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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 1577 by gezelter, Wed Jun 8 20:26:56 2011 UTC vs.
branches/devel_omp/src/parallel/ForceMatrixDecomposition.cpp (file contents), Revision 1599 by mciznick, Fri Jul 29 19:03:36 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
53 <   * SimulationSetup
54 <   */
55 <  
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 <    identsLocal = info_->getIdentArray();
64 <    AtomLocalToGlobal = info_->getGlobalAtomIndices();
65 <    cgLocalToGlobal = info_->getGlobalGroupIndices();
66 <    vector<int> globalGroupMembership = info_->getGlobalGroupMembership();
67 <    vector<RealType> massFactorsLocal = info_->getMassFactors();
68 <    PairList excludes = info_->getExcludedInteractions();
69 <    PairList oneTwo = info_->getOneTwoInteractions();
70 <    PairList oneThree = info_->getOneThreeInteractions();
71 <    PairList oneFour = info_->getOneFourInteractions();
72 <
51 > ForceMatrixDecomposition::ForceMatrixDecomposition(SimInfo* info, InteractionManager* iMan) :
52 >        ForceDecomposition(info, iMan) {
53 >        // In a parallel computation, row and colum scans must visit all
54 >        // surrounding cells (not just the 14 upper triangular blocks that
55 >        // are used when the processor can see all pairs)
56   #ifdef IS_MPI
57 <
58 <    AtomCommIntRow = new Communicator<Row,int>(nLocal_);
59 <    AtomCommRealRow = new Communicator<Row,RealType>(nLocal_);
60 <    AtomCommVectorRow = new Communicator<Row,Vector3d>(nLocal_);
61 <    AtomCommMatrixRow = new Communicator<Row,Mat3x3d>(nLocal_);
62 <    AtomCommPotRow = new Communicator<Row,potVec>(nLocal_);
57 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 0, 0) );
58 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1,-1, 0) );
59 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0,-1, 0) );
60 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1,-1, 0) );
61 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0, 0,-1) );
62 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 0, 1) );
63 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1,-1,-1) );
64 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0,-1,-1) );
65 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1,-1,-1) );
66 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1, 0,-1) );
67 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 1, 1,-1) );
68 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i( 0, 1,-1) );
69 >        cellOffsets_.push_back( Vector3i(-1, 1,-1) );
70 > #endif    
71 > }
72  
73 <    AtomCommIntColumn = new Communicator<Column,int>(nLocal_);
74 <    AtomCommRealColumn = new Communicator<Column,RealType>(nLocal_);
75 <    AtomCommVectorColumn = new Communicator<Column,Vector3d>(nLocal_);
76 <    AtomCommMatrixColumn = new Communicator<Column,Mat3x3d>(nLocal_);
77 <    AtomCommPotColumn = new Communicator<Column,potVec>(nLocal_);
73 > /**
74 > * distributeInitialData is essentially a copy of the older fortran
75 > * SimulationSetup
76 > */
77 > void ForceMatrixDecomposition::distributeInitialData() {
78 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
79 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
80 >        ff_ = info_->getForceField();
81 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
82  
83 <    cgCommIntRow = new Communicator<Row,int>(nGroups_);
84 <    cgCommVectorRow = new Communicator<Row,Vector3d>(nGroups_);
85 <    cgCommIntColumn = new Communicator<Column,int>(nGroups_);
86 <    cgCommVectorColumn = new Communicator<Column,Vector3d>(nGroups_);
83 >        nGroups_ = info_->getNLocalCutoffGroups();
84 >        // gather the information for atomtype IDs (atids):
85 >        idents = info_->getIdentArray();
86 >        AtomLocalToGlobal = info_->getGlobalAtomIndices();
87 >        cgLocalToGlobal = info_->getGlobalGroupIndices();
88 >        vector<int> globalGroupMembership = info_->getGlobalGroupMembership();
89  
90 <    nAtomsInRow_ = AtomCommIntRow->getSize();
93 <    nAtomsInCol_ = AtomCommIntColumn->getSize();
94 <    nGroupsInRow_ = cgCommIntRow->getSize();
95 <    nGroupsInCol_ = cgCommIntColumn->getSize();
90 >        massFactors = info_->getMassFactors();
91  
92 <    // Modify the data storage objects with the correct layouts and sizes:
93 <    atomRowData.resize(nAtomsInRow_);
94 <    atomRowData.setStorageLayout(storageLayout_);
95 <    atomColData.resize(nAtomsInCol_);
101 <    atomColData.setStorageLayout(storageLayout_);
102 <    cgRowData.resize(nGroupsInRow_);
103 <    cgRowData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
104 <    cgColData.resize(nGroupsInCol_);
105 <    cgColData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
106 <        
107 <    identsRow.resize(nAtomsInRow_);
108 <    identsCol.resize(nAtomsInCol_);
109 <    
110 <    AtomCommIntRow->gather(identsLocal, identsRow);
111 <    AtomCommIntColumn->gather(identsLocal, identsCol);
112 <    
113 <    AtomCommIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
114 <    AtomCommIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
115 <    
116 <    cgCommIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
117 <    cgCommIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
92 >        PairList* excludes = info_->getExcludedInteractions();
93 >        PairList* oneTwo = info_->getOneTwoInteractions();
94 >        PairList* oneThree = info_->getOneThreeInteractions();
95 >        PairList* oneFour = info_->getOneFourInteractions();
96  
97 <    AtomCommRealRow->gather(massFactorsLocal, massFactorsRow);
120 <    AtomCommRealColumn->gather(massFactorsLocal, massFactorsCol);
97 > #ifdef IS_MPI
98  
99 <    groupListRow_.clear();
100 <    groupListRow_.resize(nGroupsInRow_);
124 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
125 <      int gid = cgRowToGlobal[i];
126 <      for (int j = 0; j < nAtomsInRow_; j++) {
127 <        int aid = AtomRowToGlobal[j];
128 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
129 <          groupListRow_[i].push_back(j);
130 <      }      
131 <    }
99 >        MPI::Intracomm row = rowComm.getComm();
100 >        MPI::Intracomm col = colComm.getComm();
101  
102 <    groupListCol_.clear();
103 <    groupListCol_.resize(nGroupsInCol_);
104 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
105 <      int gid = cgColToGlobal[i];
106 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
138 <        int aid = AtomColToGlobal[j];
139 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
140 <          groupListCol_[i].push_back(j);
141 <      }      
142 <    }
102 >        AtomPlanIntRow = new Plan<int>(row, nLocal_);
103 >        AtomPlanRealRow = new Plan<RealType>(row, nLocal_);
104 >        AtomPlanVectorRow = new Plan<Vector3d>(row, nLocal_);
105 >        AtomPlanMatrixRow = new Plan<Mat3x3d>(row, nLocal_);
106 >        AtomPlanPotRow = new Plan<potVec>(row, nLocal_);
107  
108 <    skipsForRowAtom.clear();
109 <    skipsForRowAtom.resize(nAtomsInRow_);
110 <    for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++) {
111 <      int iglob = AtomRowToGlobal[i];
112 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
149 <        int jglob = AtomColToGlobal[j];        
150 <        if (excludes.hasPair(iglob, jglob))
151 <          skipsForRowAtom[i].push_back(j);      
152 <      }      
153 <    }
108 >        AtomPlanIntColumn = new Plan<int>(col, nLocal_);
109 >        AtomPlanRealColumn = new Plan<RealType>(col, nLocal_);
110 >        AtomPlanVectorColumn = new Plan<Vector3d>(col, nLocal_);
111 >        AtomPlanMatrixColumn = new Plan<Mat3x3d>(col, nLocal_);
112 >        AtomPlanPotColumn = new Plan<potVec>(col, nLocal_);
113  
114 <    toposForRowAtom.clear();
115 <    toposForRowAtom.resize(nAtomsInRow_);
116 <    for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++) {
117 <      int iglob = AtomRowToGlobal[i];
159 <      int nTopos = 0;
160 <      for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++) {
161 <        int jglob = AtomColToGlobal[j];        
162 <        if (oneTwo.hasPair(iglob, jglob)) {
163 <          toposForRowAtom[i].push_back(j);
164 <          topoDistRow[i][nTopos] = 1;
165 <          nTopos++;
166 <        }
167 <        if (oneThree.hasPair(iglob, jglob)) {
168 <          toposForRowAtom[i].push_back(j);
169 <          topoDistRow[i][nTopos] = 2;
170 <          nTopos++;
171 <        }
172 <        if (oneFour.hasPair(iglob, jglob)) {
173 <          toposForRowAtom[i].push_back(j);
174 <          topoDistRow[i][nTopos] = 3;
175 <          nTopos++;
176 <        }
177 <      }      
178 <    }
114 >        cgPlanIntRow = new Plan<int>(row, nGroups_);
115 >        cgPlanVectorRow = new Plan<Vector3d>(row, nGroups_);
116 >        cgPlanIntColumn = new Plan<int>(col, nGroups_);
117 >        cgPlanVectorColumn = new Plan<Vector3d>(col, nGroups_);
118  
119 < #endif
120 <    groupList_.clear();
121 <    groupList_.resize(nGroups_);
122 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
184 <      int gid = cgLocalToGlobal[i];
185 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
186 <        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
187 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid) {
188 <          groupList_[i].push_back(j);
119 >        nAtomsInRow_ = AtomPlanIntRow->getSize();
120 >        nAtomsInCol_ = AtomPlanIntColumn->getSize();
121 >        nGroupsInRow_ = cgPlanIntRow->getSize();
122 >        nGroupsInCol_ = cgPlanIntColumn->getSize();
123  
124 <        }
125 <      }      
126 <    }
124 >        // Modify the data storage objects with the correct layouts and sizes:
125 >        atomRowData.resize(nAtomsInRow_);
126 >        atomRowData.setStorageLayout(storageLayout_);
127 >        atomColData.resize(nAtomsInCol_);
128 >        atomColData.setStorageLayout(storageLayout_);
129 >        cgRowData.resize(nGroupsInRow_);
130 >        cgRowData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
131 >        cgColData.resize(nGroupsInCol_);
132 >        cgColData.setStorageLayout(DataStorage::dslPosition);
133  
134 <    skipsForLocalAtom.clear();
135 <    skipsForLocalAtom.resize(nLocal_);
134 >        identsRow.resize(nAtomsInRow_);
135 >        identsCol.resize(nAtomsInCol_);
136  
137 <    for (int i = 0; i < nLocal_; i++) {
138 <      int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
199 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
200 <        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];        
201 <        if (excludes.hasPair(iglob, jglob))
202 <          skipsForLocalAtom[i].push_back(j);      
203 <      }      
204 <    }
205 <    toposForLocalAtom.clear();
206 <    toposForLocalAtom.resize(nLocal_);
207 <    for (int i = 0; i < nLocal_; i++) {
208 <      int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
209 <      int nTopos = 0;
210 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
211 <        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];        
212 <        if (oneTwo.hasPair(iglob, jglob)) {
213 <          toposForLocalAtom[i].push_back(j);
214 <          topoDistLocal[i][nTopos] = 1;
215 <          nTopos++;
216 <        }
217 <        if (oneThree.hasPair(iglob, jglob)) {
218 <          toposForLocalAtom[i].push_back(j);
219 <          topoDistLocal[i][nTopos] = 2;
220 <          nTopos++;
221 <        }
222 <        if (oneFour.hasPair(iglob, jglob)) {
223 <          toposForLocalAtom[i].push_back(j);
224 <          topoDistLocal[i][nTopos] = 3;
225 <          nTopos++;
226 <        }
227 <      }      
228 <    }    
137 >        AtomPlanIntRow->gather(idents, identsRow);
138 >        AtomPlanIntColumn->gather(idents, identsCol);
139  
140 <  }
141 <  
142 <  void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
140 >        // allocate memory for the parallel objects
141 >        atypesRow.resize(nAtomsInRow_);
142 >        atypesCol.resize(nAtomsInCol_);
143  
144 <    RealType tol = 1e-6;
145 <    RealType rc;
146 <    int atid;
147 <    set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
238 <    vector<RealType> atypeCutoff;
239 <    atypeCutoff.resize( atypes.size() );
