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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 1587 by gezelter, Fri Jul 8 20:25:32 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();
60 <    
61 <    nGroups_ = info_->getNLocalCutoffGroups();
62 <    // gather the information for atomtype IDs (atids):
63 <    idents = info_->getIdentArray();
64 <    AtomLocalToGlobal = info_->getGlobalAtomIndices();
65 <    cgLocalToGlobal = info_->getGlobalGroupIndices();
66 <    vector<int> globalGroupMembership = info_->getGlobalGroupMembership();
51 > ForceMatrixDecomposition::ForceMatrixDecomposition(SimInfo* info, InteractionManager* iMan) :
52 >        ForceDecomposition(info, iMan) {
53  
54 <    massFactors = info_->getMassFactors();
55 <
56 <    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 <    excludesForAtom.clear();
110 <    excludesForAtom.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 <          excludesForAtom[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 <    excludesForAtom.clear();
139 <    excludesForAtom.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 <          excludesForAtom[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();
150 >        pot_row.resize(nAtomsInRow_);
151 >        pot_col.resize(nAtomsInCol_);
152  
153 <  }
154 <  
155 <  void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
156 <    
231 <    RealType tol = 1e-6;
232 <    RealType rc;
233 <    int atid;
234 <    set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
235 <    map<int, RealType> atypeCutoff;
236 <      
237 <    for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin();
238 <         at != atypes.end(); ++at){
239 <      atid = (*at)->getIdent();
240 <      if (userChoseCutoff_)
241 <        atypeCutoff[atid] = userCutoff_;
242 <      else
243 <        atypeCutoff[atid] = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
244 <    }
153 >        AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
154 >        AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
155 >        AtomPlanIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
156 >        AtomPlanIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
157  
158 <    vector<RealType> gTypeCutoffs;
159 <    // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
160 <    // largest cutoff for any atypes present in this group.
161 < #ifdef IS_MPI
162 <    vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
163 <    groupRowToGtype.resize(nGroupsInRow_);
164 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++) {
165 <      vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
166 <      for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
167 <           ia != atomListRow.end(); ++ia) {            
168 <        int atom1 = (*ia);
169 <        atid = identsRow[atom1];
170 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1]) {
171 <          groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
172 <        }
261 <      }
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 <      bool gTypeFound = false;
175 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
176 <        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
177 <          groupRowToGtype[cg1] = gt;
267 <          gTypeFound = true;
268 <        }
269 <      }
270 <      if (!gTypeFound) {
271 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
272 <        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
273 <      }
274 <      
275 <    }
276 <    vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
277 <    groupColToGtype.resize(nGroupsInCol_);
278 <    for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++) {
279 <      vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
280 <      for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
281 <           jb != atomListCol.end(); ++jb) {            
282 <        int atom2 = (*jb);
283 <        atid = identsCol[atom2];
284 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2]) {
285 <          groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
286 <        }
287 <      }
288 <      bool gTypeFound = false;
289 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
290 <        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
291 <          groupColToGtype[cg2] = gt;
292 <          gTypeFound = true;
293 <        }
294 <      }
295 <      if (!gTypeFound) {
296 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
297 <        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
298 <      }
299 <    }
300 < #else
174 >        cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
175 >        cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
176 >        cgPlanIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
177 >        cgPlanIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
178  
179 <    vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
180 <    groupToGtype.resize(nGroups_);
181 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++) {
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 <      groupCutoff[cg1] = 0.0;
196 <      vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
195 >        massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
196 >        massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
197 >        AtomPlanRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
198 >        AtomPlanRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
199  
200 <      for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin();
201 <           ia != atomList.end(); ++ia) {            
202 <        int atom1 = (*ia);
203 <        atid = idents[atom1];
204 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1]) {
205 <          groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
206 <        }
207 <      }
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 <      bool gTypeFound = false;
214 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
215 <        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
216 <          groupToGtype[cg1] = gt;
217 <          gTypeFound = true;
