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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 1575 by gezelter, Fri Jun 3 21:39:49 2011 UTC vs.
branches/devel_omp/src/parallel/ForceMatrixDecomposition.cpp (file contents), Revision 1608 by mciznick, Tue Aug 9 01:58:56 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 <    nGroups_ = snap_->getNumberOfCutoffGroups();
61 <
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.reserve(nAtomsInRow_);
108 <    identsCol.reserve(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_.reserve(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_.reserve(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.reserve(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.reserve(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
119 >        nAtomsInRow_ = AtomPlanIntRow->getSize();
120 >        nAtomsInCol_ = AtomPlanIntColumn->getSize();
121 >        nGroupsInRow_ = cgPlanIntRow->getSize();
122 >        nGroupsInCol_ = cgPlanIntColumn->getSize();
123  
124 <    groupList_.clear();
125 <    groupList_.reserve(nGroups_);
126 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
127 <      int gid = cgLocalToGlobal[i];
128 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
129 <        int aid = AtomLocalToGlobal[j];
130 <        if (globalGroupMembership[aid] == gid)
131 <          groupList_[i].push_back(j);
132 <      }      
191 <    }
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.reserve(nLocal_);
134 >        identsRow.resize(nAtomsInRow_);
135 >        identsCol.resize(nAtomsInCol_);
136  
137 <    for (int i = 0; i < nLocal_; i++) {
138 <      int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
198 <      for (int j = 0; j < nLocal_; j++) {
199 <        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];        
200 <        if (excludes.hasPair(iglob, jglob))
201 <          skipsForLocalAtom[i].push_back(j);      
202 <      }      
203 <    }
137 >        AtomPlanIntRow->gather(idents, identsRow);
138 >        AtomPlanIntColumn->gather(idents, identsCol);
139  
140 <    toposForLocalAtom.clear();
141 <    toposForLocalAtom.reserve(nLocal_);
142 <    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 <    }
229 <  }
230 <  
231 <  void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
140 >        // allocate memory for the parallel objects
141 >        atypesRow.resize(nAtomsInRow_);
142 >        atypesCol.resize(nAtomsInCol_);
143  
144 <    for (int j = 0; j < N_INTERACTION_FAMILIES; j++) {
145 <      longRangePot_[j] = 0.0;
146 <    }
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 < #ifdef IS_MPI
150 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslForce) {
239 <      fill(atomRowData.force.begin(), atomRowData.force.end(), V3Zero);
240 <      fill(atomColData.force.begin(), atomColData.force.end(), V3Zero);
241 <    }
149 >        pot_row.resize(nAtomsInRow_);
150 >        pot_col.resize(nAtomsInCol_);
151  
152 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
153 <      fill(atomRowData.torque.begin(), atomRowData.torque.end(), V3Zero);
154 <      fill(atomColData.torque.begin(), atomColData.torque.end(), V3Zero);
155 <    }
247 <    
248 <    fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
249 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
152 >        AtomRowToGlobal.resize(nAtomsInRow_);
153 >        AtomColToGlobal.resize(nAtomsInCol_);
154 >        AtomPlanIntRow->gather(AtomLocalToGlobal, AtomRowToGlobal);
155 >        AtomPlanIntColumn->gather(AtomLocalToGlobal, AtomColToGlobal);
156  
157 <    fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
158 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
159 <    
160 <    pot_local = Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES>(0.0);
161 <
162 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {    
163 <      fill(atomRowData.particlePot.begin(), atomRowData.particlePot.end(), 0.0);
164 <      fill(atomColData.particlePot.begin(), atomColData.particlePot.end(), 0.0);
165 <    }
166 <
167 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
168 <      fill(atomRowData.density.begin(), atomRowData.density.end(), 0.0);
169 <      fill(atomColData.density.begin(), atomColData.density.end(), 0.0);
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {  
174 <      fill(atomRowData.functional.begin(), atomRowData.functional.end(), 0.0);
175 <      fill(atomColData.functional.begin(), atomColData.functional.end(), 0.0);
176 <    }
173 >        cgRowToGlobal.resize(nGroupsInRow_);
174 >        cgColToGlobal.resize(nGroupsInCol_);
175 >        cgPlanIntRow->gather(cgLocalToGlobal, cgRowToGlobal);
176 >        cgPlanIntColumn->gather(cgLocalToGlobal, cgColToGlobal);
177  
178 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
179 <      fill(atomRowData.functionalDerivative.begin(),
180 <           atomRowData.functionalDerivative.end(), 0.0);
181 <      fill(atomColData.functionalDerivative.begin(),
182 <           atomColData.functionalDerivative.end(), 0.0);
183 <    }
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 < #else
195 <    
196 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {      
197 <      fill(snap_->atomData.particlePot.begin(),
282 <           snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
283 <    }
284 <    
285 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {      
286 <      fill(snap_->atomData.density.begin(),
287 <           snap_->atomData.density.end(), 0.0);
288 <    }
289 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
290 <      fill(snap_->atomData.functional.begin(),
291 <           snap_->atomData.functional.end(), 0.0);
292 <    }
293 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {      
294 <      fill(snap_->atomData.functionalDerivative.begin(),
295 <           snap_->atomData.functionalDerivative.end(), 0.0);
296 <    }
297 < #endif
298 <    
299 <  }
194 >        massFactorsRow.resize(nAtomsInRow_);
195 >        massFactorsCol.resize(nAtomsInCol_);
196 >        AtomPlanRealRow->gather(massFactors, massFactorsRow);
197 >        AtomPlanRealColumn->gather(massFactors, massFactorsCol);
198  
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 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeData()  {
213 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
214 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
215 < #ifdef IS_MPI
216 <    
217 <    // gather up the atomic positions
218 <    AtomCommVectorRow->gather(snap_->atomData.position,
219 <                              atomRowData.position);
220 <    AtomCommVectorColumn->gather(snap_->atomData.position,
221 <                                 atomColData.position);
222 <    
223 <    // gather up the cutoff group positions
314 <    cgCommVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
315 <                            cgRowData.position);
316 <    cgCommVectorColumn->gather(snap_->cgData.position,
317 <                               cgColData.position);
318 <    
319 <    // if needed, gather the atomic rotation matrices
320 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
321 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.aMat,
322 <                                atomRowData.aMat);
323 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.aMat,
324 <                                   atomColData.aMat);
325 <    }
326 <    
327 <    // if needed, gather the atomic eletrostatic frames
328 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
329 <      AtomCommMatrixRow->gather(snap_->atomData.electroFrame,
330 <                                atomRowData.electroFrame);
331 <      AtomCommMatrixColumn->gather(snap_->atomData.electroFrame,
332 <                                   atomColData.electroFrame);
333 <    }
334 < #endif      
335 <  }
336 <  
337 <  /* collects information obtained during the pre-pair loop onto local
338 <   * data structures.
