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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 1590 by gezelter, Mon Jul 11 01:39:49 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 <    // allocate memory for the parallel objects
116 <    AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
117 <    AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
118 <    cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
119 <    cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
120 <    massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
121 <    massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
122 <    pot_row.resize(nAtomsInRow_);
123 <    pot_col.resize(nAtomsInCol_);
93 >        PairList* excludes = info_->getExcludedInteractions();
94 >        PairList* oneTwo = info_->getOneTwoInteractions();
95 >        PairList* oneThree = info_->getOneThreeInteractions();
96 >        PairList* oneFour = info_->getOneFourInteractions();
97  
98 <    AtomCommIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
126 <    AtomCommIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
127 <    
128 <    cgCommIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
129 <    cgCommIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
98 > #ifdef IS_MPI
99  
100 <    AtomCommRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
101 <    AtomCommRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
100 >        MPI::Intracomm row = rowComm.getComm();
101 >        MPI::Intracomm col = colComm.getComm();
102  
103 <    groupListRow_.clear();
104 <    groupListRow_.resize(nGroupsInRow_);
105 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
106 <      int gid = cgRowToGlobal[i];
107 <      for (int j = 0; j < nAtomsInRow_; j++) {
139 <        int aid = AtomRowToGlobal[j];
140 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
141 <          groupListRow_[i].push_back(j);
142 <      }      
143 <    }
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 <    groupListCol_.clear();
110 <    groupListCol_.resize(nGroupsInCol_);
111 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
112 <      int gid = cgColToGlobal[i];
113 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
150 <        int aid = AtomColToGlobal[j];
151 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
152 <          groupListCol_[i].push_back(j);
153 <      }      
154 <    }
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 <    excludesForAtom.clear();
116 <    excludesForAtom.resize(nAtomsInRow_);
117 <    toposForAtom.clear();
118 <    toposForAtom.resize(nAtomsInRow_);
160 <    topoDist.clear();
161 <    topoDist.resize(nAtomsInRow_);
162 <    for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++) {
163 <      int iglob = AtomRowToGlobal[i];
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 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
121 <        int jglob = AtomColToGlobal[j];
120 >        nAtomsInRow_ = AtomPlanIntRow->getSize();
121 >        nAtomsInCol_ = AtomPlanIntColumn->getSize();
122 >        nGroupsInRow_ = cgPlanIntRow->getSize();
123 >        nGroupsInCol_ = cgPlanIntColumn->getSize();
124  
125 <        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
126 <          excludesForAtom[i].push_back(j);      
127 <        
128 <        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob)) {
129 <          toposForAtom[i].push_back(j);
130 <          topoDist[i].push_back(1);
131 <        } else {
132 <          if (oneThree->hasPair(iglob, jglob)) {
133 <            toposForAtom[i].push_back(j);
177 <            topoDist[i].push_back(2);
178 <          } else {
179 <            if (oneFour->hasPair(iglob, jglob)) {
180 <              toposForAtom[i].push_back(j);
181 <              topoDist[i].push_back(3);
182 <            }
183 <          }
184 <        }
185 <      }      
186 <    }
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 < #endif
135 >        identsRow.resize(nAtomsInRow_);
136 >        identsCol.resize(nAtomsInCol_);
137  
138 <    groupList_.clear();
139 <    groupList_.resize(nGroups_);
192 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
193 <      int gid = cgLocalToGlobal[i];
194 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
195 <        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
196 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid) {
197 <          groupList_[i].push_back(j);
198 <        }
199 <      }      
200 <    }
138 >        AtomPlanIntRow->gather(idents, identsRow);
139 >        AtomPlanIntColumn->gather(idents, identsCol);
140  
141 <    excludesForAtom.clear();
142 <    excludesForAtom.resize(nLocal_);
143 <    toposForAtom.clear();
205 <    toposForAtom.resize(nLocal_);
206 <    topoDist.clear();
207 <    topoDist.resize(nLocal_);
141 >        // allocate memory for the parallel objects
142 >        atypesRow.resize(nAtomsInRow_);
143 >        atypesCol.resize(nAtomsInCol_);
144  
145 <    for (int i = 0; i < nLocal_; i++) {
146 <      int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
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 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
151 <        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];
150 >        pot_row.resize(nAtomsInRow_);
151 >        pot_col.resize(nAtomsInCol_);
152  
153 <        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
154 <          excludesForAtom[i].push_back(j);              
155 <        
156 <        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob)) {
219 <          toposForAtom[i].push_back(j);
220 <          topoDist[i].push_back(1);
221 <        } else {
222 <          if (oneThree->hasPair(iglob, jglob)) {
223 <            toposForAtom[i].push_back(j);
224 <            topoDist[i].push_back(2);
225 <          } else {
226 <            if (oneFour->hasPair(iglob, jglob)) {
227 <              toposForAtom[i].push_back(j);
228 <              topoDist[i].push_back(3);
229 <            }
230 <          }
231 <        }
232 <      }      
233 <    }
234 <    
235 <    createGtypeCutoffMap();
153 >        AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
154 >        AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
155 >        AtomPlanIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
156 >        AtomPlanIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
157  
158 <  }
159 <  
160 <  void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
161 <    
162 <    RealType tol = 1e-6;
163 <    RealType rc;
164 <    int atid;
165 <    set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
166 <    map<int, RealType> atypeCutoff;
167 <      
168 <    for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin();
169 <         at != atypes.end(); ++at){
170 <      atid = (*at)->getIdent();
171 <      if (userChoseCutoff_)
172 <        atypeCutoff[atid] = userCutoff_;
252 <      else
253 <        atypeCutoff[atid] = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
254 <    }
158 >        cerr << "Atoms in Local:\n";
159 >        for (int i = 0; i < AtomLocalToGlobal.size(); i++)
160 >        {
161 >                cerr << "i =\t" << i << "\t localAt =\t" << AtomLocalToGlobal[i] << "\n";
162 >        }
163 >        cerr << "Atoms in Row:\n";
164 >        for (int i = 0; i < AtomRowToGlobal.size(); i++)
165 >        {
166 >                cerr << "i =\t" << i << "\t rowAt =\t" << AtomRowToGlobal[i] << "\n";
167 >        }
168 >        cerr << "Atoms in Col:\n";
169 >        for (int i = 0; i < AtomColToGlobal.size(); i++)
170 >        {
171 >                cerr << "i =\t" << i << "\t colAt =\t" << AtomColToGlobal[i] << "\n";
172 >        }
173  
174 <    vector<RealType> gTypeCutoffs;
175 <    // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
176 <    // largest cutoff for any atypes present in this group.
177 < #ifdef IS_MPI
260 <    vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
261 <    groupRowToGtype.resize(nGroupsInRow_);
262 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++) {
263 <      vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
264 <      for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
265 <           ia != atomListRow.end(); ++ia) {            