218 <        }
219 <      }
220 <      if (!gTypeFound) {
221 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoff[cg1] );
222 <        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
223 <      }      
224 <    }
330 < #endif
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 <    // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
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 <    RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
236 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
237 >                {
238 >                        int jglob = AtomColToGlobal[j];
239  
240 < #ifdef IS_MPI
241 <    MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE, MPI::MAX);
240 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
241 >                        excludesForAtom[i].push_back(j);
242 >
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 >
265   #endif
339    
340    RealType tradRcut = groupMax;
266  
267 <    for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size();  i++) {
268 <      for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size();  j++) {      
344 <        RealType thisRcut;
345 <        switch(cutoffPolicy_) {
346 <        case TRADITIONAL:
347 <          thisRcut = tradRcut;
348 <          break;
349 <        case MIX:
350 <          thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
351 <          break;
352 <        case MAX:
353 <          thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
354 <          break;
355 <        default:
356 <          sprintf(painCave.errMsg,
357 <                  "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
358 <                  "hit an unknown cutoff policy!\n");
359 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
360 <          painCave.isFatal = 1;
361 <          simError();
362 <          break;
363 <        }
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_) {
377 <          if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001) {
378 <            sprintf(painCave.errMsg,
379 <                    "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
380 <                    "user-specified rCut (%lf) does not match computed group Cutoff\n", userCutoff_);
381 <            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
382 <            painCave.isFatal = 1;
383 <            simError();            
384 <          }
385 <        }
386 <      }
387 <    }
388 <  }
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;  
393 < #ifdef IS_MPI
394 <    i = groupRowToGtype[cg1];
395 <    j = groupColToGtype[cg2];
396 < #else
397 <    i = groupToGtype[cg1];
398 <    j = groupToGtype[cg2];
399 < #endif    
400 <    return gTypeCutoffMap[make_pair(i,j)];
401 <  }
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() {
412 <    pairwisePot = 0.0;
413 <    embeddingPot = 0.0;
328 >        createGtypeCutoffMap();
329  
330 < #ifdef IS_MPI
416 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce) {
417 <      fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
418 <      fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
419 <    }
330 > }
331  
332 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
422 <      fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
423 <      fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
424 <    }
425 <    
426 <    fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
427 <         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) {    
433 <      fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(), 0.0);
434 <      fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(), 0.0);
435 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {      
387 <      fill(atomRowData.skippedCharge.begin(),
388 <           atomRowData.skippedCharge.end(), 0.0);
389 <      fill(atomColData.skippedCharge.begin(),
390 <           atomColData.skippedCharge.end(), 0.0);
391 <    }
392 <
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 <    }
436 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {      
437 <      fill(snap_->atomData.skippedCharge.begin(),
438 <           snap_->atomData.skippedCharge.end(), 0.0);
439 <    }
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
485    
486  }
449  
450 +        // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
451  
452 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeData()  {
453 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
491 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
452 >        RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
453 >
454   #ifdef IS_MPI
455 <    
456 <    // gather up the atomic positions
495 <    AtomCommVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
496 <                              atomRowData.position);
497 <    AtomCommVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
498 <                                 atomColData.position);
499 <    
500 <    // gather up the cutoff group positions
501 <    cgCommVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
502 <                            cgRowData.position);
503 <    cgCommVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
504 <                               cgColData.position);
505 <    
506 <    // if needed, gather the atomic rotation matrices
507 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
508 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
509 <                                atomRowData.aMat);
510 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
511 <                                   atomColData.aMat);
512 <    }
513 <    
514 <    // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
515 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
516 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
517 <                                atomRowData.electroFrame);
518 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
519 <                                   atomColData.electroFrame);
520 <    }
521 < #endif      
522 <  }
523 <  
524 <  /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
525 <   * data structures.