339 <   */
340 <  void ForceMatrixDecomposition::collectIntermediateData() {
341 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
342 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
343 < #ifdef IS_MPI
344 <    
345 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
346 <      
347 <      AtomCommRealRow->scatter(atomRowData.density,
348 <                               snap_->atomData.density);
349 <      
350 <      int n = snap_->atomData.density.size();
351 <      vector<RealType> rho_tmp(n, 0.0);
352 <      AtomCommRealColumn->scatter(atomColData.density, rho_tmp);
353 <      for (int i = 0; i < n; i++)
354 <        snap_->atomData.density[i] += rho_tmp[i];
355 <    }
356 < #endif
357 <  }
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 <  /*
226 <   * redistributes information obtained during the pre-pair loop out to
227 <   * row and column-indexed data structures
228 <   */
229 <  void ForceMatrixDecomposition::distributeIntermediateData() {
230 <    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
231 <    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
232 < #ifdef IS_MPI
233 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
234 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functional,
235 <                              atomRowData.functional);
236 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functional,
237 <                                 atomColData.functional);
238 <    }
239 <    
240 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
241 <      AtomCommRealRow->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
242 <                              atomRowData.functionalDerivative);
243 <      AtomCommRealColumn->gather(snap_->atomData.functionalDerivative,
244 <                                 atomColData.functionalDerivative);
245 <    }
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 >                for (int j = 0; j < nAtomsInCol_; j++)
236 >                {
237 >                        int jglob = AtomColToGlobal[j];
238 >
239 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
240 >                        excludesForAtom[i].push_back(j);
241 >
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   #endif
381  }
382  
383  
384  void ForceMatrixDecomposition::collectData() {
385    snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
386    storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
387 #ifdef IS_MPI    
388    int n = snap_->atomData.force.size();
389    vector<Vector3d> frc_tmp(n, V3Zero);
390    
391    AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.force, frc_tmp);
392    for (int i = 0; i < n; i++) {
393      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
394      frc_tmp[i] = 0.0;
395    }
396    
397    AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.force, frc_tmp);
398    for (int i = 0; i < n; i++)
399      snap_->atomData.force[i] += frc_tmp[i];
400    
401    
402    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
265  
266 <      int nt = snap_->atomData.force.size();
267 <      vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
266 >        // allocate memory for the parallel objects
267 >        atypesLocal.resize(nLocal_);
268  
269 <      AtomCommVectorRow->scatter(atomRowData.torque, trq_tmp);
270 <      for (int i = 0; i < n; i++) {
409 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
410 <        trq_tmp[i] = 0.0;
411 <      }
412 <      
413 <      AtomCommVectorColumn->scatter(atomColData.torque, trq_tmp);
414 <      for (int i = 0; i < n; i++)
415 <        snap_->atomData.torque[i] += trq_tmp[i];
416 <    }
417 <    
418 <    nLocal_ = snap_->getNumberOfAtoms();
269 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
270 >                atypesLocal[i] = ff_->getAtomType(idents[i]);
271  
272 <    vector<potVec> pot_temp(nLocal_,
273 <                            Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
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 <    // scatter/gather pot_row into the members of my column
288 <          
289 <    AtomCommPotRow->scatter(pot_row, pot_temp);
287 >        excludesForAtom.clear();
288 >        excludesForAtom.resize(nLocal_);
289 >        toposForAtom.clear();
290 >        toposForAtom.resize(nLocal_);
291 >        topoDist.clear();
292 >        topoDist.resize(nLocal_);
293  
294 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
295 <      pot_local += pot_temp[ii];
296 <    
430 <    fill(pot_temp.begin(), pot_temp.end(),
431 <         Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
432 <      
433 <    AtomCommPotColumn->scatter(pot_col, pot_temp);    
434 <    
435 <    for (int ii = 0;  ii < pot_temp.size(); ii++ )
436 <      pot_local += pot_temp[ii];
437 <    
438 < #endif
439 <  }
294 >        for (int i = 0; i < nLocal_; i++)
295 >        {
296 >                int iglob = AtomLocalToGlobal[i];
297  
298 <  int ForceMatrixDecomposition::getNAtomsInRow() {  
299 < #ifdef IS_MPI
300 <    return nAtomsInRow_;
444 < #else
445 <    return nLocal_;
446 < #endif
447 <  }
298 >                for (int j = 0; j < nLocal_; j++)
299 >                {
300 >                        int jglob = AtomLocalToGlobal[j];
301  
302 <  /**
303 <   * returns the list of atoms belonging to this group.  
451 <   */
452 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupRow(int cg1){
453 < #ifdef IS_MPI
454 <    return groupListRow_[cg1];
455 < #else
456 <    return groupList_[cg1];
457 < #endif
458 <  }
302 >                        if (excludes->hasPair(iglob, jglob))
303 >                                excludesForAtom[i].push_back(j);
304  
305 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getAtomsInGroupColumn(int cg2){
306 < #ifdef IS_MPI
307 <    return groupListCol_[cg2];
308 < #else
309 <    return groupList_[cg2];
310 < #endif
311 <  }
312 <  
313 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2){
314 <    Vector3d d;
315 <    
316 < #ifdef IS_MPI
317 <    d = cgColData.position[cg2] - cgRowData.position[cg1];
318 < #else
319 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->cgData.position[cg1];
320 < #endif
321 <    
322 <    snap_->wrapVector(d);
323 <    return d;    
324 <  }
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 +        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 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorRow(int atom1, int cg1){
337 >        createGtypeCutoffMap();
338  
339 <    Vector3d d;
485 <    
486 < #ifdef IS_MPI
487 <    d = cgRowData.position[cg1] - atomRowData.position[atom1];
488 < #else
489 <    d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
490 < #endif
339 > }
340  
341 <    snap_->wrapVector(d);
493 <    return d;    
494 <  }
495 <  
496 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getAtomToGroupVectorColumn(int atom2, int cg2){
497 <    Vector3d d;
498 <    
499 < #ifdef IS_MPI
500 <    d = cgColData.position[cg2] - atomColData.position[atom2];
501 < #else
502 <    d = snap_->cgData.position[cg2] - snap_->atomData.position[atom2];
503 < #endif
504 <    
505 <    snap_->wrapVector(d);
506 <    return d;    
507 <  }
341 > void ForceMatrixDecomposition::createGtypeCutoffMap() {
342  
343 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorRow(int atom1) {
344 < #ifdef IS_MPI
345 <    return massFactorsRow[atom1];
346 < #else
347 <    return massFactorsLocal[atom1];
514 < #endif
515 <  }
343 >        RealType tol = 1e-6;
344 >        largestRcut_ = 0.0;
345 >        RealType rc;
346 >        int atid;
347 >        set<AtomType*> atypes = info_->getSimulatedAtomTypes();
348  
349 <  RealType ForceMatrixDecomposition::getMassFactorColumn(int atom2) {
349 >        map<int, RealType> atypeCutoff;
350 >
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 <    return massFactorsCol[atom2];
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 <    return massFactorsLocal[atom2];
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
458  
459 <  }
460 <    
461 <  Vector3d ForceMatrixDecomposition::getInteratomicVector(int atom1, int atom2){
462 <    Vector3d d;
528 <    
459 >        // Now we find the maximum group cutoff value present in the simulation
460 >
461 >        RealType groupMax = *max_element(gTypeCutoffs.begin(), gTypeCutoffs.end());
462 >
463   #ifdef IS_MPI
464 <    d = atomColData.position[atom2] - atomRowData.position[atom1];
465 < #else
532 <    d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
464 >        MPI::COMM_WORLD.Allreduce(&groupMax, &groupMax, 1, MPI::REALTYPE,
465 >                        MPI::MAX);
466   #endif
467  
468 <    snap_->wrapVector(d);
536 <    return d;    
537 <  }
468 >        RealType tradRcut = groupMax;
469  
470 <  vector<int> ForceMatrixDecomposition::getSkipsForRowAtom(int atom1) {
471 < #ifdef IS_MPI
472 <    return skipsForRowAtom[atom1];
473 < #else
474 <    return skipsForLocalAtom[atom1];
475 < #endif
476 <  }
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 <  /**
495 <   * There are a number of reasons to skip a pair or a
496 <   * particle. Mostly we do this to exclude atoms who are involved in
497 <   * short range interactions (bonds, bends, torsions), but we also
498 <   * need to exclude some overcounted interactions that result from
499 <   * the parallel decomposition.