266 <        int atom1 = (*ia);
267 <        atid = identsRow[atom1];
268 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1]) {
269 <          groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
270 <        }
271 <      }
174 >        cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
175 >        cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
176 >        cgPlanIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
177 >        cgPlanIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
178  
179 <      bool gTypeFound = false;
180 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
181 <        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
182 <          groupRowToGtype[cg1] = gt;
183 <          gTypeFound = true;
184 <        }
185 <      }
186 <      if (!gTypeFound) {
187 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
188 <        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
189 <      }
190 <      
191 <    }
192 <    vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
193 <    groupColToGtype.resize(nGroupsInCol_);
288 <    for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++) {
289 <      vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
290 <      for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
291 <           jb != atomListCol.end(); ++jb) {            
292 <        int atom2 = (*jb);
293 <        atid = identsCol[atom2];
294 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2]) {
295 <          groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
296 <        }
297 <      }
298 <      bool gTypeFound = false;
299 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
300 <        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
301 <          groupColToGtype[cg2] = gt;
302 <          gTypeFound = true;
303 <        }
304 <      }
305 <      if (!gTypeFound) {
306 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
307 <        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
308 <      }
309 <    }
310 < #else
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 <    vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
196 <    groupToGtype.resize(nGroups_);
197 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++) {
195 >        massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
196 >        massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
197 >        AtomPlanRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
198 >        AtomPlanRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
199  
200 <      groupCutoff[cg1] = 0.0;
201 <      vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
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 <      for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin();
214 <           ia != atomList.end(); ++ia) {            
215 <        int atom1 = (*ia);
216 <        atid = idents[atom1];
217 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1]) {
218 <          groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
219 <        }
220 <      }
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 <      bool gTypeFound = false;
227 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
228 <        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
229 <          groupToGtype[cg1] = gt;
230 <          gTypeFound = true;
231 <        }
232 <      }
233 <      if (!gTypeFound) {
234 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoff[cg1] );
337 <        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
338 <      }      
339 <    }
340 < #endif
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 <    // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
236 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
237 >                {
238 >                        int jglob = AtomColToGlobal[j];
239  
240 <    RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(),
241 <                                     gTypeCutoffs.end());
240 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
241 >                        excludesForAtom[i].push_back(j);
242  
243 < #ifdef IS_MPI
244 <    MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
245 <                              MPI::MAX);
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
351    
352    RealType tradRcut = groupMax;
266  
267 <    for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size();  i++) {
268 <      for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size();  j++) {      
356 <        RealType thisRcut;
357 <        switch(cutoffPolicy_) {
358 <        case TRADITIONAL:
359 <          thisRcut = tradRcut;
360 <          break;
361 <        case MIX:
362 <          thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
363 <          break;
364 <        case MAX:
365 <          thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
366 <          break;
367 <        default:
368 <          sprintf(painCave.errMsg,
369 <                  "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
370 <                  "hit an unknown cutoff policy!\n");
371 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
372 <          painCave.isFatal = 1;
373 <          simError();
374 <          break;
375 <        }
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_) {
389 <          if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001) {
390 <            sprintf(painCave.errMsg,
391 <                    "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
392 <                    "user-specified rCut (%lf) does not match computed group Cutoff\n", userCutoff_);
393 <            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
394 <            painCave.isFatal = 1;
395 <            simError();            
396 <          }
397 <        }
398 <      }
399 <    }
400 <  }
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;  
405 < #ifdef IS_MPI
406 <    i = groupRowToGtype[cg1];
407 <    j = groupColToGtype[cg2];
408 < #else
409 <    i = groupToGtype[cg1];
410 <    j = groupToGtype[cg2];
411 < #endif    
412 <    return gTypeCutoffMap[make_pair(i,j)];
413 <  }
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() {
424 <    pairwisePot = 0.0;
425 <    embeddingPot = 0.0;
328 >        createGtypeCutoffMap();
329  
330 < #ifdef IS_MPI
428 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce) {
429 <      fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
430 <      fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
431 <    }
330 > }
331  
332 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
434 <      fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
435 <      fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
436 <    }
437 <    
438 <    fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
439 <         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) {    
445 <      fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(),
446 <           0.0);
447 <      fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(),
448 <           0.0);
449 <    }
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(),
353 <           0.0);
354 <      fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(),
355 <           0.0);
356 <    }
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 <    }
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 +        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
478    // even in parallel, we need to zero out the local arrays:
449  
450 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {      
481 <      fill(snap_->atomData.particlePot.begin(),
482 <           snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
483 <    }
484 <    
485 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
486 <      fill(snap_->atomData.density.begin(),
487 <           snap_->atomData.density.end(), 0.0);
488 <    }
489 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
490 <      fill(snap_->atomData.functional.begin(),
491 <           snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
492 <    }
493 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
494 <      fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(),