144 >        for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++)
145 >        atypesRow[i] = ff_->getAtomType(identsRow[i]);
146 >        for (int i = 0; i < nAtomsInCol_; i++)
147 >        atypesCol[i] = ff_->getAtomType(identsCol[i]);
148  
149 <    for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin(); at != atypes.end(); ++at){
150 <      rc = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
243 <      atid = (*at)->getIdent();
244 <      atypeCutoff[atid] = rc;
245 <    }
149 >        pot_row.resize(nAtomsInRow_);
150 >        pot_col.resize(nAtomsInCol_);
151  
152 <    vector<RealType> gTypeCutoffs;
152 >        AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
153 >        AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
154 >        AtomPlanIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
155 >        AtomPlanIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
156  
157 <    // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
158 <    // largest cutoff for any atypes present in this group.
159 < #ifdef IS_MPI
160 <    vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
161 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++) {
162 <      vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
163 <      for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
164 <           ia != atomListRow.end(); ++ia) {            
165 <        int atom1 = (*ia);
166 <        atid = identsRow[atom1];
167 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1]) {
168 <          groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
169 <        }
170 <      }
157 >        cerr << "Atoms in Local:\n";
158 >        for (int i = 0; i < AtomLocalToGlobal.size(); i++)
159 >        {
160 >                cerr << "i =\t" << i << "\t localAt =\t" << AtomLocalToGlobal[i] << "\n";
161 >        }
162 >        cerr << "Atoms in Row:\n";
163 >        for (int i = 0; i < AtomRowToGlobal.size(); i++)
164 >        {
165 >                cerr << "i =\t" << i << "\t rowAt =\t" << AtomRowToGlobal[i] << "\n";
166 >        }
167 >        cerr << "Atoms in Col:\n";
168 >        for (int i = 0; i < AtomColToGlobal.size(); i++)
169 >        {
170 >                cerr << "i =\t" << i << "\t colAt =\t" << AtomColToGlobal[i] << "\n";
171 >        }
172  
173 <      bool gTypeFound = false;
174 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
175 <        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
176 <          groupRowToGtype[cg1] = gt;
268 <          gTypeFound = true;
269 <        }
270 <      }
271 <      if (!gTypeFound) {
272 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
273 <        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
274 <      }
275 <      
276 <    }
277 <    vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
278 <    for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++) {
279 <      vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
280 <      for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
281 <           jb != atomListCol.end(); ++jb) {            
282 <        int atom2 = (*jb);
283 <        atid = identsCol[atom2];
284 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2]) {
285 <          groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
286 <        }
287 <      }
288 <      bool gTypeFound = false;
289 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
290 <        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
291 <          groupColToGtype[cg2] = gt;
292 <          gTypeFound = true;
293 <        }
294 <      }
295 <      if (!gTypeFound) {
296 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
297 <        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
298 <      }
299 <    }
300 < #else
301 <    vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
302 <    for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++) {
303 <      groupCutoff[cg1] = 0.0;
304 <      vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
305 <      for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin();
306 <           ia != atomList.end(); ++ia) {            
307 <        int atom1 = (*ia);
308 <        atid = identsLocal[atom1];
309 <        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1]) {
310 <          groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
311 <        }
312 <      }
173 >        cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
174 >        cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
175 >        cgPlanIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
176 >        cgPlanIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
177  
178 <      bool gTypeFound = false;
179 <      for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++) {
180 <        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol) {
181 <          groupToGtype[cg1] = gt;
182 <          gTypeFound = true;
183 <        }
184 <      }
185 <      if (!gTypeFound) {
186 <        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoff[cg1] );
187 <        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
188 <      }      
189 <    }
190 < #endif
178 >        cerr << "Gruops in Local:\n";
179 >        for (int i = 0; i < cgLocalToGlobal.size(); i++)
180 >        {
181 >                cerr << "i =\t" << i << "\t localCG =\t" << cgLocalToGlobal[i] << "\n";
182 >        }
183 >        cerr << "Groups in Row:\n";
184 >        for (int i = 0; i < cgRowToGlobal.size(); i++)
185 >        {
186 >                cerr << "i =\t" << i << "\t rowCG =\t" << cgRowToGlobal[i] << "\n";
187 >        }
188 >        cerr << "Groups in Col:\n";
189 >        for (int i = 0; i < cgColToGlobal.size(); i++)
190 >        {
191 >                cerr << "i =\t" << i << "\t colCG =\t" << cgColToGlobal[i] << "\n";
192 >        }
193  
194 <    // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
194 >        massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
195 >        massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
196 >        AtomPlanRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
197 >        AtomPlanRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
198  
199 <    vector<RealType>::iterator groupMaxLoc = max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
200 <    RealType groupMax = *groupMaxLoc;
199 >        groupListRow_.clear();
200 >        groupListRow_.resize(nGroupsInRow_);
201 >        for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++)
202 >        {
203 >                int gid = cgRowToGlobal[i];
204 >                for (int j = 0; j < nAtomsInRow_; j++)
205 >                {
206 >                        int aid = AtomRowToGlobal[j];
207 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
208 >                        groupListRow_[i].push_back(j);
209 >                }
210 >        }
211  
212 < #ifdef IS_MPI
213 <    MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE, MPI::MAX);
214 < #endif
215 <    
216 <    RealType tradRcut = groupMax;
212 >        groupListCol_.clear();
213 >        groupListCol_.resize(nGroupsInCol_);
214 >        for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++)
215 >        {
216 >                int gid = cgColToGlobal[i];
217 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
218 >                {
219 >                        int aid = AtomColToGlobal[j];
220 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
221 >                        groupListCol_[i].push_back(j);
222 >                }
223 >        }
224  
225 <    for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size();  i++) {
226 <      for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size();  j++) {
227 <        
228 <        RealType thisRcut;
229 <        switch(cutoffPolicy_) {
230 <        case TRADITIONAL:
231 <          thisRcut = tradRcut;
232 <        case MIX:
233 <          thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
348 <        case MAX:
349 <          thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
350 <        default:
351 <          sprintf(painCave.errMsg,
352 <                  "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
353 <                  "hit an unknown cutoff policy!\n");
354 <          painCave.severity = OPENMD_ERROR;
355 <          painCave.isFatal = 1;
356 <          simError();              
357 <        }
225 >        excludesForAtom.clear();
226 >        excludesForAtom.resize(nAtomsInRow_);
227 >        toposForAtom.clear();
228 >        toposForAtom.resize(nAtomsInRow_);
229 >        topoDist.clear();
230 >        topoDist.resize(nAtomsInRow_);
231 >        for (int i = 0; i < nAtomsInRow_; i++)
232 >        {
233 >                int iglob = AtomRowToGlobal[i];
234  
235 <        pair<int,int> key = make_pair(i,j);
236 <        gTypeCutoffMap[key].first = thisRcut;
235 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
236 >                {
237 >                        int jglob = AtomColToGlobal[j];
238  
239 <        if (thisRcut > largestRcut_) largestRcut_ = thisRcut;
239 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
240 >                        excludesForAtom[i].push_back(j);
241  
242 <        gTypeCutoffMap[key].second = thisRcut*thisRcut;
243 <        
244 <        gTypeCutoffMap[key].third = pow(thisRcut + skinThickness_, 2);
242 >                        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob))
243 >                        {
244 >                                toposForAtom[i].push_back(j);
245 >                                topoDist[i].push_back(1);
246 >                        } else
247 >                        {
248 >                                if (oneThree->hasPair(iglob, jglob))
249 >                                {
250 >                                        toposForAtom[i].push_back(j);
251 >                                        topoDist[i].push_back(2);
252 >                                } else
253 >                                {
254 >                                        if (oneFour->hasPair(iglob, jglob))
255 >                                        {
256 >                                                toposForAtom[i].push_back(j);
257 >                                                topoDist[i].push_back(3);
258 >                                        }
259 >                                }
260 >                        }
261 >                }
262 >        }
263  
264 <        // sanity check
369 <        
370 <        if (userChoseCutoff_) {
371 <          if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001) {
372 <            sprintf(painCave.errMsg,
373 <                    "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
374 <                    "user-specified rCut does not match computed group Cutoff\n");
375 <            painCave.severity = OPENMD_ERROR;
376 <            painCave.isFatal = 1;
377 <            simError();            
378 <          }
379 <        }
380 <      }
381 <    }
382 <  }
264 > #endif
265  
266 +        // allocate memory for the parallel objects
267 +        atypesLocal.resize(nLocal_);
268  
269 <  groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
270 <    int i, j;
269 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
270 >                atypesLocal[i] = ff_->getAtomType(idents[i]);
271  
272 < #ifdef IS_MPI
273 <    i = groupRowToGtype[cg1];
274 <    j = groupColToGtype[cg2];
275 < #else
276 <    i = groupToGtype[cg1];
277 <    j = groupToGtype[cg2];
278 < #endif
279 <    
280 <    return gTypeCutoffMap[make_pair(i,j)];
281 <  }
272 >        groupList_.clear();
273 >        groupList_.resize(nGroups_);
274 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
275 >        {
276 >                int gid = cgLocalToGlobal[i];
277 >                for (int j = 0; j < nLocal_; j++)
278 >                {
279 >                        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
280 >                        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
281 >                        {
282 >                                groupList_[i].push_back(j);
283 >                        }