500 <   */
554 <  bool ForceMatrixDecomposition::skipAtomPair(int atom1, int atom2) {
555 <    int unique_id_1, unique_id_2;
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 < #ifdef IS_MPI
503 <    // in MPI, we have to look up the unique IDs for each atom
504 <    unique_id_1 = AtomRowToGlobal[atom1];
505 <    unique_id_2 = AtomColToGlobal[atom2];
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 <    // this situation should only arise in MPI simulations
518 <    if (unique_id_1 == unique_id_2) return true;
564 <    
565 <    // this prevents us from doing the pair on multiple processors
566 <    if (unique_id_1 < unique_id_2) {
567 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 0) return true;
568 <    } else {
569 <      if ((unique_id_1 + unique_id_2) % 2 == 1) return true;
570 <    }
571 < #else
572 <    // in the normal loop, the atom numbers are unique
573 <    unique_id_1 = atom1;
574 <    unique_id_2 = atom2;
575 < #endif
576 <    
517 > groupCutoffs ForceMatrixDecomposition::getGroupCutoffs(int cg1, int cg2) {
518 >        int i, j;
519   #ifdef IS_MPI
520 <    for (vector<int>::iterator i = skipsForRowAtom[atom1].begin();
521 <         i != skipsForRowAtom[atom1].end(); ++i) {
580 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
581 <    }    
520 >        i = groupRowToGtype[cg1];
521 >        j = groupColToGtype[cg2];
522   #else
523 <    for (vector<int>::iterator i = skipsForLocalAtom[atom1].begin();
524 <         i != skipsForLocalAtom[atom1].end(); ++i) {
525 <      if ( (*i) == unique_id_2 ) return true;
526 <    }    
527 < #endif
588 <  }
523 >        i = groupToGtype[cg1];
524 >        j = groupToGtype[cg2];
525 > #endif    
526 >        return gTypeCutoffMap[make_pair(i, j)];
527 > }
528  
529 <  int ForceMatrixDecomposition::getTopoDistance(int atom1, int atom2) {
530 <    
531 < #ifdef IS_MPI
532 <    for (int i = 0; i < toposForRowAtom[atom1].size(); i++) {
533 <      if ( toposForRowAtom[atom1][i] == atom2 ) return topoDistRow[atom1][i];
534 <    }
535 < #else
536 <    for (int i = 0; i < toposForLocalAtom[atom1].size(); i++) {
598 <      if ( toposForLocalAtom[atom1][i] == atom2 ) return topoDistLocal[atom1][i];
599 <    }
600 < #endif
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 <    // zero is default for unconnected (i.e. normal) pair interactions
539 <    return 0;
540 <  }
538 > void ForceMatrixDecomposition::zeroWorkArrays() {
539 >        pairwisePot = 0.0;
540 >        embeddingPot = 0.0;
541  
606  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomRow(int atom1, Vector3d fg){
542   #ifdef IS_MPI
543 <    atomRowData.force[atom1] += fg;
544 < #else
545 <    snap_->atomData.force[atom1] += fg;
546 < #endif
547 <  }
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 <  void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg){
550 < #ifdef IS_MPI
551 <    atomColData.force[atom2] += fg;
552 < #else
553 <    snap_->atomData.force[atom2] += fg;
619 < #endif
620 <  }
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 <    // filling interaction blocks with pointers
556 <  InteractionData ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(int atom1, int atom2) {    
624 <    InteractionData idat;
555 >        fill(pot_row.begin(), pot_row.end(),
556 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
557  
558 < #ifdef IS_MPI
559 <    
628 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
629 <                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
558 >        fill(pot_col.begin(), pot_col.end(),
559 >                        Vector<RealType, N_INTERACTION_FAMILIES> (0.0));
560  
561 <    
562 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
563 <      idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
564 <      idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
565 <    }
566 <    
567 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
638 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
639 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
640 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
570 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
571 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
572 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
576 <      idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
577 <      idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
578 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
584 <      idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
585 <      idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
586 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
592 <      idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
593 <      idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
594 <    }
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  
599 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot) {
600 <      idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
664 <      idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
665 <    }
666 <
667 < #else
668 <
669 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsLocal[atom1]),
670 <                             ff_->getAtomType(identsLocal[atom2]) );
671 <
672 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat) {
673 <      idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
674 <      idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
675 <    }
599 > #endif
600 >        // even in parallel, we need to zero out the local arrays:
601  
602 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
603 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
604 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
605 <    }
602 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
603 >        {
604 >                fill(snap_->atomData.particlePot.begin(), snap_->atomData.particlePot.end(), 0.0);
605 >        }
606  
607 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
608 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
609 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
610 <    }
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 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity) {
688 <      idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
689 <      idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
690 <    }
624 > }
625  
626 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional) {
627 <      idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
628 <      idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
629 <    }
626 > void ForceMatrixDecomposition::distributeData() {
627 >        snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
628 >        storageLayout_ = sman_->getStorageLayout();
629 > #ifdef IS_MPI
630  
631 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative) {
632 <      idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
633 <      idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
634 <    }
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::dslParticlePot) {
703 <      idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
704 <      idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
705 <    }
637 >        // gather up the cutoff group positions
638  
639 < #endif
640 <    return idat;
641 <  }
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 <  
646 <  void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData idat, int atom1, int atom2) {    
713 < #ifdef IS_MPI
714 <    pot_row[atom1] += 0.5 *  *(idat.pot);
715 <    pot_col[atom2] += 0.5 *  *(idat.pot);
645 >        cgPlanVectorRow->gather(snap_->cgData.position,
646 >                        cgRowData.position);
647  
648 <    atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
649 <    atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
650 < #else
651 <    longRangePot_ += *(idat.pot);
652 <    
722 <    snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
723 <    snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
724 < #endif
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 <  }
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 +        // 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 <  InteractionData ForceMatrixDecomposition::fillSkipData(int atom1, int 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 <    InteractionData idat;
679 > #endif      
680 > }
681 >
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
733    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
734                             ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
689  
690 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
691 <      idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
738 <      idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
739 <    }
740 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
741 <      idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
742 <      idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
743 <    }
744 < #else
745 <    idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsLocal[atom1]),
746 <                             ff_->getAtomType(identsLocal[atom2]) );
690 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
691 >        {
692  
693 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame) {
694 <      idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
750 <      idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
751 <    }
752 <    if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque) {
753 <      idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
754 <      idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
755 <    }
756 < #endif    
757 <  }
693 >                AtomPlanRealRow->scatter(atomRowData.density,
694 >                                snap_->atomData.density);
695  
696 <  /*
697 <   * buildNeighborList
698 <   *
699 <   * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
700 <   * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
701 <   */
765 <  vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
766 <      
767 <    vector<pair<int, int> > neighborList;
768 < #ifdef IS_MPI
769 <    cellListRow_.clear();
770 <    cellListCol_.clear();
771 < #else
772 <    cellList_.clear();
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 + }
704  
705 <    // dangerous to not do error checking.