495 <           snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
496 <    }
497 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {      
498 <      fill(snap_->atomData.skippedCharge.begin(),
499 <           snap_->atomData.skippedCharge.end(), 0.0);
500 <    }
501 <    
502 <  }
450 >        // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
451  
452 +        RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
453  
505  void ForceMatrixDecomposition::distributeData()  {
506    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
507    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
454   #ifdef IS_MPI
455 <    
456 <    // gather up the atomic positions
511 <    AtomCommVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
512 <                              atomRowData.position);
513 <    AtomCommVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
514 <                                 atomColData.position);
515 <    
516 <    // gather up the cutoff group positions
517 <    cgCommVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
518 <                            cgRowData.position);
519 <    cgCommVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
520 <                               cgColData.position);
521 <    
522 <    // if needed, gather the atomic rotation matrices
523 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
524 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
525 <                                atomRowData.aMat);
526 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
527 <                                   atomColData.aMat);
528 <    }
529 <    
530 <    // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
531 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
532 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
533 <                                atomRowData.electroFrame);
534 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
535 <                                   atomColData.electroFrame);
536 <    }
537 <
538 < #endif      
539 <  }
540 <  
541 <  /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
542 <   * data structures.
543 <   */
544 <  void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
545 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
546 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
547 < #ifdef IS_MPI
548 <    
549 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
550 <      
551 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.density,
552 <                               snap_->atomData.density);
553 <      
554 <      int n = snap_->atomData.density.size();
555 <      vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
556 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
557 <      for (int i = 0; i < n; i++)
558 <        snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
559 <    }
455 >        MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
456 >                        MPI::MAX);
457   #endif
561  }
458  
459 <  /*
460 <   * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
461 <   * row and column-indexed data structures
462 <   */
463 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
464 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
465 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
459 >        RealType tradRcut = groupMax;
460 >
461 >        for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size(); i++)
462 >        {
463 >                for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size(); j++)
464 >                {
465 >                        RealType thisRcut;
466 >                        switch (cutoffPolicy_) {
467 >                        case TRADITIONAL:
468 >                                thisRcut = tradRcut;
469 >                                break;
470 >                        case MIX:
471 >                                thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
472 >                                break;
473 >                        case MAX:
474 >                                thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
475 >                                break;
476 >                        default:
477 >                                sprintf(painCave.errMsg, "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
478 >                                        "hit an unknown cutoff policy!\n");
479 >                                painCave.severity = OPENMD_ERROR;
480 >                                painCave.isFatal = 1;
481 >                                simError();
482 >                                break;
483 >                        }
484 >
485 >                        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 (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 > groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
509 >        int i, j;
510   #ifdef IS_MPI
511 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
512 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
513 <                              atomRowData.functional);
514 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
515 <                                 atomColData.functional);
516 <    }
517 <    
518 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
579 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
580 <                              atomRowData.functionalDerivative);
581 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
582 <                                 atomColData.functionalDerivative);
583 <    }
584 < #endif
585 <  }
586 <  
587 <  
588 <  void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
589 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
590 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
591 < #ifdef IS_MPI    
592 <    int n = snap_->atomData.force.size();
593 <    vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
594 <    
595 <    AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
596 <    for (int i = 0; i < n; i++) {
597 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
598 <      frc_tmp[i] = 0.0;
599 <    }
600 <    
601 <    AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
602 <    for (int i = 0; i < n; i++)
603 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
604 <        
605 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
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 <      int nt = snap_->atomData.torque.size();
521 <      vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
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 <      AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
530 <      for (int i = 0; i < nt; i++) {
531 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
613 <        trq_tmp[i] = 0.0;
614 <      }
615 <      
616 <      AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
617 <      for (int i = 0; i < nt; i++)
618 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
619 <    }
529 > void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
530 >        pairwisePot = 0.0;
531 >        embeddingPot = 0.0;
532  
533 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
533 > #ifdef IS_MPI
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 <      int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
541 <      vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
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 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.skippedCharge, skch_tmp);
547 <      for (int i = 0; i < ns; i++) {
628 <        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
629 <        skch_tmp[i] = 0.0;
630 <      }
631 <      
632 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.skippedCharge, skch_tmp);
633 <      for (int i = 0; i < ns; i++)
634 <        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
635 <    }
636 <    
637 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
546 >        fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
547 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
548  
549 <    vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
550 <                            Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
549 >        fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
