocalIndex()]);
1164 >                }
1165 >        }
1166 >
1167 > /*      if (info_->getNCutoffGroups() > 0)
1168 >        {
1169 >                for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1170 >                {
1171 >                        for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1172 >                        {
1173 >                                printf("gbI:%d locI:%d x:%f y:%f z:%f\n", cg->getGlobalIndex(), cg->getLocalIndex(),
1174 >                                                cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].x(), cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].y(),
1175 >                                                cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].z());
1176 >                        }
1177 >                }
1178 >        } else
1179 >        {
1180 >                // center of mass of the group is the same as position of the atom
1181 >                // if cutoff group does not exist
1182 >                printf("ERROR!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n");
1183 >                //                      cgConfig->position = config->position;
1184 >        }*/
1185 > }
1186 >
1187 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupList(vector<int> &order) {
1188 >        vector<vector<int> > tmp = vector<vector<int> > (groupList_.size());
1189 >
1190 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1191 >        {
1192 >                tmp[i] = groupList_[i];
1193 >        }
1194 >
1195 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1196 >        {
1197 >                groupList_[i] = tmp[order[i]];
1198 >        }
1199 > }
1200 >
1201 > void ForceMatrixDecomposition::reorderMemory(vector<vector<CutoffGroup *> > &H_c_l) {
1202 >        int n = 0;
1203 > //      printf("Reorder memory time:%f!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n",
1204 > //                      info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot()->getTime());
1205 >
1206 >        /* record the reordered atom indices */
1207 >        vector<int> k = vector<int> (nGroups_);
1208 >
1209 >        for (int c = 0; c < H_c_l.size(); ++c)
1210 >        {
1211 >                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg = H_c_l[c].begin(); cg != H_c_l[c].end(); ++cg)
1212 >                {
1213 >                        int i = (*cg)->getGlobalIndex();
1214 >                        k[n] = i;
1215 >                        ++n;
1216 >                }
1217 >        }
1218 >
1219 >        //      reorderGroupCutoffs(k);
1220 >        //      reorderGroupList(k);
1221 >        reorderPosition(k);
1222 > }
1223 >
1224 > vector<vector<CutoffGroup *> > ForceMatrixDecomposition::buildLayerBasedNeighborList() {
1225 > //      printf("buildLayerBasedNeighborList; nGroups:%d\n", nGroups_);
1226 >        // Na = nGroups_
1227 >        /* cell occupancy counter */
1228 > //      vector<int> k_c;
1229 >        /* c_i - has cell containing atom i (size Na) */
1230 >        vector<int> c = vector<int> (nGroups_);
1231 >        /* l_i - layer containing atom i (size Na) */
1232 > //      vector<int> l;
1233 >
1234 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1235 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1236 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1237 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1238 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1239 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1240 >
1241 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1242 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1243 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1244 >
1245 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1246 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1247 >        Vector3i whichCell;
1248 >        int cellIndex;
1249 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1250 >
1251 > //      k_c = vector<int> (nCtot, 0);
1252 >
1253 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1254 >        Molecule* mol;
1255 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1256 >        CutoffGroup* cg;
1257 >
1258 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1259 >        {
1260 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1261 >                {
1262 >                        rs = snap_->cgData.position[cg->getLocalIndex()];
1263 >
1264 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1265 >                        scaled = invHmat * rs;
1266 >
1267 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1268 >                        // numbers
1269 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1270 >                        {
1271 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1272 >                                scaled[j] += 0.5;
1273 >                        }
1274 >
1275 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1276 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1277 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1278 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1279 >
1280 > //                      printf("pos x:%f y:%f z:%f cell x:%d y:%d z:%d\n", rs.x(), rs.y(), rs.z(), whichCell.x(), whichCell.y(),
1281 > //                                      whichCell.z());
1282 >
1283 >                        // find single index of this cell:
1284 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1285 >
1286 >                        c[cg->getGlobalIndex()] = cellIndex;
1287 >                }
1288 >        }
1289 >
1290 > //      int k_c_curr;
1291 > //      int k_c_max = 0;
1292 >        /* the cell-layer occupancy matrix */
1293 >        vector<vector<CutoffGroup *> > H_c_l = vector<vector<CutoffGroup *> > (nCtot);
1294 >
1295 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1296 >        {
1297 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1298 >
1299 >                {
1300 >                        //                      k_c_curr = ++k_c[c[cg1->getGlobalIndex()]];
1301 >                        //                      l.push_back(k_c_curr);
1302 >                        //
1303 >                        //                      /* determines the number of layers in use */
1304 >                        //                      if (k_c_max < k_c_curr)
1305 >                        //                      {
1306 >                        //                              k_c_max = k_c_curr;
1307 >                        //                      }
1308 >
1309 >                        H_c_l[c[cg->getGlobalIndex()]].push_back(/*l[*/cg/*]*/);
1310 >                }
1311 >        }
1312 >
1313 >        reorderMemory(H_c_l);
1314 >
1315 >        int m;
1316 >        /* the neighbor matrix */
1317 >        vector<vector<CutoffGroup *> > neighborMatW = vector<vector<CutoffGroup *> > (nGroups_);
1318 >
1319 >        groupCutoffs cuts;
1320 >        CutoffGroup *cg1;
1321 >
1322 >        /* loops over objects(atoms, rigidBodies, cutoffGroups, etc.) */
1323 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1324 >        {
1325 >                for (cg1 = mol->beginCutoffGroup(ci); cg1 != NULL; cg1 = mol->nextCutoffGroup(ci))
1326 >                {
1327 >                        /* c' */
1328 >                        int c1 = c[cg1->getGlobalIndex()];
1329 >                        Vector3i c1v = idxToV(c1, nCells_);
1330 >
1331 >                        /* loops over the neighboring cells c'' */
1332 >                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1333 >                        {
1334 >                                Vector3i c2v = c1v + (*os);
1335 >
1336 >                                if (c2v.x() >= nCells_.x())
1337 >                                {
1338 >                                        c2v.x() = 0;
1339 >                                } else if (c2v.x() < 0)
1340 >                                {
1341 >                                        c2v.x() = nCells_.x() - 1;
1342 >                                }
1343 >
1344 >                                if (c2v.y() >= nCells_.y())