706 <    RealType rCut_;
707 <
708 <    RealType rList_ = (rCut_ + skinThickness_);
709 <    RealType rl2 = rList_ * rList_;
710 <    Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
711 <    Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
712 <    Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
713 <    Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
714 <    Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
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 >        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 <    nCells_.x() = (int) ( Hx.length() )/ rList_;
722 <    nCells_.y() = (int) ( Hy.length() )/ rList_;
723 <    nCells_.z() = (int) ( Hz.length() )/ rList_;
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 <    Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
732 <    Vector3d rs, scaled, dr;
733 <    Vector3i whichCell;
734 <    int cellIndex;
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 < #ifdef IS_MPI
739 <    for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++) {
740 <      rs = cgRowData.position[i];
741 <      // scaled positions relative to the box vectors
742 <      scaled = invHmat * rs;
743 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
801 <      // numbers
802 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
803 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
804 <    
805 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
806 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
807 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
808 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
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 <      // find single index of this cell:
746 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
747 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
748 <      cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
749 <    }
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 <    for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++) {
752 <      rs = cgColData.position[i];
818 <      // scaled positions relative to the box vectors
819 <      scaled = invHmat * rs;
820 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
821 <      // numbers
822 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
823 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
751 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
752 >        {
753  
754 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
755 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
827 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
828 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
754 >                int nt = snap_->atomData.torque.size();
755 >                vector<Vector3d> trq_tmp(nt, V3Zero);
756  
757 <      // find single index of this cell:
758 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
759 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
760 <      cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
761 <    }
762 < #else
836 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++) {
837 <      rs = snap_->cgData.position[i];
838 <      // scaled positions relative to the box vectors
839 <      scaled = invHmat * rs;
840 <      // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
841 <      // numbers
842 <      for (int j = 0; j < 3; j++)
843 <        scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
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 <      // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
765 <      whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
766 <      whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
767 <      whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
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 <      // find single index of this cell:
770 <      cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
852 <      // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
853 <      cellList_[cellIndex].push_back(i);
854 <    }
855 < #endif
769 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
770 >        {
771  
772 <    for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++) {
773 <      for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++) {
859 <        for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++) {
860 <          Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
861 <          int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
772 >                int ns = snap_->atomData.skippedCharge.size();
773 >                vector<RealType> skch_tmp(ns, 0.0);
774  
775 <          for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin();
776 <               os != cellOffsets_.end(); ++os) {
777 <            
778 <            Vector3i m2v = m1v + (*os);
779 <            
780 <            if (m2v.x() >= nCells_.x()) {
869 <              m2v.x() = 0;          
870 <            } else if (m2v.x() < 0) {
871 <              m2v.x() = nCells_.x() - 1;
872 <            }
873 <            
874 <            if (m2v.y() >= nCells_.y()) {
875 <              m2v.y() = 0;          
876 <            } else if (m2v.y() < 0) {
877 <              m2v.y() = nCells_.y() - 1;
878 <            }
879 <            
880 <            if (m2v.z() >= nCells_.z()) {
881 <              m2v.z() = 0;          
882 <            } else if (m2v.z() < 0) {
883 <              m2v.z() = nCells_.z() - 1;
884 <            }
885 <            
886 <            int m2 = Vlinear (m2v, nCells_);
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 < #ifdef IS_MPI
783 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
784 <                 j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1) {
785 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
892 <                   j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2) {
893 <                              
894 <                // Always do this if we're in different cells or if
895 <                // we're in the same cell and the global index of the
896 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
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 <                if (m2 != m1 || cgColToGlobal[(*j2)] < cgRowToGlobal[(*j1)]) {
788 <                  dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
789 <                  snap_->wrapVector(dr);
790 <                  if (dr.lengthSquare() < rl2) {
791 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
792 <                  }
793 <                }
794 <              }
795 <            }
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 <            for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin();
816 <                 j1 != cellList_[m1].end(); ++j1) {
817 <              for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin();
911 <                   j2 != cellList_[m2].end(); ++j2) {
912 <                              
913 <                // Always do this if we're in different cells or if
914 <                // we're in the same cell and the global index of the
915 <                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
815 >        return nLocal_;
816 > #endif
817 > }
818  
819 <                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1)) {
820 <                  dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
821 <                  snap_->wrapVector(dr);
822 <                  if (dr.lengthSquare() < rl2) {
823 <                    neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
824 <                  }
825 <                }
826 <              }
925 <            }
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 <          }
928 <        }
929 <      }
930 <    }
828 > }
829  
830 <    // save the local cutoff group positions for the check that is
831 <    // done on each loop:
832 <    saved_CG_positions_.clear();
833 <    for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
834 <      saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
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 <    return neighborList;
839 <  }
838 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(int cg1, int cg2) {
839 >        Vector3d d;
840 >
841 > #ifdef IS_MPI
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 >        snap_->wrapVector(d);
852 >        return d;
853 > }
854 >
855 > Vector3d ForceMatrixDecomposition::getIntergroupVector(CutoffGroup *cg1, CutoffGroup *cg2) {
856 >        Vector3d d;
857 >
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 >        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 >        d = snap_->cgData.position[cg1] - snap_->atomData.position[atom1];
876 > #endif
877 >
878 >        snap_->wrapVector(d);
879 >        return d;
880 > }
881 >
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 >        snap_->wrapVector(d);
892 >        return d;
893 > }
894 >
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 >        return massFactorsCol[atom2];
906 > #else
907 >        return massFactors[atom2];
908 > #endif
909 >
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 >        d = snap_->atomData.position[atom2] - snap_->atomData.position[atom1];
919 > #endif
920 >
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::addForceToAtomRowOMP(int atom1, Vector3d fg) {
995 >        #pragma omp critical
996 >        {
997 >                snap_->atomData.force[atom1] += fg;
998 >        }
999 > }
1000 >
1001 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumn(int atom2, Vector3d fg) {
1002 > #ifdef IS_MPI