550 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
551  
552 <    // scatter/gather pot_row into the members of my column
553 <          
554 <    AtomCommPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
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 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
561 <      pairwisePot += pot_temp[ii];
562 <    
563 <    fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
564 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
651 <      
652 <    AtomCommPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);    
653 <    
654 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
655 <      pairwisePot += pot_temp[ii];    
656 < #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 <  }
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 <  int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {  
575 < #ifdef IS_MPI
576 <    return nAtomsInRow_;
577 < #else
578 <    return nLocal_;
574 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
575 >        {
576 >                fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
577 >                                atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
578 >                fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
579 >                                atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
580 >        }
581 >
582 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
583 >        {
584 >                fill(atomRowData.skippedCharge.begin(),
585 >                                atomRowData.skippedCharge.end(), 0.0);
586 >                fill(atomColData.skippedCharge.begin(),
587 >                                atomColData.skippedCharge.end(), 0.0);
588 >        }
589 >
590   #endif
591 <  }
591 >        // even in parallel, we need to zero out the local arrays:
592  
593 <  /**
594 <   * returns the list of atoms belonging to this group.  
595 <   */
596 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1){
593 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
594 >        {
595 >                fill(snap_->atomData.particlePot.begin(), snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
596 >        }
597 >
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 > }
616 >
617 > void ForceMatrixDecomposition::distributeData() {
618 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
619 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
620   #ifdef IS_MPI
673    return groupListRow_[cg1];
674 #else
675    return groupList_[cg1];
676 #endif
677  }
621  
622 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2){
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 >        // gather up the cutoff group positions
629 >
630 >        cerr << "before gather\n";
631 >        for (int i = 0; i < snap_->cgData.position.size(); i++)
632 >        {
633 >                cerr << "cgpos = " << snap_->cgData.position[i] << "\n";
634 >        }
635 >
636 >        cgPlanVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
637 >                        cgRowData.position);
638 >
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 <    return groupListCol_[cg2];
681 < #else
682 <    return groupList_[cg2];
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 <  }
695 <  
696 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2){
697 <    Vector3d d;
698 <    
694 > }
695 >
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 <    d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
705 < #else
706 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
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 <    
696 <    snap_->wrapVector(d);
697 <    return d;    
698 <  }
720 > }
721  
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 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1){
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 <    Vector3d d;
737 <    
738 < #ifdef IS_MPI
739 <    d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
740 < #else
741 <    d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
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::dslTorque)
743 >        {
744 >
745 >                int nt = snap_->atomData.torque.size();
746 >                vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
747 >
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 >                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 >        {
762 >
763 >                int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
764 >                vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
765 >
766 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.skippedCharge, skch_tmp);
767 >                for (int i = 0; i < ns; i++)
768 >                {
769 >                        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
770 >                        skch_tmp[i] = 0.0;
771 >                }
772 >
773 >                AtomPlanRealColumn->scatter(atomColData.skippedCharge, skch_tmp);
774 >                for (int i = 0; i < ns; i++)
775 >                snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
776 >        }
777 >
778 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
779 >
780 >        vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
781 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
782 >
783 >        // scatter/gather pot_row into the members of my column
784 >
785 >        AtomPlanPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
786 >
787 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
788 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
789 >
790 >        fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
791 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
792 >
793 >        AtomPlanPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);
794 >
795 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
796 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
797   #endif
798  
799 <    snap_->wrapVector(d);
800 <    return d;    
801 <  }
802 <  
715 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2){
716 <    Vector3d d;
717 <    
799 >        cerr << "pairwisePot = " << pairwisePot << "\n";
800 > }
801 >
802 > int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {
803   #ifdef IS_MPI
804 <    d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
804 >        return nAtomsInRow_;
805   #else
806 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
806 >        return nLocal_;
807   #endif
808 <    
724 <    snap_->wrapVector(d);
725 <    return d;    
726 <  }
808 > }
809  
810 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
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 massFactorsRow[atom1];
816 < #else
817 <    return massFactors[atom1];
815 >        return groupListRow_[cg1];
816 > #else
817 >        return groupList_[cg1];
818   #endif
819 <  }
819 > }
820  
821 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
821 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2) {
822   #ifdef IS_MPI
823 <    return massFactorsCol[atom2];
824 < #else
825 <    return massFactors[atom2];
823 >        return groupListCol_[cg2];
824 > #else
825 >        return groupList_[cg2];
826   #endif
827 + }
828  
829 <  }
830 <    
831 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2){
746 <    Vector3d d;
747 <    
829 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2) {
830 >        Vector3d d;
831 >
832   #ifdef IS_MPI
833 <    d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
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 <    d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
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 <    snap_->wrapVector(d);
843 <    return d;    
844 <  }
842 >        snap_->wrapVector(d);
843 >        return d;
844 > }
845  
846 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getExcludesForAtom(int atom1) {
847 <    return excludesForAtom[atom1];
760 <  }
846 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(CutoffGroup *cg1, CutoffGroup *cg2) {
847 >        Vector3d d;
848  
849 <  /**
850 <   * We need to exclude some overcounted interactions that result from
851 <   * the parallel decomposition.