284 >                }
285 >        }
286  
287 +        excludesForAtom.clear();
288 +        excludesForAtom.resize(nLocal_);
289 +        toposForAtom.clear();
290 +        toposForAtom.resize(nLocal_);
291 +        topoDist.clear();
292 +        topoDist.resize(nLocal_);
293  
294 <  void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
294 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
295 >        {
296 >                int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
297  
298 <    for (int j = 0; j < N_INTERACTION_FAMILIES; j++) {
299 <      longRangePot_[j] = 0.0;
300 <    }
298 >                for (int j = 0; j < nLocal_; j++)
299 >                {
300 >                        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];
301 >
302 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
303 >                                excludesForAtom[i].push_back(j);
304 >
305 >                        if (oneTwo->hasPair(iglob, jglob))
306 >                        {
307 >                                toposForAtom[i].push_back(j);
308 >                                topoDist[i].push_back(1);
309 >                        } else
310 >                        {
311 >                                if (oneThree->hasPair(iglob, jglob))
312 >                                {
313 >                                        toposForAtom[i].push_back(j);
314 >                                        topoDist[i].push_back(2);
315 >                                } else
316 >                                {
317 >                                        if (oneFour->hasPair(iglob, jglob))
318 >                                        {
319 >                                                toposForAtom[i].push_back(j);
320 >                                                topoDist[i].push_back(3);
321 >                                        }
322 >                                }
323 >                        }
324 >                }
325 >        }
326  
327 < #ifdef IS_MPI
328 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce) {
329 <      fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
330 <      fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
331 <    }
327 >        Globals* simParams_ = info_->getSimParams();
328 >        if (simParams_->haveNeighborListReorderFreq())
329 >        {
330 >                neighborListReorderFreq = simParams_->getNeighborListReorderFreq();
331 >        } else
332 >        {
333 >                neighborListReorderFreq = 0;
334 >        }
335 >        reorderFreqCounter = 1;
336  
337 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
413 <      fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
414 <      fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
415 <    }
416 <    
417 <    fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
418 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
337 >        createGtypeCutoffMap();
338  
339 <    fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
421 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
422 <    
423 <    pot_local = Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES>(0.0);
339 > }
340  
341 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {    
426 <      fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(), 0.0);
427 <      fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(), 0.0);
428 <    }
341 > void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
342  
343 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
344 <      fill(atomRowData.density.begin(), atomRowData.density.end(), 0.0);
345 <      fill(atomColData.density.begin(), atomColData.density.end(), 0.0);
346 <    }
343 >        RealType tol = 1e-6;
344 >        largestRcut_ = 0.0;
345 >        RealType rc;
346 >        int atid;
347 >        set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
348  
349 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {  
436 <      fill(atomRowData.functional.begin(), atomRowData.functional.end(), 0.0);
437 <      fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(), 0.0);
438 <    }
349 >        map<int, RealType> atypeCutoff;
350  
351 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
352 <      fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
353 <           atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
354 <      fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
355 <           atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
356 <    }
351 >        for (set<AtomType*>::iterator at = atypes.begin(); at != atypes.end(); ++at)
352 >        {
353 >                atid = (*at)->getIdent();
354 >                if (userChoseCutoff_)
355 >                        atypeCutoff[atid] = userCutoff_;
356 >                else
357 >                        atypeCutoff[atid] = interactionMan_->getSuggestedCutoffRadius(*at);
358 >        }
359  
360 +        vector<RealType> gTypeCutoffs;
361 +        // first we do a single loop over the cutoff groups to find the
362 +        // largest cutoff for any atypes present in this group.
363 + #ifdef IS_MPI
364 +        vector<RealType> groupCutoffRow(nGroupsInRow_, 0.0);
365 +        groupRowToGtype.resize(nGroupsInRow_);
366 +        for (int cg1 = 0; cg1 < nGroupsInRow_; cg1++)
367 +        {
368 +                vector<int> atomListRow = getAtomsInGroupRow(cg1);
369 +                for (vector<int>::iterator ia = atomListRow.begin();
370 +                                ia != atomListRow.end(); ++ia)
371 +                {
372 +                        int atom1 = (*ia);
373 +                        atid = identsRow[atom1];
374 +                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffRow[cg1])
375 +                        {
376 +                                groupCutoffRow[cg1] = atypeCutoff[atid];
377 +                        }
378 +                }
379 +
380 +                bool gTypeFound = false;
381 +                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
382 +                {
383 +                        if (abs(groupCutoffRow[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
384 +                        {
385 +                                groupRowToGtype[cg1] = gt;
386 +                                gTypeFound = true;
387 +                        }
388 +                }
389 +                if (!gTypeFound)
390 +                {
391 +                        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffRow[cg1] );
392 +                        groupRowToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
393 +                }
394 +
395 +        }
396 +        vector<RealType> groupCutoffCol(nGroupsInCol_, 0.0);
397 +        groupColToGtype.resize(nGroupsInCol_);
398 +        for (int cg2 = 0; cg2 < nGroupsInCol_; cg2++)
399 +        {
400 +                vector<int> atomListCol = getAtomsInGroupColumn(cg2);
401 +                for (vector<int>::iterator jb = atomListCol.begin();
402 +                                jb != atomListCol.end(); ++jb)
403 +                {
404 +                        int atom2 = (*jb);
405 +                        atid = identsCol[atom2];
406 +                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoffCol[cg2])
407 +                        {
408 +                                groupCutoffCol[cg2] = atypeCutoff[atid];
409 +                        }
410 +                }
411 +                bool gTypeFound = false;
412 +                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
413 +                {
414 +                        if (abs(groupCutoffCol[cg2] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
415 +                        {
416 +                                groupColToGtype[cg2] = gt;
417 +                                gTypeFound = true;
418 +                        }
419 +                }
420 +                if (!gTypeFound)
421 +                {
422 +                        gTypeCutoffs.push_back( groupCutoffCol[cg2] );
423 +                        groupColToGtype[cg2] = gTypeCutoffs.size() - 1;
424 +                }
425 +        }
426   #else
427 <    
428 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {      
429 <      fill(snap_->atomData.particlePot.begin(),
430 <           snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
431 <    }
432 <    
433 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
434 <      fill(snap_->atomData.density.begin(),
435 <           snap_->atomData.density.end(), 0.0);
436 <    }
437 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
438 <      fill(snap_->atomData.functional.begin(),
439 <           snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
440 <    }
441 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
442 <      fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(),
443 <           snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
444 <    }
427 >
428 >        vector<RealType> groupCutoff(nGroups_, 0.0);
429 >        groupToGtype.resize(nGroups_);
430 >        for (int cg1 = 0; cg1 < nGroups_; cg1++)
431 >        {
432 >                groupCutoff[cg1] = 0.0;
433 >                vector<int> atomList = getAtomsInGroupRow(cg1);
434 >                for (vector<int>::iterator ia = atomList.begin(); ia != atomList.end(); ++ia)
435 >                {
436 >                        int atom1 = (*ia);
437 >                        atid = idents[atom1];
438 >                        if (atypeCutoff[atid] > groupCutoff[cg1])
439 >                                groupCutoff[cg1] = atypeCutoff[atid];
440 >                }
441 >
442 >                bool gTypeFound = false;
443 >                for (int gt = 0; gt < gTypeCutoffs.size(); gt++)
444 >                {
445 >                        if (abs(groupCutoff[cg1] - gTypeCutoffs[gt]) < tol)
446 >                        {
447 >                                groupToGtype[cg1] = gt;
448 >                                gTypeFound = true;
449 >                        }
450 >                }
451 >                if (!gTypeFound)
452 >                {
453 >                        gTypeCutoffs.push_back(groupCutoff[cg1]);
454 >                        groupToGtype[cg1] = gTypeCutoffs.size() - 1;
455 >                }
456 >        }
457   #endif
467    
468  }
458  
459 +        // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
460  
461 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeData()  {
462 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
473 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
461 >        RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
462 >
463   #ifdef IS_MPI
464 <    
465 <    // gather up the atomic positions
477 <    AtomCommVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
478 <                              atomRowData.position);
479 <    AtomCommVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
480 <                                 atomColData.position);
481 <    
482 <    // gather up the cutoff group positions
483 <    cgCommVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
484 <                            cgRowData.position);
485 <    cgCommVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
486 <                               cgColData.position);
487 <    
488 <    // if needed, gather the atomic rotation matrices
489 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
490 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
491 <                                atomRowData.aMat);
492 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
493 <                                   atomColData.aMat);
494 <    }
495 <    
496 <    // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
497 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
498 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
499 <                                atomRowData.electroFrame);
500 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
501 <                                   atomColData.electroFrame);
502 <    }
503 < #endif      
504 <  }
505 <  
506 <  /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
507 <   * data structures.