1003 >        atomColData.force[atom2] += fg;
1004 > #else
1005 >        snap_->atomData.force[atom2] += fg;
1006 > #endif
1007 > }
1008 >
1009 > void ForceMatrixDecomposition::addForceToAtomColumnOMP(int atom2, Vector3d fg) {
1010 >        #pragma omp critical
1011 >        {
1012 >                snap_->atomData.force[atom2] += fg;
1013 >        }
1014 > }
1015 >
1016 > // filling interaction blocks with pointers
1017 > void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
1018 >
1019 >        idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
1020 >
1021 > #ifdef IS_MPI
1022 >        idat.atypes = make_pair( atypesRow[atom1], atypesCol[atom2]);
1023 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
1024 >        //                         ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
1025 >
1026 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1027 >        {
1028 >                idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
1029 >                idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
1030 >        }
1031 >
1032 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1033 >        {
1034 >                idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
1035 >                idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
1036 >        }
1037 >
1038 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1039 >        {
1040 >                idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
1041 >                idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
1042 >        }
1043 >
1044 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1045 >        {
1046 >                idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
1047 >                idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
1048 >        }
1049 >
1050 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1051 >        {
1052 >                idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
1053 >                idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
1054 >        }
1055 >
1056 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1057 >        {
1058 >                idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
1059 >                idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
1060 >        }
1061 >
1062 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1063 >        {
1064 >                idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
1065 >                idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
1066 >        }
1067 >
1068 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1069 >        {
1070 >                idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
1071 >                idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
1072 >        }
1073 >
1074 > #else
1075 >
1076 >        idat.atypes = make_pair(atypesLocal[atom1], atypesLocal[atom2]);
1077 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
1078 >        //                         ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
1079 >
1080 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1081 >        {
1082 >                idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
1083 >                idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
1084 >        }
1085 >
1086 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1087 >        {
1088 >                idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
1089 >                idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
1090 >        }
1091 >
1092 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1093 >        {
1094 >                idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
1095 >                idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
1096 >        }
1097 >
1098 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1099 >        {
1100 >                idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
1101 >                idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
1102 >        }
1103 >
1104 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1105 >        {
1106 >                idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
1107 >                idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
1108 >        }
1109 >
1110 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1111 >        {
1112 >                idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
1113 >                idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
1114 >        }
1115 >
1116 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1117 >        {
1118 >                idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
1119 >                idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
1120 >        }
1121 >
1122 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1123 >        {
1124 >                idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
1125 >                idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
1126 >        }
1127 > #endif
1128 > }
1129 >
1130 > // filling interaction blocks with pointers
1131 > void ForceMatrixDecomposition::fillInteractionDataOMP(InteractionDataPrv &idat, int atom1, int atom2) {
1132 >
1133 >        idat.excluded = excludeAtomPair(atom1, atom2);
1134 >
1135 > #ifdef IS_MPI
1136 >        idat.atypes = make_pair( atypesRow[atom1], atypesCol[atom2]);
1137 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(identsRow[atom1]),
1138 >        //                         ff_->getAtomType(identsCol[atom2]) );
1139 >
1140 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1141 >        {
1142 >                idat.A1 = &(atomRowData.aMat[atom1]);
1143 >                idat.A2 = &(atomColData.aMat[atom2]);
1144 >        }
1145 >
1146 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1147 >        {
1148 >                idat.eFrame1 = &(atomRowData.electroFrame[atom1]);
1149 >                idat.eFrame2 = &(atomColData.electroFrame[atom2]);
1150 >        }
1151 >
1152 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1153 >        {
1154 >                idat.t1 = &(atomRowData.torque[atom1]);
1155 >                idat.t2 = &(atomColData.torque[atom2]);
1156 >        }
1157 >
1158 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1159 >        {
1160 >                idat.rho1 = &(atomRowData.density[atom1]);
1161 >                idat.rho2 = &(atomColData.density[atom2]);
1162 >        }
1163 >
1164 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1165 >        {
1166 >                idat.frho1 = &(atomRowData.functional[atom1]);
1167 >                idat.frho2 = &(atomColData.functional[atom2]);
1168 >        }
1169 >
1170 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1171 >        {
1172 >                idat.dfrho1 = &(atomRowData.functionalDerivative[atom1]);
1173 >                idat.dfrho2 = &(atomColData.functionalDerivative[atom2]);
1174 >        }
1175 >
1176 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1177 >        {
1178 >                idat.particlePot1 = &(atomRowData.particlePot[atom1]);
1179 >                idat.particlePot2 = &(atomColData.particlePot[atom2]);
1180 >        }
1181 >
1182 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1183 >        {
1184 >                idat.skippedCharge1 = &(atomRowData.skippedCharge[atom1]);
1185 >                idat.skippedCharge2 = &(atomColData.skippedCharge[atom2]);
1186 >        }
1187 >
1188 > #else
1189 >
1190 >        idat.atypes = make_pair(atypesLocal[atom1], atypesLocal[atom2]);
1191 >        //idat.atypes = make_pair( ff_->getAtomType(idents[atom1]),
1192 >        //                         ff_->getAtomType(idents[atom2]) );
1193 >
1194 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslAmat)
1195 >        {
1196 >                idat.A1 = &(snap_->atomData.aMat[atom1]);
1197 >                idat.A2 = &(snap_->atomData.aMat[atom2]);
1198 >        }
1199 >
1200 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslElectroFrame)
1201 >        {
1202 >                idat.eFrame1 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom1]);
1203 >                idat.eFrame2 = &(snap_->atomData.electroFrame[atom2]);
1204 >        }
1205 >
1206 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslTorque)
1207 >        {
1208 >                idat.t1 = &(snap_->atomData.torque[atom1]);
1209 >                idat.t2 = &(snap_->atomData.torque[atom2]);
1210 >        }
1211 >
1212 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslDensity)
1213 >        {
1214 >                idat.rho1 = &(snap_->atomData.density[atom1]);
1215 >                idat.rho2 = &(snap_->atomData.density[atom2]);
1216 >        }
1217 >
1218 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctional)
1219 >        {
1220 >                idat.frho1 = &(snap_->atomData.functional[atom1]);
1221 >                idat.frho2 = &(snap_->atomData.functional[atom2]);
1222 >        }
1223 >
1224 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslFunctionalDerivative)
1225 >        {
1226 >                idat.dfrho1 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom1]);
1227 >                idat.dfrho2 = &(snap_->atomData.functionalDerivative[atom2]);
1228 >        }
1229 >
1230 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslParticlePot)
1231 >        {
1232 >                idat.particlePot1 = &(snap_->atomData.particlePot[atom1]);