852 <   */
853 <  bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
767 <    int unique_id_1, unique_id_2;
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 < #ifdef IS_MPI
856 <    // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
857 <    unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
772 <    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
855 >        snap_->wrapVector(d);
856 >        return d;
857 > }
858  
859 <    // this situation should only arise in MPI simulations
775 <    if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
776 <    
777 <    // this prevents us from doing the pair on multiple processors
778 <    if (unique_id_1 < unique_id_2) {
779 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
780 <    } else {
781 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
782 <    }
783 < #endif
784 <    return false;
785 <  }
859 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1) {
860  
861 <  /**
862 <   * We need to handle the interactions for atoms who are involved in
789 <   * the same rigid body as well as some short range interactions
790 <   * (bonds, bends, torsions) differently from other interactions.
791 <   * We'll still visit the pairwise routines, but with a flag that
792 <   * tells those routines to exclude the pair from direct long range
793 <   * interactions.  Some indirect interactions (notably reaction
794 <   * field) must still be handled for these pairs.
795 <   */
796 <  bool ForceMatrixDecomposition::excludeAtomPair(int atom1, int atom2) {
797 <    int unique_id_2;
798 <    
861 >        Vector3d d;
862 >
863   #ifdef IS_MPI
864 <    // in MPI, we have to look up the unique IDs for the row atom.
801 <    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
864 >        d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
865   #else
866 <    // in the normal loop, the atom numbers are unique
804 <    unique_id_2 = atom2;
866 >        d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
867   #endif
806    
807    for (vector<int>::iterator i = excludesForAtom[atom1].begin();
808         i != excludesForAtom[atom1].end(); ++i) {
809      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
810    }
868  
869 <    return false;
870 <  }
869 >        snap_->wrapVector(d);
870 >        return d;
871 > }
872  
873 + Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2) {
874 +        Vector3d d;
875  
816  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg){
876   #ifdef IS_MPI
877 <    atomRowData.force[atom1] += fg;
877 >        d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
878   #else
879 <    snap_->atomData.force[atom1] += fg;
879 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
880   #endif
822  }
881  
882 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg){
882 >        snap_->wrapVector(d);
883 >        return d;
884 > }
885 >
886 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
887   #ifdef IS_MPI
888 <    atomColData.force[atom2] += fg;
888 >        return massFactorsRow[atom1];
889   #else
890 <    snap_->atomData.force[atom2] += fg;
890 >        return massFactors[atom1];
891   #endif
892 <  }
892 > }
893  
894 <    // filling interaction blocks with pointers
895 <  void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat,
896 <                                                     int atom1, int atom2) {
894 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
895 > #ifdef IS_MPI
896 >        return massFactorsCol[atom2];
897 > #else
898 >        return massFactors[atom2];
899 > #endif
900  
901 <    idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
902 <  
901 > }
902 >
903 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2) {
904 >        Vector3d d;
905 >
906   #ifdef IS_MPI
907 <    
908 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
909 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
910 <    
843 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
844 <      idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
845 <      idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
846 <    }
847 <    
848 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
849 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
850 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
851 <    }
907 >        d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
908 > #else
909 >        d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
910 > #endif
911  
912 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
913 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
914 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
856 <    }
912 >        snap_->wrapVector(d);
913 >        return d;
914 > }
915  
916 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
917 <      idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
918 <      idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
861 <    }
916 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getExcludesForAtom(int atom1) {
917 >        return excludesForAtom[atom1];
918 > }
919  
920 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
921 <      idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
922 <      idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
923 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
928 <      idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
929 <      idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
930 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
934 <      idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
935 <      idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
876 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {              
938 <      idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
939 <      idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
940 <    }
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 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
969 <                             ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
975 <      idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
890 <      idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
891 <    }
974 >        return false;
975 > }
976  
977 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
978 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
979 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
980 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
986 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
987 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
988 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {    
994 <      idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
905 <      idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
906 <    }
993 > // filling interaction blocks with pointers
994 > void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
995  
996 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
909 <      idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
910 <      idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
911 <    }
996 >        idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
997  
998 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
999 <      idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
1000 <      idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
1001 <    }
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::dslParticlePot) {