526 <   */
527 <  void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
528 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
529 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
530 < #ifdef IS_MPI
531 <    
532 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
533 <      
534 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.density,
535 <                               snap_->atomData.density);
536 <      
537 <      int n = snap_->atomData.density.size();
538 <      vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
539 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
540 <      for (int i = 0; i < n; i++)
541 <        snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
542 <    }
455 >        MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
456 >                        MPI::MAX);
457   #endif
544  }
458  
459 <  /*
547 <   * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
548 <   * row and column-indexed data structures
549 <   */
550 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
551 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
552 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
553 < #ifdef IS_MPI
554 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
555 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
556 <                              atomRowData.functional);
557 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
558 <                                 atomColData.functional);
559 <    }
560 <    
561 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
562 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
563 <                              atomRowData.functionalDerivative);
564 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
565 <                                 atomColData.functionalDerivative);
566 <    }
567 < #endif
568 <  }
569 <  
570 <  
571 <  void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
572 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
573 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
574 < #ifdef IS_MPI    
575 <    int n = snap_->atomData.force.size();
576 <    vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
577 <    
578 <    AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
579 <    for (int i = 0; i < n; i++) {
580 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
581 <      frc_tmp[i] = 0.0;
582 <    }
583 <    
584 <    AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
585 <    for (int i = 0; i < n; i++)
586 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
587 <    
588 <    
589 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
459 >        RealType tradRcut = groupMax;
460  
461 <      int nt = snap_->atomData.torque.size();
462 <      vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
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 <      AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
486 <      for (int i = 0; i < nt; i++) {
487 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
488 <        trq_tmp[i] = 0.0;
489 <      }
490 <      
491 <      AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
601 <      for (int i = 0; i < nt; i++)
602 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
603 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
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 <      int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
509 <      vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
508 > groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
509 >        int i, j;
510 > #ifdef IS_MPI
511 >        i = groupRowToGtype[cg1];
512 >        j = groupColToGtype[cg2];
513 > #else
514 >        i = groupToGtype[cg1];
515 >        j = groupToGtype[cg2];
516 > #endif    
517 >        return gTypeCutoffMap[make_pair(i, j)];
518 > }
519  
520 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.skippedCharge, skch_tmp);
521 <      for (int i = 0; i < ns; i++) {
522 <        snap_->atomData.skippedCharge[i] = skch_tmp[i];
523 <        skch_tmp[i] = 0.0;
524 <      }
525 <      
526 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.skippedCharge, skch_tmp);
527 <      for (int i = 0; i < ns; i++)
618 <        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
619 <    }
620 <    
621 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
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<potVec> pot_temp(nLocal_,
530 <                            Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
529 > void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
530 >        pairwisePot = 0.0;
531 >        embeddingPot = 0.0;
532  
626    // scatter/gather pot_row into the members of my column
627          
628    AtomCommPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
629
630    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
631      pairwisePot += pot_temp[ii];
632    
633    fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
634         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
635      
636    AtomCommPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);    
637    
638    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
639      pairwisePot += pot_temp[ii];    
640 #endif
641
642  }
643
644  int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {  
533   #ifdef IS_MPI
534 <    return nAtomsInRow_;
535 < #else
536 <    return nLocal_;
537 < #endif
538 <  }
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 <  /**
541 <   * returns the list of atoms belonging to this group.  
542 <   */
543 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1){
544 < #ifdef IS_MPI
657 <    return groupListRow_[cg1];
658 < #else
659 <    return groupList_[cg1];
660 < #endif
661 <  }
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 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2){
547 < #ifdef IS_MPI
665 <    return groupListCol_[cg2];
666 < #else
667 <    return groupList_[cg2];
668 < #endif
669 <  }
670 <  
671 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2){
672 <    Vector3d d;
673 <    
674 < #ifdef IS_MPI
675 <    d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
676 < #else
677 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
678 < #endif
679 <    
680 <    snap_->wrapVector(d);
681 <    return d;    
682 <  }
546 >        fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
547 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
548  
549 +        fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
550 +                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
551  
552 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1){
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 <    Vector3d d;
561 <    
562 < #ifdef IS_MPI
563 <    d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
564 < #else
692 <    d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
693 < #endif
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 <    snap_->wrapVector(d);
567 <    return d;    
568 <  }
569 <  
570 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2){
571 <    Vector3d d;
572 <    
702 < #ifdef IS_MPI
703 <    d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
704 < #else
705 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
706 < #endif
707 <    
708 <    snap_->wrapVector(d);
709 <    return d;    
710 <  }
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 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
575 < #ifdef IS_MPI
576 <    return massFactorsRow[atom1];
577 < #else
578 <    return massFactors[atom1];
579 < #endif
580 <  }
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 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
583 < #ifdef IS_MPI
584 <    return massFactorsCol[atom2];
585 < #else
586 <    return massFactors[atom2];
587 < #endif
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  
727  }
728    
729  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2){
730    Vector3d d;
731    
732 #ifdef IS_MPI
733    d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
734 #else
735    d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
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::getExcludesForAtom(int atom1) {
599 <    return excludesForAtom[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 <  /**
747 <   * We need to exclude some overcounted interactions that result from
748 <   * the parallel decomposition.