1233 >                idat.particlePot2 = &(snap_->atomData.particlePot[atom2]);
1234 >        }
1235 >
1236 >        if (storageLayout_ & DataStorage::dslSkippedCharge)
1237 >        {
1238 >                idat.skippedCharge1 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom1]);
1239 >                idat.skippedCharge2 = &(snap_->atomData.skippedCharge[atom2]);
1240 >        }
1241 > #endif
1242 > }
1243 >
1244 > void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionData(InteractionData &idat, int atom1, int atom2) {
1245 > #ifdef IS_MPI
1246 >        pot_row[atom1] += 0.5 * *(idat.pot);
1247 >        pot_col[atom2] += 0.5 * *(idat.pot);
1248 >
1249 >        atomRowData.force[atom1] += *(idat.f1);
1250 >        atomColData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1251 > #else
1252 >        pairwisePot += *(idat.pot);
1253 >
1254 >        snap_->atomData.force[atom1] += *(idat.f1);
1255 >        snap_->atomData.force[atom2] -= *(idat.f1);
1256 > #endif
1257 >
1258 > }
1259 >
1260 > void ForceMatrixDecomposition::unpackInteractionDataOMP(InteractionDataPrv &idat, int atom1, int atom2) {
1261 > #pragma omp critical
1262 >        {
1263 >                pairwisePot += idat.pot;
1264 >
1265 >                snap_->atomData.force[atom1] += idat.f1;
1266 >                snap_->atomData.force[atom2] -= idat.f1;
1267 >        }
1268 > }
1269 >
1270 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupCutoffs(vector<int> &order) {
1271 >        vector<int> tmp = vector<int> (groupToGtype.size());
1272 >
1273 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1274 >        {
1275 >                tmp[i] = groupToGtype[i];
1276 >        }
1277 >
1278 >        for (int i = 0; i < groupToGtype.size(); ++i)
1279 >        {
1280 >                groupToGtype[i] = tmp[order[i]];
1281 >        }
1282 > }
1283 >
1284 > void ForceMatrixDecomposition::reorderPosition(vector<int> &order) {
1285 >        Snapshot* snap_ = info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot();
1286 >        DataStorage* cgConfig = &(snap_->cgData);
1287 >        vector<Vector3d> tmp = vector<Vector3d> (nGroups_);
1288 >
1289 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1290 >        {
1291 >                tmp[i] = snap_->cgData.position[i];
1292 >        }
1293 >
1294 >        vector<int> mapPos = vector<int> (nGroups_);
1295 >        for (int i = 0; i < nGroups_; ++i)
1296 >        {
1297 >                snap_->cgData.position[i] = tmp[order[i]];
1298 >                mapPos[order[i]] = i;
1299 >        }
1300 >
1301 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1302 >        Molecule* mol;
1303 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1304 >        CutoffGroup* cg;
1305 >
1306 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1307 >        {
1308 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1309 >                {
1310 >                        cg->setLocalIndex(mapPos[cg->getLocalIndex()]);
1311 >                }
1312 >        }
1313 >
1314 >        /*      if (info_->getNCutoffGroups() > 0)
1315 >         {
1316 >         for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1317 >         {
1318 >         for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1319 >         {
1320 >         printf("gbI:%d locI:%d x:%f y:%f z:%f\n", cg->getGlobalIndex(), cg->getLocalIndex(),
1321 >         cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].x(), cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].y(),
1322 >         cgConfig->position[cg->getLocalIndex()].z());
1323 >         }
1324 >         }
1325 >         } else
1326 >         {
1327 >         // center of mass of the group is the same as position of the atom
1328 >         // if cutoff group does not exist
1329 >         printf("ERROR!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n");
1330 >         //                     cgConfig->position = config->position;
1331 >         }*/
1332 > }
1333 >
1334 > void ForceMatrixDecomposition::reorderGroupList(vector<int> &order) {
1335 >        vector<vector<int> > tmp = vector<vector<int> > (groupList_.size());
1336 >
1337 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1338 >        {
1339 >                tmp[i] = groupList_[i];
1340 >        }
1341 >
1342 >        for (int i = 0; i < groupList_.size(); ++i)
1343 >        {
1344 >                groupList_[i] = tmp[order[i]];
1345 >        }
1346 > }
1347 >
1348 > void ForceMatrixDecomposition::reorderMemory(vector<vector<CutoffGroup *> > &H_c_l) {
1349 >        int n = 0;
1350 >        //      printf("Reorder memory time:%f!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!\n",
1351 >        //                      info_->getSnapshotManager()->getCurrentSnapshot()->getTime());
1352 >
1353 >        /* record the reordered atom indices */
1354 >        vector<int> k = vector<int> (nGroups_);
1355 >
1356 >        for (int c = 0; c < H_c_l.size(); ++c)
1357 >        {
1358 >                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg = H_c_l[c].begin(); cg != H_c_l[c].end(); ++cg)
1359 >                {
1360 >                        int i = (*cg)->getGlobalIndex();
1361 >                        k[n] = i;
1362 >                        ++n;
1363 >                }
1364 >        }
1365 >
1366 >        //      reorderGroupCutoffs(k);
1367 >        //      reorderGroupList(k);
1368 >        reorderPosition(k);
1369 > }
1370 >
1371 > vector<vector<CutoffGroup *> > ForceMatrixDecomposition::buildLayerBasedNeighborList() {
1372 >        //      printf("buildLayerBasedNeighborList; nGroups:%d\n", nGroups_);
1373 >        // Na = nGroups_
1374 >        /* cell occupancy counter */
1375 >        //      vector<int> k_c;
1376 >        /* c_i - has cell containing atom i (size Na) */
1377 >        vector<int> c = vector<int> (nGroups_);
1378 >        /* l_i - layer containing atom i (size Na) */
1379 >        //      vector<int> l;
1380 >
1381 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1382 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1383 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1384 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1385 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1386 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1387 >
1388 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1389 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1390 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1391 >
1392 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1393 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1394 >        Vector3i whichCell;
1395 >        int cellIndex;
1396 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1397 >
1398 >        //      k_c = vector<int> (nCtot, 0);
1399 >
1400 >        SimInfo::MoleculeIterator mi;
1401 >        Molecule* mol;
1402 >        Molecule::CutoffGroupIterator ci;
1403 >        CutoffGroup* cg;
1404 >
1405 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1406 >        {
1407 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1408 >                {
1409 >                        rs = snap_->cgData.position[cg->getLocalIndex()];
1410 >
1411 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1412 >                        scaled = invHmat * rs;
1413 >
1414 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1415 >                        // numbers
1416 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1417 >                        {
1418 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1419 >                                scaled[j] += 0.5;
1420 >                        }
1421 >
1422 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1423 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1424 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1425 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1426 >
1427 >                        //                      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(),
1428 >                        //                                      whichCell.z());
1429 >
1430 >                        // find single index of this cell:
1431 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1432 >
1433 >                        c[cg->getGlobalIndex()] = cellIndex;
1434 >                }
1435 >        }
1436 >
1437 >        //      int k_c_curr;
1438 >        //      int k_c_max = 0;
1439 >        /* the cell-layer occupancy matrix */
1440 >        vector<vector<CutoffGroup *> > H_c_l = vector<vector<CutoffGroup *> > (nCtot);
1441 >
1442 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1443 >        {
1444 >                for (cg = mol->beginCutoffGroup(ci); cg != NULL; cg = mol->nextCutoffGroup(ci))
1445 >
1446 >                {
1447 >                        //                      k_c_curr = ++k_c[c[cg1->getGlobalIndex()]];
1448 >                        //                      l.push_back(k_c_curr);
1449 >                        //
1450 >                        //                      /* determines the number of layers in use */
1451 >                        //                      if (k_c_max < k_c_curr)
1452 >                        //                      {
1453 >                        //                              k_c_max = k_c_curr;
1454 >                        //                      }
1455 >                        H_c_l[c[cg->getGlobalIndex()]].push_back(/*l[*/cg/*]*/);
1456 >                }
1457 >        }
1458 >
1459 >        /* Frequency of reordering the memory */
1460 >        if (neighborListReorderFreq != 0)
1461 >        {