1004 <      idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
1005 <      idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
1006 <    }
1003 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1004 >        {
1005 >                idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
1006 >                idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
1007 >        }
1008  
1009 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge) {
1010 <      idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
1011 <      idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
1012 <    }
1013 < #endif
928 <  }
1009 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1010 >        {
1011 >                idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
1012 >                idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
1013 >        }
1014  
1015 <  
1016 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {    
1017 < #ifdef IS_MPI
1018 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
1019 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
1015 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1016 >        {
1017 >                idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
1018 >                idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
1019 >        }
1020  
1021 <    atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
1022 <    atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
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
939    pairwisePot += *(idat.pot);
1052  
1053 <    snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
1054 <    snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1055 < #endif
944 <    
945 <  }
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 <  /*
1058 <   * buildNeighborList
1059 <   *
1060 <   * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
1061 <   * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
952 <   */
953 <  vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
954 <      
955 <    vector<pair<int, int> > neighborList;
956 <    groupCutoffs cuts;
957 <    bool doAllPairs = false;
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 <    cellListRow_.clear();
1110 <    cellListCol_.clear();
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 <    cellList_.clear();
1115 >        pairwisePot += *(idat.pot);
1116 >
1117 >        snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
1118 >        snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1119   #endif
1120  
1121 <    RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
967 <    RealType rl2 = rList_ * rList_;
968 <    Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
969 <    Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
970 <    Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
971 <    Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
972 <    Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1121 > }
1122  
1123 <    nCells_.x() = (int) ( Hx.length() )/ rList_;
1124 <    nCells_.y() = (int) ( Hy.length() )/ rList_;
976 <    nCells_.z() = (int) ( Hz.length() )/ rList_;
1123 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupCutoffs(vector<int> &order) {
1124 >        vector<int> tmp = vector<int> (groupToGtype.size());
1125  
1126 <    // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
1127 <    
1128 <    if (nCells_.x() < 3) doAllPairs = true;
1129 <    if (nCells_.y() < 3) doAllPairs = true;
982 <    if (nCells_.z() < 3) doAllPairs = true;
1126 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1127 >        {
1128 >                tmp[i] = groupToGtype[i];
1129 >        }
1130  
1131 <    Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1132 <    Vector3d rs, scaled, dr;
1133 <    Vector3i whichCell;
1134 <    int cellIndex;
1135 <    int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1131 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1132 >        {
1133 >                groupToGtype[i] = tmp[order[i]];
1134 >        }
1135 > }
1136  
1137 < #ifdef IS_MPI
1138 <    cellListRow_.resize(nCtot);
1139 <    cellListCol_.resize(nCtot);
1140 < #else
994 <    cellList_.resize(nCtot);
995 < #endif
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 <    if (!doAllPairs) {
1142 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1143 >        {
1144 >                tmp[i] = snap_->cgData.position[i];
1145 >        }
1146 >
1147 >        vector<int> mapPos = vector<int>(nGroups_);
1148 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1149 >        {
1150 >                snap_->cgData.position[i] = tmp[order[i]];
1151 >                mapPos[order[i]] = i;
1152 >        }
1153 >
1154 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1155 >        Molecule* mol;
1156 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1157 >        CutoffGroup* cg;
1158 >
1159 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1160 >        {
1161 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1162 >                {
1163 >                        cg->setLocalIndex(mapPos[cg->getLocalIndex()]);
1164 >                }
1165 >        }
1166 >
1167 > /*      if (info_->getNCutoffGroups() > 0)
1168 >        {
1169 >                for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1170 >                {
1171 >                        for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1172 >                        {
1173 >                                printf("gbI:%d locI:%d x:%f y:%f z:%f\n", cg->getGlobalIndex(), cg->getLocalIndex(),
1174 >                                                cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].x(), cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].y(),
1175 >                                                cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].z());
1176 >                        }
1177 >                }
1178 >        } else
1179 >        {
1180 >                // center of mass of the group is the same as position of the atom
1181 >                // if cutoff group does not exist
1182 >                printf("ERROR!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n");
1183 >                //                      cgConfig->position = config->position;
1184 >        }*/
1185 > }
1186 >
1187 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupList(vector<int> &order) {
1188 >        vector<vector<int> > tmp = vector<vector<int> > (groupList_.size());
1189 >
1190 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1191 >        {
1192 >                tmp[i] = groupList_[i];
1193 >        }
1194 >
1195 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1196 >        {
1197 >                groupList_[i] = tmp[order[i]];
1198 >        }
1199 > }
1200 >
1201 > void ForceMatrixDecomposition::reorderMemory(vector<vector<CutoffGroup *> > &H_c_l) {
1202 >        int n = 0;
1203 > //      printf("Reorder memory time:%f!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n",
1204 > //                      info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot()->getTime());
1205 >
1206 >        /* record the reordered atom indices */
1207 >        vector<int> k = vector<int> (nGroups_);
1208 >
1209 >        for (int c = 0; c < H_c_l.size(); ++c)
1210 >        {
1211 >                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg = H_c_l[c].begin(); cg != H_c_l[c].end(); ++cg)