1345 >                                {
1346 >                                        c2v.y() = 0;
1347 >                                } else if (c2v.y() < 0)
1348 >                                {
1349 >                                        c2v.y() = nCells_.y() - 1;
1350 >                                }
1351 >
1352 >                                if (c2v.z() >= nCells_.z())
1353 >                                {
1354 >                                        c2v.z() = 0;
1355 >                                } else if (c2v.z() < 0)
1356 >                                {
1357 >                                        c2v.z() = nCells_.z() - 1;
1358 >                                }
1359 >
1360 >                                int c2 = Vlinear(c2v, nCells_);
1361 >                                /* loops over layers l to access the neighbor atoms */
1362 >                                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg2 = H_c_l[c2].begin(); cg2 != H_c_l[c2].end(); ++cg2)
1363 >                                {
1364 >                                        //                              if i'' = 0 then break // doesn't apply to vector implementation of matrix
1365 >                                        //                              if(i != *j)
1366 >                                        if (c2 != c1 || (*cg2)->getGlobalIndex() < cg1->getGlobalIndex())
1367 >                                        {
1368 >                                                dr = snap_->cgData.position[(*cg2)->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
1369 >                                                snap_->wrapVector(dr);
1370 >                                                cuts = getGroupCutoffs(cg1->getGlobalIndex(), (*cg2)->getGlobalIndex());
1371 >                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1372 >                                                {
1373 >                                                        /* transposed version of Rapaport W mat, to occupy successive memory locations on CPU */
1374 >                                                        neighborMatW[cg1->getGlobalIndex()].push_back((*cg2));
1375 >                                                }
1376 >                                        }
1377 >                                }
1378 >                        }
1379 >                }
1380 >        }
1381 >
1382 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1383 >        // done on each loop:
1384 >        saved_CG_positions_.clear();
1385 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1386 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1387 >
1388 >        return neighborMatW;
1389 > }
1390 >
1391 > /*
1392 > * buildNeighborList
1393 > *
1394 > * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
1395 > * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
1396 > */
1397 > vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
1398 >
1399 >        vector<pair<int, int> > neighborList;
1400 >        groupCutoffs cuts;
1401 >        bool doAllPairs = false;
1402 >
1403 > #ifdef IS_MPI
1404 >        cellListRow_.clear();
1405 >        cellListCol_.clear();
1406 > #else
1407 >        cellList_.clear();
1408 > #endif
1409 >
1410 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1411 >        RealType rl2 = rList_ * rList_;
1412 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1413 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1414 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1415 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1416 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1417 >
1418 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1419 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1420 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1421 >
1422 >        // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
1423 >
1424 >        if (nCells_.x() < 3)
1425 >                doAllPairs = true;
1426 >        if (nCells_.y() < 3)
1427 >                doAllPairs = true;
1428 >        if (nCells_.z() < 3)
1429 >                doAllPairs = true;
1430 >
1431 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1432 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1433 >        Vector3i whichCell;
1434 >        int cellIndex;
1435 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1436 >
1437 > #ifdef IS_MPI
1438 >        cellListRow_.resize(nCtot);
1439 >        cellListCol_.resize(nCtot);
1440 > #else
1441 >        cellList_.resize(nCtot);
1442 > #endif
1443 >
1444 >        if (!doAllPairs)
1445 >        {
1446 > #ifdef IS_MPI
1447 >
1448 >                for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++)
1449 >                {
1450 >                        rs = cgRowData.position[i];
1451 >
1452 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1453 >                        scaled = invHmat * rs;
1454 >
1455 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1456 >                        // numbers
1457 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1458 >                        {
1459 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1460 >                                scaled[j] += 0.5;
1461 >                        }
1462 >
1463 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1464 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1465 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1466 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1467 >
1468 >                        // find single index of this cell:
1469 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1470 >
1471 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1472 >                        cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1473 >                }
1474 >                for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++)
1475 >                {
1476 >                        rs = cgColData.position[i];
1477 >
1478 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1479 >                        scaled = invHmat * rs;
1480 >
1481 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1482 >                        // numbers
1483 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1484 >                        {
1485 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1486 >                                scaled[j] += 0.5;
1487 >                        }
1488 >
1489 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1490 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1491 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1492 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1493 >
1494 >                        // find single index of this cell:
1495 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1496 >
1497 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1498 >                        cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
1499 >                }
1500 > #else
1501 >                for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1502 >                {
1503 >                        rs = snap_->cgData.position[i];
1504 >
1505 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1506 >                        scaled = invHmat * rs;
1507 >
1508 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1509 >                        // numbers
1510 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1511 >                        {
1512 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1513 >                                scaled[j] += 0.5;
1514 >                        }
1515 >
1516 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1517 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1518 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1519 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1520 >
1521 >                        // find single index of this cell:
1522 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1523 >
1524 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1525 >                        cellList_[cellIndex].push_back(i);