1462 >                if (reorderFreqCounter == neighborListReorderFreq)
1463 >                {
1464 >                        //printf("neighborListReorderFreq:%d\n", neighborListReorderFreq);
1465 >                        reorderMemory(H_c_l);
1466 >                        reorderFreqCounter = 1;
1467 >                } else
1468 >                {
1469 >                        reorderFreqCounter++;
1470 >                }
1471 >        }
1472 >
1473 >        int m;
1474 >        /* the neighbor matrix */
1475 >        vector<vector<CutoffGroup *> > neighborMatW = vector<vector<CutoffGroup *> > (nGroups_);
1476 >
1477 >        groupCutoffs cuts;
1478 >        CutoffGroup *cg1;
1479 >
1480 >        /* loops over objects(atoms, rigidBodies, cutoffGroups, etc.) */
1481 >        for (mol = info_->beginMolecule(mi); mol != NULL; mol = info_->nextMolecule(mi))
1482 >        {
1483 >                for (cg1 = mol->beginCutoffGroup(ci); cg1 != NULL; cg1 = mol->nextCutoffGroup(ci))
1484 >                {
1485 >                        /* c' */
1486 >                        int c1 = c[cg1->getGlobalIndex()];
1487 >                        Vector3i c1v = idxToV(c1, nCells_);
1488 >
1489 >                        /* loops over the neighboring cells c'' */
1490 >                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1491 >                        {
1492 >                                Vector3i c2v = c1v + (*os);
1493 >
1494 >                                if (c2v.x() >= nCells_.x())
1495 >                                {
1496 >                                        c2v.x() = 0;
1497 >                                } else if (c2v.x() < 0)
1498 >                                {
1499 >                                        c2v.x() = nCells_.x() - 1;
1500 >                                }
1501 >
1502 >                                if (c2v.y() >= nCells_.y())
1503 >                                {
1504 >                                        c2v.y() = 0;
1505 >                                } else if (c2v.y() < 0)
1506 >                                {
1507 >                                        c2v.y() = nCells_.y() - 1;
1508 >                                }
1509 >
1510 >                                if (c2v.z() >= nCells_.z())
1511 >                                {
1512 >                                        c2v.z() = 0;
1513 >                                } else if (c2v.z() < 0)
1514 >                                {
1515 >                                        c2v.z() = nCells_.z() - 1;
1516 >                                }
1517 >
1518 >                                int c2 = Vlinear(c2v, nCells_);
1519 >                                /* loops over layers l to access the neighbor atoms */
1520 >                                for (vector<CutoffGroup *>::iterator cg2 = H_c_l[c2].begin(); cg2 != H_c_l[c2].end(); ++cg2)
1521 >                                {
1522 >                                        //                              if i'' = 0 then break // doesn't apply to vector implementation of matrix
1523 >                                        //                              if(i != *j)
1524 >                                        if (c2 != c1 || (*cg2)->getGlobalIndex() < cg1->getGlobalIndex())
1525 >                                        {
1526 >                                                dr = snap_->cgData.position[(*cg2)->getLocalIndex()] - snap_->cgData.position[cg1->getLocalIndex()];
1527 >                                                snap_->wrapVector(dr);
1528 >                                                cuts = getGroupCutoffs(cg1->getGlobalIndex(), (*cg2)->getGlobalIndex());
1529 >                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1530 >                                                {
1531 >                                                        /* transposed version of Rapaport W mat, to occupy successive memory locations on CPU */
1532 >                                                        neighborMatW[cg1->getGlobalIndex()].push_back((*cg2));
1533 >                                                }
1534 >                                        }
1535 >                                }
1536 >                        }
1537 >                }
1538 >        }
1539 >
1540 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1541 >        // done on each loop:
1542 >        saved_CG_positions_.clear();
1543 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1544 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1545 >
1546 >        return neighborMatW;
1547 > }
1548 >
1549 > /*
1550 > * buildNeighborList
1551 > *
1552 > * first element of pair is row-indexed CutoffGroup
1553 > * second element of pair is column-indexed CutoffGroup
1554 > */
1555 > vector<pair<int, int> > ForceMatrixDecomposition::buildNeighborList() {
1556 >
1557 >        vector<pair<int, int> > neighborList;
1558 >        groupCutoffs cuts;
1559 >        bool doAllPairs = false;
1560 >
1561 > #ifdef IS_MPI
1562 >        cellListRow_.clear();
1563 >        cellListCol_.clear();
1564 > #else
1565 >        cellList_.clear();
1566 > #endif
1567 >
1568 >        RealType rList_ = (largestRcut_ + skinThickness_);
1569 >        RealType rl2 = rList_ * rList_;
1570 >        Snapshot* snap_ = sman_->getCurrentSnapshot();
1571 >        Mat3x3d Hmat = snap_->getHmat();
1572 >        Vector3d Hx = Hmat.getColumn(0);
1573 >        Vector3d Hy = Hmat.getColumn(1);
1574 >        Vector3d Hz = Hmat.getColumn(2);
1575 >
1576 >        nCells_.x() = (int) (Hx.length()) / rList_;
1577 >        nCells_.y() = (int) (Hy.length()) / rList_;
1578 >        nCells_.z() = (int) (Hz.length()) / rList_;
1579 >
1580 >        // handle small boxes where the cell offsets can end up repeating cells
1581 >
1582 >        if (nCells_.x() < 3)
1583 >                doAllPairs = true;
1584 >        if (nCells_.y() < 3)
1585 >                doAllPairs = true;
1586 >        if (nCells_.z() < 3)
1587 >                doAllPairs = true;
1588 >
1589 >        Mat3x3d invHmat = snap_->getInvHmat();
1590 >        Vector3d rs, scaled, dr;
1591 >        Vector3i whichCell;
1592 >        int cellIndex;
1593 >        int nCtot = nCells_.x() * nCells_.y() * nCells_.z();
1594 >
1595 > #ifdef IS_MPI
1596 >        cellListRow_.resize(nCtot);
1597 >        cellListCol_.resize(nCtot);
1598 > #else
1599 >        cellList_.resize(nCtot);
1600 > #endif
1601 >
1602 >        if (!doAllPairs)
1603 >        {
1604 > #ifdef IS_MPI
1605 >
1606 >                for (int i = 0; i < nGroupsInRow_; i++)
1607 >                {
1608 >                        rs = cgRowData.position[i];
1609 >
1610 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1611 >                        scaled = invHmat * rs;
1612 >
1613 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1614 >                        // numbers
1615 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1616 >                        {
1617 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1618 >                                scaled[j] += 0.5;
1619 >                        }
1620 >
1621 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1622 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1623 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1624 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1625 >
1626 >                        // find single index of this cell:
1627 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1628 >
1629 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1630 >                        cellListRow_[cellIndex].push_back(i);
1631 >                }
1632 >                for (int i = 0; i < nGroupsInCol_; i++)
1633 >                {
1634 >                        rs = cgColData.position[i];
1635 >
1636 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1637 >                        scaled = invHmat * rs;
1638 >
1639 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1640 >                        // numbers
1641 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1642 >                        {
1643 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1644 >                                scaled[j] += 0.5;
1645 >                        }
1646 >
1647 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1648 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1649 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1650 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1651 >
1652 >                        // find single index of this cell:
1653 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1654 >
1655 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1656 >                        cellListCol_[cellIndex].push_back(i);
1657 >                }
1658 > #else
1659 >                for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1660 >                {
1661 >                        rs = snap_->cgData.position[i];
1662 >
1663 >                        // scaled positions relative to the box vectors
1664 >                        scaled = invHmat * rs;
1665 >
1666 >                        // wrap the vector back into the unit box by subtracting integer box
1667 >                        // numbers
1668 >                        for (int j = 0; j < 3; j++)
1669 >                        {
1670 >                                scaled[j] -= roundMe(scaled[j]);
1671 >                                scaled[j] += 0.5;
1672 >                        }
1673 >
1674 >                        // find xyz-indices of cell that cutoffGroup is in.