508 <   */
509 <  void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
510 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
511 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
512 < #ifdef IS_MPI
513 <    
514 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
515 <      
516 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.density,
517 <                               snap_->atomData.density);
518 <      
519 <      int n = snap_->atomData.density.size();
520 <      vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
521 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
522 <      for (int i = 0; i < n; i++)
523 <        snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
524 <    }
464 >        MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
465 >                        MPI::MAX);
466   #endif
526  }
467  
468 <  /*
529 <   * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
530 <   * row and column-indexed data structures
531 <   */
532 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
533 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
534 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
535 < #ifdef IS_MPI
536 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
537 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
538 <                              atomRowData.functional);
539 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
540 <                                 atomColData.functional);
541 <    }
542 <    
543 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
544 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
545 <                              atomRowData.functionalDerivative);
546 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
547 <                                 atomColData.functionalDerivative);
548 <    }
549 < #endif
550 <  }
551 <  
552 <  
553 <  void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
554 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
555 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
556 < #ifdef IS_MPI    
557 <    int n = snap_->atomData.force.size();
558 <    vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
559 <    
560 <    AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
561 <    for (int i = 0; i < n; i++) {
562 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
563 <      frc_tmp[i] = 0.0;
564 <    }
565 <    
566 <    AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
567 <    for (int i = 0; i < n; i++)
568 <      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
569 <    
570 <    
571 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
468 >        RealType tradRcut = groupMax;
469  
470 <      int nt = snap_->atomData.force.size();
471 <      vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
470 >        for (int i = 0; i < gTypeCutoffs.size(); i++)
471 >        {
472 >                for (int j = 0; j < gTypeCutoffs.size(); j++)
473 >                {
474 >                        RealType thisRcut;
475 >                        switch (cutoffPolicy_) {
476 >                        case TRADITIONAL:
477 >                                thisRcut = tradRcut;
478 >                                break;
479 >                        case MIX:
480 >                                thisRcut = 0.5 * (gTypeCutoffs[i] + gTypeCutoffs[j]);
481 >                                break;
482 >                        case MAX:
483 >                                thisRcut = max(gTypeCutoffs[i], gTypeCutoffs[j]);
484 >                                break;
485 >                        default:
486 >                                sprintf(painCave.errMsg, "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
487 >                                        "hit an unknown cutoff policy!\n");
488 >                                painCave.severity = OPENMD_ERROR;
489 >                                painCave.isFatal = 1;
490 >                                simError();
491 >                                break;
492 >                        }
493  
494 <      AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
495 <      for (int i = 0; i < n; i++) {
496 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
497 <        trq_tmp[i] = 0.0;
498 <      }
499 <      
500 <      AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
583 <      for (int i = 0; i < n; i++)
584 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
585 <    }
586 <    
587 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
494 >                        pair<int, int> key = make_pair(i, j);
495 >                        gTypeCutoffMap[key].first = thisRcut;
496 >                        if (thisRcut > largestRcut_)
497 >                                largestRcut_ = thisRcut;
498 >                        gTypeCutoffMap[key].second = thisRcut * thisRcut;
499 >                        gTypeCutoffMap[key].third = pow(thisRcut + skinThickness_, 2);
500 >                        // sanity check
501  
502 <    vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
503 <                            Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
502 >                        if (userChoseCutoff_)
503 >                        {
504 >                                if (abs(gTypeCutoffMap[key].first - userCutoff_) > 0.0001)
505 >                                {
506 >                                        sprintf(painCave.errMsg, "ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap "
507 >                                                "user-specified rCut (%lf) does not match computed group Cutoff\n", userCutoff_);
508 >                                        painCave.severity = OPENMD_ERROR;
509 >                                        painCave.isFatal = 1;
510 >                                        simError();
511 >                                }
512 >                        }
513 >                }
514 >        }
515 > }
516  
517 <    // scatter/gather pot_row into the members of my column
518 <          
594 <    AtomCommPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
595 <
596 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
597 <      pot_local += pot_temp[ii];
598 <    
599 <    fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
600 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
601 <      
602 <    AtomCommPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);    
603 <    
604 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
605 <      pot_local += pot_temp[ii];
606 <    
607 < #endif
608 <  }
609 <
610 <  int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {  
517 > groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
518 >        int i, j;
519   #ifdef IS_MPI
520 <    return nAtomsInRow_;
520 >        i = groupRowToGtype[cg1];
521 >        j = groupColToGtype[cg2];
522   #else
523 <    return nLocal_;
524 < #endif
525 <  }
523 >        i = groupToGtype[cg1];
524 >        j = groupToGtype[cg2];
525 > #endif    
526 >        return gTypeCutoffMap[make_pair(i, j)];
527 > }
528  
529 <  /**
530 <   * returns the list of atoms belonging to this group.  
531 <   */
532 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1){
533 < #ifdef IS_MPI
534 <    return groupListRow_[cg1];
535 < #else
536 <    return groupList_[cg1];
626 < #endif
627 <  }
529 > int ForceMatrixDecomposition::getTopologicalDistance(int atom1, int atom2) {
530 >        for (int j = 0; j < toposForAtom[atom1].size(); j++)
531 >        {
532 >                if (toposForAtom[atom1][j] == atom2)
533 >                        return topoDist[atom1][j];
534 >        }
535 >        return 0;
536 > }
537  
538 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2){
539 < #ifdef IS_MPI
540 <    return groupListCol_[cg2];
632 < #else
633 <    return groupList_[cg2];
634 < #endif
635 <  }
636 <  
637 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2){
638 <    Vector3d d;
639 <    
640 < #ifdef IS_MPI
641 <    d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
642 < #else
643 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
644 < #endif
645 <    
646 <    snap_->wrapVector(d);
647 <    return d;    
648 <  }
538 > void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
539 >        pairwisePot = 0.0;
540 >        embeddingPot = 0.0;
541  
650
651  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1){
652
653    Vector3d d;
654    
542   #ifdef IS_MPI
543 <    d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
544 < #else
545 <    d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
546 < #endif
543 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce)
544 >        {
545 >                fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
546 >                fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
547 >        }
548  
549 <    snap_->wrapVector(d);
550 <    return d;    
551 <  }
552 <  
553 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2){
666 <    Vector3d d;
667 <    
668 < #ifdef IS_MPI
669 <    d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
670 < #else
671 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
672 < #endif
673 <    
674 <    snap_->wrapVector(d);
675 <    return d;    
676 <  }
549 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
550 >        {
551 >                fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
552 >                fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
553 >        }
554  
555 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
556 < #ifdef IS_MPI
680 <    return massFactorsRow[atom1];
681 < #else
682 <    return massFactorsLocal[atom1];
683 < #endif
684 <  }
685 <
686 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
687 < #ifdef IS_MPI
688 <    return massFactorsCol[atom2];
689 < #else
690 <    return massFactorsLocal[atom2];
691 < #endif
692 <
693 <  }
694 <    
695 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2){
696 <    Vector3d d;
697 <    
698 < #ifdef IS_MPI
699 <    d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
700 < #else
701 <    d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
702 < #endif
703 <
704 <    snap_->wrapVector(d);
705 <    return d;    
706 <  }
555 >        fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
556 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
557  
558 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getSkipsForRowAtom(int atom1) {
559 < #ifdef IS_MPI
710 <    return skipsForRowAtom[atom1];
711 < #else
712 <    return skipsForLocalAtom[atom1];
713 < #endif
714 <  }
558 >        fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
559 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
560  
561 <  /**
562 <   * There are a number of reasons to skip a pair or a
563 <   * particle. Mostly we do this to exclude atoms who are involved in
564 <   * short range interactions (bonds, bends, torsions), but we also
565 <   * need to exclude some overcounted interactions that result from
566 <   * the parallel decomposition.