749 <   */
750 <  bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
751 <    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
754    // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
755    unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
756    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) {
763 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
764 <    } else {
765 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
766 <    }
767 < #endif
768 <    return false;
769 <  }
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 <  /**
772 <   * We need to handle the interactions for atoms who are involved in
773 <   * the same rigid body as well as some short range interactions
774 <   * (bonds, bends, torsions) differently from other interactions.
775 <   * We'll still visit the pairwise routines, but with a flag that
776 <   * tells those routines to exclude the pair from direct long range
777 <   * interactions.  Some indirect interactions (notably reaction
778 <   * field) must still be handled for these pairs.
779 <   */
780 <  bool ForceMatrixDecomposition::excludeAtomPair(int atom1, int atom2) {
781 <    int unique_id_2;
782 <    
783 < #ifdef IS_MPI
784 <    // in MPI, we have to look up the unique IDs for the row atom.
785 <    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
786 < #else
787 <    // in the normal loop, the atom numbers are unique
788 <    unique_id_2 = atom2;
789 < #endif
790 <    
791 <    for (vector<int>::iterator i = excludesForAtom[atom1].begin();
792 <         i != excludesForAtom[atom1].end(); ++i) {
793 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
794 <    }
628 >        // gather up the cutoff group positions
629  
630 <    return false;
631 <  }
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 +        cgPlanVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
637 +                        cgRowData.position);
638  
639 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg){
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 >        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 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 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 > #endif      
671 > }
672 >
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 <    atomRowData.force[atom1] += fg;
681 < #else
682 <    snap_->atomData.force[atom1] += fg;
680 >
681 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
682 >        {
683 >
684 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.density,
685 >                                snap_->atomData.density);
686 >
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 <  }
694 > }
695  
696 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg){
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 <    atomColData.force[atom2] += fg;
705 < #else
706 <    snap_->atomData.force[atom2] += fg;
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::dslFunctionalDerivative)
713 >        {
714 >                AtomPlanRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
715 >                                atomRowData.functionalDerivative);
716 >                AtomPlanRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
717 >                                atomColData.functionalDerivative);
718 >        }
719   #endif
720 <  }
720 > }
721  
722 <    // filling interaction blocks with pointers
723 <  void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat,
724 <                                                     int atom1, int atom2) {
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 <    idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
730 <  
731 < #ifdef IS_MPI
732 <    
733 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
734 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
826 <    
827 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
828 <      idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
829 <      idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
830 <    }
831 <    
832 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
833 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
834 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
835 <    }
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::dslTorque) {
737 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
738 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[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::dslDensity) {
743 <      idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
844 <      idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
845 <    }
742 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
743 >        {
744  
745 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
746 <      idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
849 <      idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
850 <    }
745 >                int nt = snap_->atomData.torque.size();
746 >                vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
747  
748 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
749 <      idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
750 <      idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
751 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
756 <      idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
757 <      idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
758 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {              
761 <      idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
864 <      idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
865 <    }
760 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
761 >        {
762  
763 < #else
763 >                int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
764 >                vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
765  
766 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
767 <                             ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
774 <      idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
775 <      idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
776 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
878 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
879 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
880 <    }
778 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
779  
780 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
781 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
884 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
885 <    }
780 >        vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
781 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
782  
783 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {    
888 <      idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
889 <      idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
890 <    }
783 >        // scatter/gather pot_row into the members of my column
784  
785 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
893 <      idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
894 <      idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
895 <    }
785 >        AtomPlanPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