1675 >                        whichCell.x() = nCells_.x() * scaled.x();
1676 >                        whichCell.y() = nCells_.y() * scaled.y();
1677 >                        whichCell.z() = nCells_.z() * scaled.z();
1678 >
1679 >                        // find single index of this cell:
1680 >                        cellIndex = Vlinear(whichCell, nCells_);
1681 >
1682 >                        // add this cutoff group to the list of groups in this cell;
1683 >                        cellList_[cellIndex].push_back(i);
1684 >                }
1685 > #endif
1686 >
1687 >                for (int m1z = 0; m1z < nCells_.z(); m1z++)
1688 >                {
1689 >                        for (int m1y = 0; m1y < nCells_.y(); m1y++)
1690 >                        {
1691 >                                for (int m1x = 0; m1x < nCells_.x(); m1x++)
1692 >                                {
1693 >                                        Vector3i m1v(m1x, m1y, m1z);
1694 >                                        int m1 = Vlinear(m1v, nCells_);
1695 >
1696 >                                        for (vector<Vector3i>::iterator os = cellOffsets_.begin(); os != cellOffsets_.end(); ++os)
1697 >                                        {
1698 >
1699 >                                                Vector3i m2v = m1v + (*os);
1700 >
1701 >                                                if (m2v.x() >= nCells_.x())
1702 >                                                {
1703 >                                                        m2v.x() = 0;
1704 >                                                } else if (m2v.x() < 0)
1705 >                                                {
1706 >                                                        m2v.x() = nCells_.x() - 1;
1707 >                                                }
1708 >
1709 >                                                if (m2v.y() >= nCells_.y())
1710 >                                                {
1711 >                                                        m2v.y() = 0;
1712 >                                                } else if (m2v.y() < 0)
1713 >                                                {
1714 >                                                        m2v.y() = nCells_.y() - 1;
1715 >                                                }
1716 >
1717 >                                                if (m2v.z() >= nCells_.z())
1718 >                                                {
1719 >                                                        m2v.z() = 0;
1720 >                                                } else if (m2v.z() < 0)
1721 >                                                {
1722 >                                                        m2v.z() = nCells_.z() - 1;
1723 >                                                }
1724 >
1725 >                                                int m2 = Vlinear(m2v, nCells_);
1726 >
1727 > #ifdef IS_MPI
1728 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellListRow_[m1].begin();
1729 >                                                                j1 != cellListRow_[m1].end(); ++j1)
1730 >                                                {
1731 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellListCol_[m2].begin();
1732 >                                                                        j2 != cellListCol_[m2].end(); ++j2)
1733 >                                                        {
1734 >
1735 >                                                                // In parallel, we need to visit *all* pairs of row &
1736 >                                                                // column indicies and will truncate later on.
1737 >                                                                dr = cgColData.position[(*j2)] - cgRowData.position[(*j1)];
1738 >                                                                snap_->wrapVector(dr);
1739 >                                                                cuts = getGroupCutoffs( (*j1), (*j2) );
1740 >                                                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1741 >                                                                {
1742 >                                                                        neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1743 >                                                                }
1744 >                                                        }
1745 >                                                }
1746 > #else
1747 >
1748 >                                                for (vector<int>::iterator j1 = cellList_[m1].begin(); j1 != cellList_[m1].end(); ++j1)
1749 >                                                {
1750 >                                                        for (vector<int>::iterator j2 = cellList_[m2].begin(); j2 != cellList_[m2].end(); ++j2)
1751 >                                                        {
1752 >
1753 >                                                                // Always do this if we're in different cells or if
1754 >                                                                // we're in the same cell and the global index of the
1755 >                                                                // j2 cutoff group is less than the j1 cutoff group
1756 >
1757 >                                                                if (m2 != m1 || (*j2) < (*j1))
1758 >                                                                {
1759 >                                                                        dr = snap_->cgData.position[(*j2)] - snap_->cgData.position[(*j1)];
1760 >                                                                        snap_->wrapVector(dr);
1761 >                                                                        cuts = getGroupCutoffs((*j1), (*j2));
1762 >                                                                        if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1763 >                                                                        {
1764 >                                                                                neighborList.push_back(make_pair((*j1), (*j2)));
1765 >                                                                        }
1766 >                                                                }
1767 >                                                        }
1768 >                                                }
1769 > #endif
1770 >                                        }
1771 >                                }
1772 >                        }
1773 >                }
1774 >        } else
1775 >        {
1776 >                // branch to do all cutoff group pairs
1777 > #ifdef IS_MPI
1778 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroupsInRow_; j1++)
1779 >                {
1780 >                        for (int j2 = 0; j2 < nGroupsInCol_; j2++)
1781 >                        {
1782 >                                dr = cgColData.position[j2] - cgRowData.position[j1];
1783 >                                snap_->wrapVector(dr);
1784 >                                cuts = getGroupCutoffs( j1, j2 );
1785 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1786 >                                {
1787 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1788 >                                }
1789 >                        }
1790 >                }
1791 > #else
1792 >                for (int j1 = 0; j1 < nGroups_ - 1; j1++)
1793 >                {
1794 >                        for (int j2 = j1 + 1; j2 < nGroups_; j2++)
1795 >                        {
1796 >                                dr = snap_->cgData.position[j2] - snap_->cgData.position[j1];
1797 >                                snap_->wrapVector(dr);
1798 >                                cuts = getGroupCutoffs(j1, j2);
1799 >                                if (dr.lengthSquare() < cuts.third)
1800 >                                {
1801 >                                        neighborList.push_back(make_pair(j1, j2));
1802 >                                }
1803 >                        }
1804 >                }
1805 > #endif
1806 >        }
1807 >
1808 >        // save the local cutoff group positions for the check that is
1809 >        // done on each loop:
1810 >        saved_CG_positions_.clear();
1811 >        for (int i = 0; i < nGroups_; i++)
1812 >                saved_CG_positions_.push_back(snap_->cgData.position[i]);
1813 >
1814 >        return neighborList;
1815 > }
1816   } //end namespace OpenMD

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