567 <   */
723 <  bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
724 <    int unique_id_1, unique_id_2;
561 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
562 >        {
563 >                fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(),
564 >                                0.0);
565 >                fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(),
566 >                                0.0);
567 >        }
568  
569 < #ifdef IS_MPI
570 <    // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
571 <    unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
572 <    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
569 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
570 >        {
571 >                fill(atomRowData.density.begin(), atomRowData.density.end(), 0.0);
572 >                fill(atomColData.density.begin(), atomColData.density.end(), 0.0);
573 >        }
574  
575 <    // this situation should only arise in MPI simulations
576 <    if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
577 <    
578 <    // this prevents us from doing the pair on multiple processors
579 <    if (unique_id_1 < unique_id_2) {
580 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
581 <    } else {
738 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
739 <    }
740 < #else
741 <    // in the normal loop, the atom numbers are unique
742 <    unique_id_1 = atom1;
743 <    unique_id_2 = atom2;
744 < #endif
745 <    
746 < #ifdef IS_MPI
747 <    for (vector<int>::iterator i = skipsForRowAtom[atom1].begin();
748 <         i != skipsForRowAtom[atom1].end(); ++i) {
749 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
750 <    }    
751 < #else
752 <    for (vector<int>::iterator i = skipsForLocalAtom[atom1].begin();
753 <         i != skipsForLocalAtom[atom1].end(); ++i) {
754 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
755 <    }    
756 < #endif
757 <  }
575 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
576 >        {
577 >                fill(atomRowData.functional.begin(), atomRowData.functional.end(),
578 >                                0.0);
579 >                fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(),
580 >                                0.0);
581 >        }
582  
583 <  int ForceMatrixDecomposition::getTopoDistance(int atom1, int atom2) {
584 <    
585 < #ifdef IS_MPI
586 <    for (int i = 0; i < toposForRowAtom[atom1].size(); i++) {
587 <      if ( toposForRowAtom[atom1][i] == atom2 ) return topoDistRow[atom1][i];
588 <    }
589 < #else
766 <    for (int i = 0; i < toposForLocalAtom[atom1].size(); i++) {
767 <      if ( toposForLocalAtom[atom1][i] == atom2 ) return topoDistLocal[atom1][i];
768 <    }
769 < #endif
583 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
584 >        {
585 >                fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
586 >                                atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
587 >                fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
588 >                                atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
589 >        }
590  
591 <    // zero is default for unconnected (i.e. normal) pair interactions
592 <    return 0;
593 <  }
591 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
592 >        {
593 >                fill(atomRowData.skippedCharge.begin(),
594 >                                atomRowData.skippedCharge.end(), 0.0);
595 >                fill(atomColData.skippedCharge.begin(),
596 >                                atomColData.skippedCharge.end(), 0.0);
597 >        }
598  
775  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg){
776 #ifdef IS_MPI
777    atomRowData.force[atom1] += fg;
778 #else
779    snap_->atomData.force[atom1] += fg;
599   #endif
600 <  }
600 >        // even in parallel, we need to zero out the local arrays:
601  
602 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg){
603 < #ifdef IS_MPI
604 <    atomColData.force[atom2] += fg;
605 < #else
787 <    snap_->atomData.force[atom2] += fg;
788 < #endif
789 <  }
602 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
603 >        {
604 >                fill(snap_->atomData.particlePot.begin(), snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
605 >        }
606  
607 <    // filling interaction blocks with pointers
608 <  InteractionData ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(int atom1, int atom2) {    
609 <    InteractionData idat;
607 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
608 >        {
609 >                fill(snap_->atomData.density.begin(), snap_->atomData.density.end(), 0.0);
610 >        }
611 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
612 >        {
613 >                fill(snap_->atomData.functional.begin(), snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
614 >        }
615 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
616 >        {
617 >                fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(), snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
618 >        }
619 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
620 >        {
621 >                fill(snap_->atomData.skippedCharge.begin(), snap_->atomData.skippedCharge.end(), 0.0);
622 >        }
623  
624 + }
625 +
626 + void ForceMatrixDecomposition::distributeData() {
627 +        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
628 +        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
629   #ifdef IS_MPI
796    
797    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
798                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
630  
631 <    
632 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
633 <      idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
634 <      idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
635 <    }
805 <    
806 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
807 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
808 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
809 <    }
631 >        // gather up the atomic positions
632 >        AtomPlanVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
633 >                        atomRowData.position);
634 >        AtomPlanVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
635 >                        atomColData.position);
636  
637 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
812 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
813 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
814 <    }
637 >        // gather up the cutoff group positions
638  
639 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
640 <      idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
641 <      idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
642 <    }
639 >        cerr << "before gather\n";
640 >        for (int i = 0; i < snap_->cgData.position.size(); i++)
641 >        {
642 >                cerr << "cgpos = " << snap_->cgData.position[i] << "\n";
643 >        }
644  
645 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
646 <      idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
823 <      idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
824 <    }
645 >        cgPlanVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
646 >                        cgRowData.position);
647  
648 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
649 <      idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
650 <      idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
651 <    }
648 >        cerr << "after gather\n";
649 >        for (int i = 0; i < cgRowData.position.size(); i++)
650 >        {
651 >                cerr << "cgRpos = " << cgRowData.position[i] << "\n";
652 >        }
653  
654 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
655 <      idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
656 <      idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
657 <    }
654 >        cgPlanVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
655 >                        cgColData.position);
656 >        for (int i = 0; i < cgColData.position.size(); i++)
657 >        {
658 >                cerr << "cgCpos = " << cgColData.position[i] << "\n";
659 >        }
660  
661 < #else
661 >        // if needed, gather the atomic rotation matrices
662 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
663 >        {
664 >                AtomPlanMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
665 >                                atomRowData.aMat);
666 >                AtomPlanMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
667 >                                atomColData.aMat);
668 >        }
669  
670 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsLocal[atom1]),
671 <                             ff_->getAtomType(identsLocal[atom2]) );
670 >        // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
671 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
672 >        {
673 >                AtomPlanMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
674 >                                atomRowData.electroFrame);
675 >                AtomPlanMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
676 >                                atomColData.electroFrame);
677 >        }
678  
679 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
680 <      idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
843 <      idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
844 <    }
679 > #endif      
680 > }
681  
682 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
683 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
684 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
685 <    }
682 > /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
683 > * data structures.
684 > */
685 > void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
686 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
687 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
688 > #ifdef IS_MPI
689  
690 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
691 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
853 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
854 <    }
690 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
691 >        {
692  
693 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
694 <      idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
858 <      idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
859 <    }
693 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.density,
694 >                                snap_->atomData.density);
695  
696 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
697 <      idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
698 <      idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
699 <    }
700 <
701 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
867 <      idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
868 <      idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
869 <    }
870 <
871 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
872 <      idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
873 <      idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
874 <    }
875 <
696 >                int n = snap_->atomData.density.size();
697 >                vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
698 >                AtomPlanRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
699 >                for (int i = 0; i < n; i++)
700 >                snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
701 >        }
702   #endif
703 <    return idat;
878 <  }
703 > }
704  
705 <  
706 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData idat, int atom1, int atom2) {    
705 > /*
706 > * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
707 > * row and column-indexed data structures
708 > */
709 > void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
710 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
711 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
712   #ifdef IS_MPI
713 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
714 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
713 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
714 >        {
715 >                AtomPlanRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
716 >                                atomRowData.functional);
717 >                AtomPlanRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
718 >                                atomColData.functional);
719 >        }
720  
721 <    atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
722 <    atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
723 < #else
724 <    longRangePot_ += *(idat.pot);
725 <    
726 <    snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
727 <    snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
721 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
722 >        {
723 >                AtomPlanRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
724 >                                atomRowData.functionalDerivative);
725 >                AtomPlanRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
726 >                                atomColData.functionalDerivative);
727 >        }
728   #endif
729 + }
730  
731 <  }
731 > void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
732 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
733 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
734 > #ifdef IS_MPI    
735 >        int n = snap_->atomData.force.size();
736 >        vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
737  
738 +        AtomPlanVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
739 +        for (int i = 0; i < n; i++)
740 +        {
741 +                snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
742 +                frc_tmp[i] = 0.0;
743 +        }
744  
745 <  InteractionData ForceMatrixDecomposition::fillSkipData(int atom1, int atom2){
745 >        AtomPlanVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
746 >        for (int i = 0; i < n; i++)
747 >        {
748 >                snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
749 >        }
750  
751 <    InteractionData idat;
752 < #ifdef IS_MPI
902 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
903 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
751 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
752 >        {
753  
754 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
755 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
907 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
908 <    }
909 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
910 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
911 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
912 <    }
913 < #else
914 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsLocal[atom1]),
915 <                             ff_->getAtomType(identsLocal[atom2]) );
754 >                int nt = snap_->atomData.torque.size();
755 >                vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
756  
757 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
758 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
759 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
760 <    }
761 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
762 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
923 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
924 <    }
925 < #endif    
926 <  }
757 >                AtomPlanVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
758 >                for (int i = 0; i < nt; i++)
759 >                {
760 >                        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
761 >                        trq_tmp[i] = 0.0;
762 >                }
763  
764 <  /*
765 <   * buildNeighborList
766 <   *
767 <   * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
768 <   * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
769 <   */
770 <  vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
771 <      
772 <    vector<pair<int, int> > neighborList;
773 <    groupCutoffs cuts;
774 < #ifdef IS_MPI
775 <    cellListRow_.clear();
776 <    cellListCol_.clear();
764 >                AtomPlanVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
765 >                for (int i = 0; i < nt; i++)
766 >                snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
767 >        }
768 >
769 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
770 >        {
771 >
772 >                int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
773 >                vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
774 >
775 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.skippedCharge, skch_tmp);
776 >                for (int i = 0; i < ns; i++)
777 >                {
778 >                        snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
779 >                        skch_tmp[i] = 0.0;
780 >                }
781 >
782 >                AtomPlanRealColumn->scatter(atomColData.skippedCharge, skch_tmp);
783 >                for (int i = 0; i < ns; i++)
784 >                snap_->atomData.skippedCharge[i] += skch_tmp[i];
785 >        }
786 >
787 >        nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
788 >
789 >        vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
790 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
791 >
792 >        // scatter/gather pot_row into the members of my column
793 >
794 >        AtomPlanPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
795 >
796 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
797 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
798 >
799 >        fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
800 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
801 >
802 >        AtomPlanPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);
803 >
804 >        for (int ii = 0; ii < pot_temp.size(); ii++ )
805 >        pairwisePot += pot_temp[ii];
806 > #endif
807 >
808 >        //      cerr << "pairwisePot = " << pairwisePot << "\n";
809 > }
810 >
811 > int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {
812 > #ifdef IS_MPI
813 >        return nAtomsInRow_;
814   #else
815 <    cellList_.clear();
815 >        return nLocal_;
816   #endif
817 + }
818  
819 <    RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
820 <    RealType rl2 = rList_ * rList_;
821 <    Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
822 <    Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
823 <    Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
824 <    Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
825 <    Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
819 > /**
820 > * returns the list of atoms belonging to this group.