1212 >                {
1213 >                        int i = (*cg)->getGlobalIndex();
1214 >                        k[n] = i;
1215 >                        ++n;
1216 >                }
1217 >        }
1218 >
1219 >        //      reorderGroupCutoffs(k);
1220 >        //      reorderGroupList(k);
1221 >        reorderPosition(k);
1222 > }
1223 >
1224 > vector<vector<CutoffGroup *> > ForceMatrixDecomposition::buildLayerBasedNeighborList() {
1225 > //      printf("buildLayerBasedNeighborList; nGroups:%d\n", nGroups_);
1226 >        // Na = nGroups_
1227 >        /* cell occupancy counter */
1228 > //      vector<int> k_c;
1229 >        /* c_i - has cell containing atom i (size Na) */
1230 >        vector<int> c = vector<int> (nGroups_);
1231 >        /* l_i - layer containing atom i (size Na) */
1232 > //      vector<int> l;
1233 >
1234 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1235 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1236 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1237 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1238 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1239 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1240 >
1241 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1242 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1243 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1244 >
1245 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1246 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1247 >        Vector3i whichCell;
1248 >        int cellIndex;
1249 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1250 >
1251 > //      k_c = vector<int> (nCtot, 0);
1252 >
1253 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1254 >        Molecule* mol;
1255 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1256 >        CutoffGroup* cg;
1257 >
1258 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1259 >        {
1260 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1261 >                {
1262 >                        rs = snap_->cgData.position[cg->getLocalIndex()];
1263 >
1264 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1265 >                        scaled = invHmat * rs;
1266 >
1267 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1268 >                        // numbers
1269 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1270 >                        {
1271 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1272 >                                scaled[j] += 0.5;
1273 >                        }
1274 >
1275 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1276 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1277 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1278 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1279 >
1280 > //                      printf("pos x:%f y:%f z:%f cell x:%d y:%d z:%d\n", rs.x(), rs.y(), rs.z(), whichCell.x(), whichCell.y(),
1281 > //                                      whichCell.z());
1282 >
1283 >                        // find single index of this cell:
1284 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1285 >
1286 >                        c[cg->getGlobalIndex()] = cellIndex;
1287 >                }
1288 >        }
1289 >
1290 > //      int k_c_curr;
1291 > //      int k_c_max = 0;
1292 >        /* the cell-layer occupancy matrix */
1293 >        vector<vector<CutoffGroup *> > H_c_l = vector<vector<CutoffGroup *> > (nCtot);
1294 >
1295 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1296 >        {
1297 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1298 >
1299 >                {
1300 >                        //                      k_c_curr = ++k_c[c[cg1->getGlobalIndex()]];
1301 >                        //                      l.push_back(k_c_curr);
1302 >                        //
1303 >                        //                      /* determines the number of layers in use */
1304 >                        //                      if (k_c_max < k_c_curr)
1305 >                        //                      {
1306 >                        //                              k_c_max = k_c_curr;
1307 >                        //                      }
1308 >
1309 >                        H_c_l[c[cg->getGlobalIndex()]].push_back(/*l[*/cg/*]*/);
1310 >                }
1311 >        }
1312 >
1313 >        reorderMemory(H_c_l);
1314 >
1315 >        int m;
1316 >        /* the neighbor matrix */
1317 >        vector<vector<CutoffGroup *> > neighborMatW = vector<vector<CutoffGroup *> > (nGroups_);
1318 >
1319 >        groupCutoffs cuts;
1320 >        CutoffGroup *cg1;
1321 >
1322 >        /* loops over objects(atoms, rigidBodies, cutoffGroups, etc.) */
1323 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1324 >        {
1325 >                for (cg1 = mol->beginCutoffGroup(ci); cg1 != NULL; cg1 = mol->nextCutoffGroup(ci))
1326 >                {
1327 >                        /* c' */
1328 >                        int c1 = c[cg1->getGlobalIndex()];
1329 >                        Vector3i c1v = idxToV(c1, nCells_);
1330 >
1331 >                        /* loops over the neighboring cells c'' */
1332 >                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1333 >                        {
1334 >                                Vector3i c2v = c1v + (*os);
1335 >
1336 >                                if (c2v.x() >= nCells_.x())
1337 >                                {
1338 >                                        c2v.x() = 0;
1339 >                                } else if (c2v.x() < 0)
1340 >                                {
1341 >                                        c2v.x() = nCells_.x() - 1;
1342 >                                }
1343 >
1344 >                                if (c2v.y() >= nCells_.y())
1345 >                                {
1346 >                                        c2v.y() = 0;
1347 >                                } else if (c2v.y() < 0)
1348 >                                {
1349 >                                        c2v.y() = nCells_.y() - 1;
1350 >                                }
1351 >
1352 >                                if (c2v.z() >= nCells_.z())
1353 >                                {
1354 >                                        c2v.z() = 0;
1355 >                                } else if (c2v.z() < 0)
1356 >                                {
1357 >                                        c2v.z() = nCells_.z() - 1;
1358 >                                }
1359 >
1360 >                                int c2 = Vlinear(c2v, nCells_);
1361 >                                /* loops over layers l to access the neighbor atoms */
1362 >                                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg2 = H_c_l[c2].begin(); cg2 != H_c_l[c2].end(); ++cg2)
1363 >                                {
1364 >                                        //                              if i'' = 0 then break // doesn't apply to vector implementation of matrix
1365 >                                        //                              if(i != *j)
1366 >                                        if (c2 != c1 || (*cg2)->getGlobalIndex() < cg1->getGlobalIndex())
1367 >                                        {
1368 >                                                dr = snap_->cgData.position[(*cg2)->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
1369 >                                                snap_->wrapVector(dr);