786  
787 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
788 <      idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
899 <      idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
900 <    }
787 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
788 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
789  
790 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
791 <      idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
904 <      idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
905 <    }
790 >        fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
791 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
792  
793 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
794 <      idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
795 <      idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
796 <    }
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
912  }
798  
799 <  
800 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {    
916 < #ifdef IS_MPI
917 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
918 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
799 >        cerr << "pairwisePot = " << pairwisePot << "\n";
800 > }
801  
802 <    atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
803 <    atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
802 > int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {
803 > #ifdef IS_MPI
804 >        return nAtomsInRow_;
805   #else
806 <    pairwisePot += *(idat.pot);
806 >        return nLocal_;
807 > #endif
808 > }
809  
810 <    snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
811 <    snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
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 <    
929 <  }
819 > }
820  
821 <  /*
822 <   * buildNeighborList
823 <   *
824 <   * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
825 <   * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
826 <   */
827 <  vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
938 <      
939 <    vector<pair<int, int> > neighborList;
940 <    groupCutoffs cuts;
941 <    bool doAllPairs = false;
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 + 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();
953 <    Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
954 <    Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
955 <    Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
956 <    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_;
960 <    nCells_.z() = (int) ( Hz.length() )/ rList_;
846 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(CutoffGroup *cg1, CutoffGroup *cg2) {
847 >        Vector3d d;
848  
849 <    // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
850 <    
851 <    if (nCells_.x() < 3) doAllPairs = true;
852 <    if (nCells_.y() < 3) doAllPairs = true;
853 <    if (nCells_.z() < 3) doAllPairs = true;
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 <    Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
856 <    Vector3d rs, scaled, dr;
857 <    Vector3i whichCell;
858 <    int cellIndex;
859 <    int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
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 >        d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
865 > #else
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 >        d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
878 > #else
879 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
880 > #endif
881 >
882 >        snap_->wrapVector(d);
883 >        return d;
884 > }
885 >
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 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
895 > #ifdef IS_MPI
896 >        return massFactorsCol[atom2];
897 > #else
898 >        return massFactors[atom2];
899 > #endif
900 >
901 > }
902 >
903 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2) {
904 >        Vector3d d;
905 >
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 >        snap_->wrapVector(d);
913 >        return d;
914 > }
915 >
916 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getExcludesForAtom(int atom1) {
917 >        return excludesForAtom[atom1];
918 > }
919 >
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 > //      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 >        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 >        // 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 > /**
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 >        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 >        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 > 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 > // 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 >        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 (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 >        idat.atypes = make_pair(atypesLocal[atom1], atypesLocal[atom2]);
1054 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
1055 >        //                         ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
1056 >
1057 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1058 >        {
1059 >                idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
1060 >                idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
1061 >        }
1062 >
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 > 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_.resize(nCtot);
1405 <    cellListCol_.resize(nCtot);
1404 >        cellListRow_.clear();
1405 >        cellListCol_.clear();
1406   #else
1407 <    cellList_.resize(nCtot);
1407 >        cellList_.clear();
1408   #endif
1409  
1410 <    if (!doAllPairs) {
1411 < #ifdef IS_MPI
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 <      for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
1419 <        rs = cgRowData.position[i];
1420 <        
1421 <        // scaled positions relative to the box vectors
1422 <        scaled = invHmat * rs;
1423 <        
1424 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1425 <        // numbers
1426 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1427 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1428 <          scaled[j] += 0.5;
1429 <        }
1430 <        
1431 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1432 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1433 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1434 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1435 <        
1436 <        // find single index of this cell:
1437 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1438 <        
1439 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1006 <        cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1007 <      }
1008 <      
1009 <      for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
1010 <        rs = cgColData.position[i];
1011 <        
1012 <        // scaled positions relative to the box vectors
1013 <        scaled = invHmat * rs;
1014 <        
1015 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1016 <        // numbers
1017 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1018 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1019 <          scaled[j] += 0.5;