821 > */
822 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1) {
823 > #ifdef IS_MPI
824 >        return groupListRow_[cg1];
825 > #else
826 >        return groupList_[cg1];
827 > #endif
828 > }
829  
830 <    nCells_.x() = (int) ( Hx.length() )/ rList_;
831 <    nCells_.y() = (int) ( Hy.length() )/ rList_;
832 <    nCells_.z() = (int) ( Hz.length() )/ rList_;
830 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2) {
831 > #ifdef IS_MPI
832 >        return groupListCol_[cg2];
833 > #else
834 >        return groupList_[cg2];
835 > #endif
836 > }
837  
838 <    Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
839 <    Vector3d rs, scaled, dr;
959 <    Vector3i whichCell;
960 <    int cellIndex;
838 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2) {
839 >        Vector3d d;
840  
841   #ifdef IS_MPI
842 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
843 <      rs = cgRowData.position[i];
844 <      // scaled positions relative to the box vectors
845 <      scaled = invHmat * rs;
846 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
847 <      // numbers
848 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
849 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
971 <    
972 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
973 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
974 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
975 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
842 >        d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
843 >        cerr << "cg1 = " << cg1 << "\tcg1p = " << cgRowData.position[cg1] << "\n";
844 >        cerr << "cg2 = " << cg2 << "\tcg2p = " << cgColData.position[cg2] << "\n";
845 > #else
846 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
847 >        cerr << "cg1 = " << cg1 << "\tcg1p = " << snap_->cgData.position[cg1] << "\n";
848 >        cerr << "cg2 = " << cg2 << "\tcg2p = " << snap_->cgData.position[cg2] << "\n";
849 > #endif
850  
851 <      // find single index of this cell:
852 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
853 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
980 <      cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
981 <    }
851 >        snap_->wrapVector(d);
852 >        return d;
853 > }
854  
855 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
856 <      rs = cgColData.position[i];
985 <      // scaled positions relative to the box vectors
986 <      scaled = invHmat * rs;
987 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
988 <      // numbers
989 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
990 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
855 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(CutoffGroup *cg1, CutoffGroup *cg2) {
856 >        Vector3d d;
857  
858 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
859 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
860 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
861 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
858 >        d = snap_->cgData.position[cg2->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
859 >        /*      cerr << "cg1_gid = " << cg1->getGlobalIndex() << "\tcg1_lid = " << cg1->getLocalIndex() << "\tcg1p = "
860 >         << snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()] << "\n";
861 >         cerr << "cg2_gid = " << cg2->getGlobalIndex() << "\tcg2_lid = " << cg2->getLocalIndex() << "\tcg2p = "
862 >         << snap_->cgData.position[cg2->getLocalIndex()] << "\n";*/
863  
864 <      // find single index of this cell:
865 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
866 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
867 <      cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
868 <    }
864 >        snap_->wrapVector(d);
865 >        return d;
866 > }
867 >
868 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1) {
869 >
870 >        Vector3d d;
871 >
872 > #ifdef IS_MPI
873 >        d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
874   #else
875 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
876 <      rs = snap_->cgData.position[i];
1005 <      // scaled positions relative to the box vectors
1006 <      scaled = invHmat * rs;
1007 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1008 <      // numbers
1009 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
1010 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
875 >        d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
876 > #endif
877  
878 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
879 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
880 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1015 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
878 >        snap_->wrapVector(d);
879 >        return d;
880 > }
881  
882 <      // find single index of this cell:
883 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
884 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
885 <      cellList_[cellIndex].push_back(i);
886 <    }
882 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2) {
883 >        Vector3d d;
884 >
885 > #ifdef IS_MPI
886 >        d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
887 > #else
888 >        d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
889   #endif
890  
891 <    for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++) {
892 <      for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++) {
893 <        for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++) {
1027 <          Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1028 <          int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
891 >        snap_->wrapVector(d);
892 >        return d;
893 > }
894  
895 <          for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin();
896 <               os != cellOffsets_.end(); ++os) {
897 <            
898 <            Vector3i m2v = m1v + (*os);
899 <            
900 <            if (m2v.x() >= nCells_.x()) {
901 <              m2v.x() = 0;          
1037 <            } else if (m2v.x() < 0) {
1038 <              m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1039 <            }
1040 <            
1041 <            if (m2v.y() >= nCells_.y()) {
1042 <              m2v.y() = 0;          
1043 <            } else if (m2v.y() < 0) {
1044 <              m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1045 <            }
1046 <            
1047 <            if (m2v.z() >= nCells_.z()) {
1048 <              m2v.z() = 0;          
1049 <            } else if (m2v.z() < 0) {
1050 <              m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1051 <            }
1052 <            
1053 <            int m2 = Vlinear (m2v, nCells_);
895 > RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
896 > #ifdef IS_MPI
897 >        return massFactorsRow[atom1];
898 > #else
899 >        return massFactors[atom1];
900 > #endif
901 > }
902  
903 + RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
904   #ifdef IS_MPI
905 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
906 <                 j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1) {
907 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
908 <                   j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2) {
1060 <                              
1061 <                // Always do this if we're in different cells or if
1062 <                // we're in the same cell and the global index of the
1063 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
905 >        return massFactorsCol[atom2];
906 > #else
907 >        return massFactors[atom2];
908 > #endif
909  
910 <                if (m2 != m1 || cgColToGlobal[(*j2)] < cgRowToGlobal[(*j1)]) {
911 <                  dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
912 <                  snap_->wrapVector(dr);
913 <                  cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
914 <                  if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
915 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
916 <                  }
1072 <                }
1073 <              }
1074 <            }
910 > }
911 >
912 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2) {
913 >        Vector3d d;
914 >
915 > #ifdef IS_MPI
916 >        d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
917   #else
918 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin();
919 <                 j1 != cellList_[m1].end(); ++j1) {
1078 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin();
1079 <                   j2 != cellList_[m2].end(); ++j2) {
1080 <                              
1081 <                // Always do this if we're in different cells or if
1082 <                // we're in the same cell and the global index of the
1083 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
918 >        d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
919 > #endif
920  
921 <                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1)) {
922 <                  dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
923 <                  snap_->wrapVector(dr);
924 <                  cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
925 <                  if (dr.lengthSquare() < cuts.third) {
926 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
927 <                  }
928 <                }
929 <              }
930 <            }
921 >        snap_->wrapVector(d);
922 >        return d;
923 > }
924 >
925 > vector<int> ForceMatrixDecomposition::getExcludesForAtom(int atom1) {
926 >        return excludesForAtom[atom1];
927 > }
928 >
929 > /**
930 > * We need to exclude some overcounted interactions that result from
931 > * the parallel decomposition.
932 > */
933 > bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
934 >        int unique_id_1, unique_id_2;
935 >
936 >        //      cerr << "sap with atom1, atom2 =\t" << atom1 << "\t" << atom2 << "\n";
937 > #ifdef IS_MPI
938 >        // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
939 >        unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
940 >        unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
941 >
942 >        cerr << "sap with uid1, uid2 =\t" << unique_id_1 << "\t" << unique_id_2 << "\n";
943 >        // this situation should only arise in MPI simulations
944 >        if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
945 >
946 >        // this prevents us from doing the pair on multiple processors
947 >        if (unique_id_1 < unique_id_2)
948 >        {
949 >                if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
950 >        } else
951 >        {
952 >                if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
953 >        }
954 > #endif
955 >        return false;
956 > }
957 >
958 > /**
959 > * We need to handle the interactions for atoms who are involved in
960 > * the same rigid body as well as some short range interactions
961 > * (bonds, bends, torsions) differently from other interactions.
962 > * We'll still visit the pairwise routines, but with a flag that
963 > * tells those routines to exclude the pair from direct long range
964 > * interactions.  Some indirect interactions (notably reaction
965 > * field) must still be handled for these pairs.
966 > */
967 > bool ForceMatrixDecomposition::excludeAtomPair(int atom1, int atom2) {
968 >        int unique_id_2;
969 > #ifdef IS_MPI
970 >        // in MPI, we have to look up the unique IDs for the row atom.