1370 >                                                cuts = getGroupCutoffs(cg1->getGlobalIndex(), (*cg2)->getGlobalIndex());
1371 >                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1372 >                                                {
1373 >                                                        /* transposed version of Rapaport W mat, to occupy successive memory locations on CPU */
1374 >                                                        neighborMatW[cg1->getGlobalIndex()].push_back((*cg2));
1375 >                                                }
1376 >                                        }
1377 >                                }
1378 >                        }
1379 >                }
1380 >        }
1381 >
1382 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1383 >        // done on each loop:
1384 >        saved_CG_positions_.clear();
1385 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1386 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1387 >
1388 >        return neighborMatW;
1389 > }
1390 >
1391 > /*
1392 > * buildNeighborList
1393 > *
1394 > * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
1395 > * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
1396 > */
1397 > vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
1398 >
1399 >        vector<pair<int, int> > neighborList;
1400 >        groupCutoffs cuts;
1401 >        bool doAllPairs = false;
1402 >
1403   #ifdef IS_MPI
1404 +        cellListRow_.clear();
1405 +        cellListCol_.clear();
1406 + #else
1407 +        cellList_.clear();
1408 + #endif
1409  
1410 <      for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
1411 <        rs = cgRowData.position[i];
1412 <        
1413 <        // scaled positions relative to the box vectors
1414 <        scaled = invHmat * rs;
1415 <        
1416 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1417 <        // numbers
1418 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1419 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1420 <          scaled[j] += 0.5;
1421 <        }
1422 <        
1423 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1424 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1425 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1426 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1427 <        
1428 <        // find single index of this cell:
1429 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1430 <        
1431 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1432 <        cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1433 <      }
1434 <      
1435 <      for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
1436 <        rs = cgColData.position[i];
1437 <        
1438 <        // scaled positions relative to the box vectors
1439 <        scaled = invHmat * rs;
1030 <        
1031 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1032 <        // numbers
1033 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1034 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1035 <          scaled[j] += 0.5;
1036 <        }
1037 <        
1038 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1039 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1040 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1041 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1042 <        
1043 <        // find single index of this cell:
1044 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1045 <        
1046 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1047 <        cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
1048 <      }
1410 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1411 >        RealType rl2 = rList_ * rList_;
1412 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1413 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1414 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1415 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1416 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1417 >
1418 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1419 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1420 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1421 >
1422 >        // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
1423 >
1424 >        if (nCells_.x() < 3)
1425 >                doAllPairs = true;
1426 >        if (nCells_.y() < 3)
1427 >                doAllPairs = true;
1428 >        if (nCells_.z() < 3)
1429 >                doAllPairs = true;
1430 >
1431 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1432 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1433 >        Vector3i whichCell;
1434 >        int cellIndex;
1435 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1436 >
1437 > #ifdef IS_MPI
1438 >        cellListRow_.resize(nCtot);
1439 >        cellListCol_.resize(nCtot);
1440   #else
1441 <      for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
1051 <        rs = snap_->cgData.position[i];
1052 <        
1053 <        // scaled positions relative to the box vectors
1054 <        scaled = invHmat * rs;
1055 <        
1056 <        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1057 <        // numbers
1058 <        for (int j = 0; j < 3; j++) {
1059 <          scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1060 <          scaled[j] += 0.5;
1061 <        }
1062 <        
1063 <        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1064 <        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1065 <        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1066 <        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1067 <        
1068 <        // find single index of this cell:
1069 <        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);      
1070 <        
1071 <        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1072 <        cellList_[cellIndex].push_back(i);
1073 <      }
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++) {
1078 <          for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++) {
1079 <            Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1080 <            int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
1081 <            
1082 <            for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin();
1083 <                 os != cellOffsets_.end(); ++os) {
1084 <              
1085 <              Vector3i m2v = m1v + (*os);
1086 <              
1087 <              if (m2v.x() >= nCells_.x()) {
1088 <                m2v.x() = 0;          
1089 <              } else if (m2v.x() < 0) {
1090 <                m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1091 <              }
1092 <              
1093 <              if (m2v.y() >= nCells_.y()) {
1094 <                m2v.y() = 0;          
1095 <              } else if (m2v.y() < 0) {
1096 <                m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1097 <              }
1098 <              
1099 <              if (m2v.z() >= nCells_.z()) {
1100 <                m2v.z() = 0;          
1101 <              } else if (m2v.z() < 0) {
1102 <                m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1103 <              }
1104 <              
1105 <              int m2 = Vlinear (m2v, nCells_);
1106 <              
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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