1526 >                }
1527 > #endif
1528 >
1529 >                for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++)
1530 >                {
1531 >                        for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++)
1532 >                        {
1533 >                                for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++)
1534 >                                {
1535 >                                        Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1536 >                                        int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
1537 >
1538 >                                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1539 >                                        {
1540 >
1541 >                                                Vector3i m2v = m1v + (*os);
1542 >
1543 >                                                if (m2v.x() >= nCells_.x())
1544 >                                                {
1545 >                                                        m2v.x() = 0;
1546 >                                                } else if (m2v.x() < 0)
1547 >                                                {
1548 >                                                        m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1549 >                                                }
1550 >
1551 >                                                if (m2v.y() >= nCells_.y())
1552 >                                                {
1553 >                                                        m2v.y() = 0;
1554 >                                                } else if (m2v.y() < 0)
1555 >                                                {
1556 >                                                        m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1557 >                                                }
1558 >
1559 >                                                if (m2v.z() >= nCells_.z())
1560 >                                                {
1561 >                                                        m2v.z() = 0;
1562 >                                                } else if (m2v.z() < 0)
1563 >                                                {
1564 >                                                        m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1565 >                                                }
1566 >
1567 >                                                int m2 = Vlinear(m2v, nCells_);
1568 >
1569 > #ifdef IS_MPI
1570 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
1571 >                                                                j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1)
1572 >                                                {
1573 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
1574 >                                                                        j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2)
1575 >                                                        {
1576 >
1577 >                                                                // In parallel, we need to visit *all* pairs of row &
1578 >                                                                // column indicies and will truncate later on.
1579 >                                                                dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
1580 >                                                                snap_->wrapVector(dr);
1581 >                                                                cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1582 >                                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1583 >                                                                {
1584 >                                                                        neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1585 >                                                                }
1586 >                                                        }
1587 >                                                }
1588 > #else
1589 >
1590 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin(); j1 != cellList_[m1].end(); ++j1)
1591 >                                                {
1592 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin(); j2 != cellList_[m2].end(); ++j2)
1593 >                                                        {
1594 >
1595 >                                                                // Always do this if we're in different cells or if
1596 >                                                                // we're in the same cell and the global index of the
1597 >                                                                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1598 >
1599 >                                                                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1))
1600 >                                                                {
1601 >                                                                        dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
1602 >                                                                        snap_->wrapVector(dr);
1603 >                                                                        cuts = getGroupCutoffs((*j1), (*j2));
1604 >                                                                        if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1605 >                                                                        {
1606 >                                                                                neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1607 >                                                                        }
1608 >                                                                }
1609 >                                                        }
1610 >                                                }
1611 > #endif
1612 >                                        }
1613 >                                }
1614 >                        }
1615 >                }
1616 >        } else
1617 >        {
1618 >                // branch to do all cutoff group pairs
1619 > #ifdef IS_MPI
1620 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroupsInRow_; j1++)
1621 >                {
1622 >                        for (int j2 = 0; j2 < nGroupsInCol_; j2++)
1623 >                        {
1624 >                                dr = cgColData.position[j2] - cgRowData.position[j1];
1625 >                                snap_->wrapVector(dr);
1626 >                                cuts = getGroupCutoffs( j1, j2 );
1627 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1628 >                                {
1629 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1630 >                                }
1631 >                        }
1632 >                }
1633 > #else
1634 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroups_ - 1; j1++)
1635 >                {
1636 >                        for (int j2 = j1 + 1; j2 < nGroups_; j2++)
1637 >                        {
1638 >                                dr = snap_->cgData.position[j2] - snap_->cgData.position[j1];
1639 >                                snap_->wrapVector(dr);
1640 >                                cuts = getGroupCutoffs(j1, j2);
1641 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1642 >                                {
1643 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1644 >                                }
1645 >                        }
1646 >                }
1647 > #endif
1648 >        }
1649 >
1650 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1651 >        // done on each loop:
1652 >        saved_CG_positions_.clear();
1653 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1654 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1655 >
1656 >        return neighborList;
1657 > }
1658   } //end namespace OpenMD

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