1020 <        }
1021 <        
1022 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1023 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1024 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1025 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1026 <        
1027 <        // find single index of this cell:
1028 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1029 <        
1030 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1031 <        cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
1032 <      }
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 <      for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
1035 <        rs = snap_->cgData.position[i];
1036 <        
1037 <        // scaled positions relative to the box vectors
1038 <        scaled = invHmat * rs;
1039 <        
1040 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1041 <        // numbers
1042 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1043 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1044 <          scaled[j] += 0.5;
1045 <        }
1046 <        
1047 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1048 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1049 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1050 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1051 <        
1052 <        // find single index of this cell:
1053 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);      
1054 <        
1055 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1056 <        cellList_[cellIndex].push_back(i);
1057 <      }
1441 >        cellList_.resize(nCtot);
1442   #endif
1443  
1444 <      for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++) {
1445 <        for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++) {
1062 <          for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++) {
1063 <            Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1064 <            int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
1065 <            
1066 <            for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin();
1067 <                 os != cellOffsets_.end(); ++os) {
1068 <              
1069 <              Vector3i m2v = m1v + (*os);
1070 <              
1071 <              if (m2v.x() >= nCells_.x()) {
1072 <                m2v.x() = 0;          
1073 <              } else if (m2v.x() < 0) {
1074 <                m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1075 <              }
1076 <              
1077 <              if (m2v.y() >= nCells_.y()) {
1078 <                m2v.y() = 0;          
1079 <              } else if (m2v.y() < 0) {
1080 <                m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1081 <              }
1082 <              
1083 <              if (m2v.z() >= nCells_.z()) {
1084 <                m2v.z() = 0;          
1085 <              } else if (m2v.z() < 0) {
1086 <                m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1087 <              }
1088 <              
1089 <              int m2 = Vlinear (m2v, nCells_);
1090 <              
1444 >        if (!doAllPairs)
1445 >        {
1446   #ifdef IS_MPI
1447 <              for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
1448 <                   j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1) {
1449 <                for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
1450 <                     j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2) {
1451 <                  
1452 <                  // Always do this if we're in different cells or if
1453 <                  // we're in the same cell and the global index of the
1454 <                  // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1455 <                  
1456 <                  if (m2 != m1 || cgColToGlobal[(*j2)] < cgRowToGlobal[(*j1)]) {
1457 <                    dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
1458 <                    snap_->wrapVector(dr);
1459 <                    cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1460 <                    if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1461 <                      neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1462 <                    }
1463 <                  }
1464 <                }
1465 <              }
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 <              
1502 <              for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin();
1503 <                   j1 != cellList_[m1].end(); ++j1) {
1504 <                for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin();
1505 <                     j2 != cellList_[m2].end(); ++j2) {
1506 <                  
1507 <                  // Always do this if we're in different cells or if
1508 <                  // we're in the same cell and the global index of the
1509 <                  // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1510 <                  
1511 <                  if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1)) {
1512 <                    dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
1513 <                    snap_->wrapVector(dr);
1514 <                    cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1515 <                    if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1516 <                      neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1517 <                    }
1518 <                  }
1519 <                }
1520 <              }
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 <          }
1530 <        }
1531 <      }
1532 <    } else {
1533 <      // branch to do all cutoff group pairs
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 (int j1 = 0; j1 < nGroupsInRow_; j1++) {
1571 <        for (int j2 = 0; j2 < nGroupsInCol_; j2++) {      
1572 <          dr = cgColData.position[j2] - cgRowData.position[j1];
1573 <          snap_->wrapVector(dr);
1574 <          cuts = getGroupCutoffs( j1, j2 );
1575 <          if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1576 <            neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1577 <          }
1578 <        }
1579 <      }
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 <      for (int j1 = 0; j1 < nGroups_ - 1; j1++) {
1590 <        for (int j2 = j1 + 1; j2 < nGroups_; j2++) {
1591 <          dr = snap_->cgData.position[j2] - snap_->cgData.position[j1];
1592 <          snap_->wrapVector(dr);
1593 <          cuts = getGroupCutoffs( j1, j2 );
1594 <          if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
1595 <            neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1596 <          }
1597 <        }
1598 <      }        
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 <    // save the local cutoff group positions for the check that is
1615 <    // done on each loop:
1616 <    saved_CG_positions_.clear();
1617 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1618 <      saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1619 <    
1620 <    return neighborList;
1621 <  }
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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