971 >        unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
972 > #else
973 >        // in the normal loop, the atom numbers are unique
974 >        unique_id_2 = atom2;
975 > #endif
976 >
977 >        for (vector<int>::iterator i = excludesForAtom[atom1].begin(); i != excludesForAtom[atom1].end(); ++i)
978 >        {
979 >                if ((*i) == unique_id_2)
980 >                        return true;
981 >        }
982 >
983 >        return false;
984 > }
985 >
986 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg) {
987 > #ifdef IS_MPI
988 >        atomRowData.force[atom1] += fg;
989 > #else
990 >        snap_->atomData.force[atom1] += fg;
991 > #endif
992 > }
993 >
994 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg) {
995 > #ifdef IS_MPI
996 >        atomColData.force[atom2] += fg;
997 > #else
998 >        snap_->atomData.force[atom2] += fg;
999   #endif
1000 <          }
1097 <        }
1098 <      }
1099 <    }
1000 > }
1001  
1002 <    // save the local cutoff group positions for the check that is
1003 <    // done on each loop:
1103 <    saved_CG_positions_.clear();
1104 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1105 <      saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1002 > // filling interaction blocks with pointers
1003 > void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
1004  
1005 <    return neighborList;
1006 <  }
1005 >        idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
1006 >
1007 > #ifdef IS_MPI
1008 >        idat.atypes = make_pair( atypesRow[atom1], atypesCol[atom2]);
1009 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
1010 >        //                         ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
1011 >
1012 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1013 >        {
1014 >                idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
1015 >                idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
1016 >        }
1017 >
1018 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1019 >        {
1020 >                idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
1021 >                idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
1022 >        }
1023 >
1024 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1025 >        {
1026 >                idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
1027 >                idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
1028 >        }
1029 >
1030 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1031 >        {
1032 >                idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
1033 >                idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
1034 >        }
1035 >
1036 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1037 >        {
1038 >                idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
1039 >                idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
1040 >        }
1041 >
1042 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1043 >        {
1044 >                idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
1045 >                idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
1046 >        }
1047 >
1048 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1049 >        {
1050 >                idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
1051 >                idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
1052 >        }
1053 >
1054 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1055 >        {
1056 >                idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
1057 >                idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
1058 >        }
1059 >
1060 > #else
1061 >
1062 >        idat.atypes = make_pair(atypesLocal[atom1], atypesLocal[atom2]);
1063 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
1064 >        //                         ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
1065 >
1066 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1067 >        {
1068 >                idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
1069 >                idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
1070 >        }
1071 >
1072 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1073 >        {
1074 >                idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
1075 >                idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
1076 >        }
1077 >
1078 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1079 >        {
1080 >                idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
1081 >                idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
1082 >        }
1083 >
1084 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1085 >        {
1086 >                idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
1087 >                idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
1088 >        }
1089 >
1090 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1091 >        {
1092 >                idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
1093 >                idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
1094 >        }
1095 >
1096 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1097 >        {
1098 >                idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
1099 >                idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
1100 >        }
1101 >
1102 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1103 >        {
1104 >                idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
1105 >                idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
1106 >        }
1107 >
1108 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1109 >        {
1110 >                idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
1111 >                idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
1112 >        }
1113 > #endif
1114 > }
1115 >
1116 > void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
1117 > #ifdef IS_MPI
1118 >        pot_row[atom1] += 0.5 * *(idat.pot);
1119 >        pot_col[atom2] += 0.5 * *(idat.pot);
1120 >
1121 >        atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
1122 >        atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1123 > #else
1124 >        pairwisePot += *(idat.pot);
1125 >
1126 >        snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
1127 >        snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1128 > #endif
1129 >
1130 > }
1131 >
1132 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupCutoffs(vector<int> &order) {
1133 >        vector<int> tmp = vector<int> (groupToGtype.size());
1134 >
1135 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1136 >        {
1137 >                tmp[i] = groupToGtype[i];
1138 >        }
1139 >
1140 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1141 >        {
1142 >                groupToGtype[i] = tmp[order[i]];
1143 >        }
1144 > }
1145 >
1146 > void ForceMatrixDecomposition::reorderPosition(vector<int> &order) {
1147 >        Snapshot* snap_ = info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot();
1148 >        DataStorage* cgConfig = &(snap_->cgData);
1149 >        vector<Vector3d> tmp = vector<Vector3d> (nGroups_);
1150 >
1151 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1152 >        {
1153 >                tmp[i] = snap_->cgData.position[i];
1154 >        }
1155 >
1156 >        vector<int> mapPos = vector<int> (nGroups_);
1157 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1158 >        {
1159 >                snap_->cgData.position[i] = tmp[order[i]];
1160 >                mapPos[order[i]] = i;
1161 >        }
1162 >
1163 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1164 >        Molecule* mol;
1165 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1166 >        CutoffGroup* cg;
1167 >
1168 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1169 >        {
1170 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1171 >                {
1172 >                        cg->setLocalIndex(mapPos[cg->getLocalIndex()]);
1173 >                }
1174 >        }
1175 >
1176 >        /*      if (info_->getNCutoffGroups() > 0)
1177 >         {
1178 >         for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1179 >         {
1180 >         for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1181 >         {
1182 >         printf("gbI:%d locI:%d x:%f y:%f z:%f\n", cg->getGlobalIndex(), cg->getLocalIndex(),
1183 >         cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].x(), cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].y(),
1184 >         cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].z());
1185 >         }
1186 >         }
1187 >         } else
1188 >         {
1189 >         // center of mass of the group is the same as position of the atom
1190 >         // if cutoff group does not exist
1191 >         printf("ERROR!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n");
1192 >         //                     cgConfig->position = config->position;
1193 >         }*/
1194 > }
1195 >
1196 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupList(vector<int> &order) {
1197 >        vector<vector<int> > tmp = vector<vector<int> > (groupList_.size());
1198 >
1199 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1200 >        {
1201 >                tmp[i] = groupList_[i];
1202 >        }
1203 >
1204 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1205 >        {
1206 >                groupList_[i] = tmp[order[i]];
1207 >        }
1208 > }
1209 >
1210 > void ForceMatrixDecomposition::reorderMemory(vector<vector<CutoffGroup *> > &H_c_l) {
1211 >        int n = 0;
1212 >        //      printf("Reorder memory time:%f!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n",
1213 >        //                      info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot()->getTime());
1214 >
1215 >        /* record the reordered atom indices */
1216 >        vector<int> k = vector<int> (nGroups_);
1217 >
1218 >        for (int c = 0; c < H_c_l.size(); ++c)
1219 >        {
1220 >                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg = H_c_l[c].begin(); cg != H_c_l[c].end(); ++cg)
1221 >                {
1222 >                        int i = (*cg)->getGlobalIndex();
1223 >                        k[n] = i;
1224 >                        ++n;
1225 >                }
1226 >        }
1227 >
1228 >        //      reorderGroupCutoffs(k);
1229 >        //      reorderGroupList(k);
1230 >        reorderPosition(k);
1231 > }
1232 >
1233 > vector<vector<CutoffGroup *> > ForceMatrixDecomposition::buildLayerBasedNeighborList() {
1234 >        //      printf("buildLayerBasedNeighborList; nGroups:%d\n", nGroups_);
1235 >        // Na = nGroups_
1236 >        /* cell occupancy counter */
1237 >        //      vector<int> k_c;
1238 >        /* c_i - has cell containing atom i (size Na) */
1239 >        vector<int> c = vector<int> (nGroups_);
1240 >        /* l_i - layer containing atom i (size Na) */
1241 >        //      vector<int> l;
1242 >
1243 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1244 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1245 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1246 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1247 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1248 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1249 >
1250 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1251 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1252 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1253 >
1254 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1255 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1256 >        Vector3i whichCell;
1257 >        int cellIndex;
1258 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1259 >
1260 >        //      k_c = vector<int> (nCtot, 0);
1261 >
1262 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1263 >        Molecule* mol;
1264 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1265 >        CutoffGroup* cg;
1266 >
1267 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1268 >        {
1269 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1270 >                {
1271 >                        rs = snap_->cgData.position[cg->getLocalIndex()];
1272 >
1273 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1274 >                        scaled = invHmat * rs;
1275 >
1276 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1277 >                        // numbers
1278 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1279 >                        {
1280 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1281 >                                scaled[j] += 0.5;
1282 >                        }
1283 >
1284 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1285 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1286 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1287 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1288 >
1289 >                        //                      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(),
1290 >                        //                                      whichCell.z());
1291 >
1292 >                        // find single index of this cell:
1293 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1294 >
1295 >                        c[cg->getGlobalIndex()] = cellIndex;
1296 >                }
1297 >        }
1298 >
1299 >        //      int k_c_curr;
1300 >        //      int k_c_max = 0;
1301 >        /* the cell-layer occupancy matrix */
1302 >        vector<vector<CutoffGroup *> > H_c_l = vector<vector<CutoffGroup *> > (nCtot);
1303 >
1304 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1305 >        {
1306 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1307 >
1308 >                {
1309 >                        //                      k_c_curr = ++k_c[c[cg1->getGlobalIndex()]];
1310 >                        //                      l.push_back(k_c_curr);
1311 >                        //
1312 >                        //                      /* determines the number of layers in use */
1313 >                        //                      if (k_c_max < k_c_curr)
1314 >                        //                      {
1315 >                        //                              k_c_max = k_c_curr;
1316 >                        //                      }
1317 >                        H_c_l[c[cg->getGlobalIndex()]].push_back(/*l[*/cg/*]*/);
1318 >                }
1319 >        }
1320 >
1321 >        /* Frequency of reordering the memory */
1322 >        if (neighborListReorderFreq != 0)
1323 >        {
1324 >                if (reorderFreqCounter == neighborListReorderFreq)
1325 >                {
1326 >                        //printf("neighborListReorderFreq:%d\n", neighborListReorderFreq);
1327 >                        reorderMemory(H_c_l);
1328 >                        reorderFreqCounter = 1;
1329 >                } else
1330 >                {
1331 >                        reorderFreqCounter++;
1332 >                }
1333 >        }
1334 >
1335 >        int m;
1336 >        /* the neighbor matrix */
1337 >        vector<vector<CutoffGroup *> > neighborMatW = vector<vector<CutoffGroup *> > (nGroups_);
1338 >
1339 >        groupCutoffs cuts;
1340 >        CutoffGroup *cg1;
1341 >
1342 >        /* loops over objects(atoms, rigidBodies, cutoffGroups, etc.) */
1343 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1344 >        {
1345 >                for (cg1 = mol->beginCutoffGroup(ci); cg1 != NULL; cg1 = mol->nextCutoffGroup(ci))
1346 >                {
1347 >                        /* c' */
1348 >                        int c1 = c[cg1->getGlobalIndex()];
1349 >                        Vector3i c1v = idxToV(c1, nCells_);
1350 >
1351 >                        /* loops over the neighboring cells c'' */
1352 >                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1353 >                        {
1354 >                                Vector3i c2v = c1v + (*os);
1355 >
1356 >                                if (c2v.x() >= nCells_.x())
1357 >                                {
1358 >                                        c2v.x() = 0;
1359 >                                } else if (c2v.x() < 0)
1360 >                                {
1361 >                                        c2v.x() = nCells_.x() - 1;
1362 >                                }
1363 >
1364 >                                if (c2v.y() >= nCells_.y())
1365 >                                {
1366 >                                        c2v.y() = 0;
1367 >                                } else if (c2v.y() < 0)
1368 >                                {
1369 >                                        c2v.y() = nCells_.y() - 1;
1370 >                                }
1371 >
1372 >                                if (c2v.z() >= nCells_.z())
1373 >                                {
1374 >                                        c2v.z() = 0;
1375 >                                } else if (c2v.z() < 0)
1376 >                                {
1377 >                                        c2v.z() = nCells_.z() - 1;
1378 >                                }
1379 >
1380 >                                int c2 = Vlinear(c2v, nCells_);
1381 >                                /* loops over layers l to access the neighbor atoms */
1382 >                                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg2 = H_c_l[c2].begin(); cg2 != H_c_l[c2].end(); ++cg2)
1383 >                                {
1384 >                                        //                              if i'' = 0 then break // doesn't apply to vector implementation of matrix
1385 >                                        //                              if(i != *j)
1386 >                                        if (c2 != c1 || (*cg2)->getGlobalIndex() < cg1->getGlobalIndex())
1387 >                                        {
1388 >                                                dr = snap_->cgData.position[(*cg2)->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
1389 >                                                snap_->wrapVector(dr);
1390 >                                                cuts = getGroupCutoffs(cg1->getGlobalIndex(), (*cg2)->getGlobalIndex());
1391 >                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1392 >                                                {
1393 >                                                        /* transposed version of Rapaport W mat, to occupy successive memory locations on CPU */
1394 >                                                        neighborMatW[cg1->getGlobalIndex()].push_back((*cg2));
1395 >                                                }
1396 >                                        }
1397 >                                }
1398 >                        }
1399 >                }
1400 >        }
1401 >
1402 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1403 >        // done on each loop:
1404 >        saved_CG_positions_.clear();
1405 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1406 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1407 >
1408 >        return neighborMatW;
1409 > }
1410 >
1411 > /*
1412 > * buildNeighborList
1413 > *
1414 > * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
1415 > * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
1416 > */
1417 > vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
1418 >
1419 >        vector<pair<int, int> > neighborList;
1420 >        groupCutoffs cuts;
1421 >        bool doAllPairs = false;
1422 >
1423 > #ifdef IS_MPI
1424 >        cellListRow_.clear();
1425 >        cellListCol_.clear();
1426 > #else
1427 >        cellList_.clear();
1428 > #endif
1429 >
1430 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1431 >        RealType rl2 = rList_ * rList_;
1432 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1433 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1434 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1435 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1436 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1437 >
1438 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1439 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1440 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1441 >
1442 >        // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
1443 >
1444 >        if (nCells_.x() < 3)
1445 >                doAllPairs = true;
1446 >        if (nCells_.y() < 3)
1447 >                doAllPairs = true;
1448 >        if (nCells_.z() < 3)
1449 >                doAllPairs = true;
1450 >
1451 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1452 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1453 >        Vector3i whichCell;
1454 >        int cellIndex;
1455 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1456 >
1457 > #ifdef IS_MPI
1458 >        cellListRow_.resize(nCtot);
1459 >        cellListCol_.resize(nCtot);
1460 > #else
1461 >        cellList_.resize(nCtot);
1462 > #endif
1463 >
1464 >        if (!doAllPairs)
1465 >        {
1466 > #ifdef IS_MPI
1467 >
1468 >                for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++)
1469 >                {
1470 >                        rs = cgRowData.position[i];
1471 >
1472 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1473 >                        scaled = invHmat * rs;
1474 >
1475 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1476 >                        // numbers
1477 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1478 >                        {
1479 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1480 >                                scaled[j] += 0.5;
1481 >                        }
1482 >
1483 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1484 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1485 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1486 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1487 >
1488 >                        // find single index of this cell:
1489 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1490 >
1491 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1492 >                        cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1493 >                }
1494 >                for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++)
1495 >                {
1496 >                        rs = cgColData.position[i];
1497 >
1498 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1499 >                        scaled = invHmat * rs;
1500 >
1501 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1502 >                        // numbers
1503 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1504 >                        {
1505 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1506 >                                scaled[j] += 0.5;
1507 >                        }
1508 >
1509 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1510 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1511 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1512 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1513 >
1514 >                        // find single index of this cell:
1515 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1516 >
1517 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1518 >                        cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
1519 >                }
1520 > #else
1521 >                for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1522 >                {
1523 >                        rs = snap_->cgData.position[i];
1524 >
1525 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1526 >                        scaled = invHmat * rs;
1527 >
1528 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1529 >                        // numbers
1530 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1531 >                        {
1532 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1533 >                                scaled[j] += 0.5;
1534 >                        }
1535 >
1536 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1537 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1538 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1539 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1540 >
1541 >                        // find single index of this cell:
1542 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1543 >
1544 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1545 >                        cellList_[cellIndex].push_back(i);
1546 >                }
1547 > #endif
1548 >
1549 >                for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++)
1550 >                {
1551 >                        for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++)
1552 >                        {
1553 >                                for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++)
1554 >                                {
1555 >                                        Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1556 >                                        int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
1557 >
1558 >                                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1559 >                                        {
1560 >
1561 >                                                Vector3i m2v = m1v + (*os);
1562 >
1563 >                                                if (m2v.x() >= nCells_.x())
1564 >                                                {
1565 >                                                        m2v.x() = 0;
1566 >                                                } else if (m2v.x() < 0)
1567 >                                                {
1568 >                                                        m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1569 >                                                }
1570 >
1571 >                                                if (m2v.y() >= nCells_.y())
1572 >                                                {
1573 >                                                        m2v.y() = 0;
1574 >                                                } else if (m2v.y() < 0)
1575 >                                                {
1576 >                                                        m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1577 >                                                }
1578 >
1579 >                                                if (m2v.z() >= nCells_.z())
1580 >                                                {
1581 >                                                        m2v.z() = 0;
1582 >                                                } else if (m2v.z() < 0)
1583 >                                                {
1584 >                                                        m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1585 >                                                }
1586 >
1587 >                                                int m2 = Vlinear(m2v, nCells_);
1588 >
1589 > #ifdef IS_MPI
1590 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
1591 >                                                                j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1)
1592 >                                                {
1593 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
1594 >                                                                        j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2)
1595 >                                                        {
1596 >
1597 >                                                                // In parallel, we need to visit *all* pairs of row &
1598 >                                                                // column indicies and will truncate later on.
1599 >                                                                dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
1600 >                                                                snap_->wrapVector(dr);
1601 >                                                                cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1602 >                                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1603 >                                                                {
1604 >                                                                        neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1605 >                                                                }
1606 >                                                        }
1607 >                                                }
1608 > #else
1609 >
1610 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin(); j1 != cellList_[m1].end(); ++j1)
1611 >                                                {
1612 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin(); j2 != cellList_[m2].end(); ++j2)
1613 >                                                        {
1614 >
1615 >                                                                // Always do this if we're in different cells or if
1616 >                                                                // we're in the same cell and the global index of the
1617 >                                                                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1618 >
1619 >                                                                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1))
1620 >                                                                {
1621 >                                                                        dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
1622 >                                                                        snap_->wrapVector(dr);
1623 >                                                                        cuts = getGroupCutoffs((*j1), (*j2));
1624 >                                                                        if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1625 >                                                                        {
1626 >                                                                                neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1627 >                                                                        }
1628 >                                                                }
1629 >                                                        }
1630 >                                                }
1631 > #endif
1632 >                                        }
1633 >                                }
1634 >                        }
1635 >                }
1636 >        } else
1637 >        {
1638 >                // branch to do all cutoff group pairs
1639 > #ifdef IS_MPI
1640 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroupsInRow_; j1++)
1641 >                {
1642 >                        for (int j2 = 0; j2 < nGroupsInCol_; j2++)
1643 >                        {
1644 >                                dr = cgColData.position[j2] - cgRowData.position[j1];
1645 >                                snap_->wrapVector(dr);
1646 >                                cuts = getGroupCutoffs( j1, j2 );
1647 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1648 >                                {
1649 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1650 >                                }
1651 >                        }
1652 >                }
1653 > #else
1654 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroups_ - 1; j1++)
1655 >                {
1656 >                        for (int j2 = j1 + 1; j2 < nGroups_; j2++)
1657 >                        {
1658 >                                dr = snap_->cgData.position[j2] - snap_->cgData.position[j1];
1659 >                                snap_->wrapVector(dr);
1660 >                                cuts = getGroupCutoffs(j1, j2);
1661 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1662 >                                {
1663 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1664 >                                }
1665 >                        }
1666 >                }
1667 > #endif
1668 >        }
1669 >
1670 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1671 >        // done on each loop:
1672 >        saved_CG_positions_.clear();
1673 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1674 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1675 >
1676 >        return neighborList;
1677 > }
1678   } //end namespace OpenMD

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