Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН
Лаборатория изучения механизмов органических реакций
 |
 |
 |
 |
 |
 |
xyz
#!/usr/bin/perl -ws #use Data::Dump 'pp'; our ($n,$a,$r,$i,$symm,$ellips,$thin,$XX,$H,$h,$help,$final,$prim,$av, $atoms,$atomsH,$noatoms,$noatomsH,$ppm,$ppm_from,$del,$cm,$join, $full_title,$irc,$content,$min,$G_from,$ax); if ($h || $help) { (my $prog = $0) =~ s/.*[\/\\]//; print " Печатает последнюю xyz-геометрию, либо заданные опцией -n. И другие элементарные операции. Usage: $prog multi.xyz > last.xyz OR $prog -i file.xyz Зависимости: perl, [symmetry] -n=i,j,... точки, которые нужно печатать (от 1 до N) -n=-i,-j,... нумерация с конца. .. - интервал Например, -n=1,-1 первую и последнюю точки Default -n=-1 (последнюя точка) -a Все точки (эквивалентно -n=1..-1) -r Все точки в обратном порядке (эквивалентно -n=-1..1) -del=i,j,... не печатать точки с перечисленными номерами (-n не действует) -full_title Не удалять никакие записи из 2-й строки -symm Во 2-ю строку будет дописана точечная группа симметрии (требуется программа symmetry) При -symm=2 вдобавок координаты будут симметризованы -final=0.09 see symmetry -prim=0.1 see symmetry -ellips Во 2-ю строку будyт дописаны длины осей эллипсоида инерции При -ellips=2 вдобавок координаты будут ориентированы по этим осям -content=T Во 2-ю строку будyт дописаны мольные доли при температуре T (по умолчанию 298.15 К), вычисленные из энергий по Больцману. Эта опция работает только через трубу: cat *.xyz | xyz -a -content -split -unit=hartree|kcal|kJ Единицы энергии. По умолчанию hartree -cm Передвинуть центр координат в центр масс -ax Переориентирует молекулу, чтобы оси координат в molden'е были как общепринято (x вверх, y влево, z на нас => x вправо, y вверх, z на нас) -split Каждая точка будет записана в отдельный файл NNNN.xyz (если -split=name, то nameNNNN.xyz) -thin=n прореживать точки. -thin=n - печатается каждая n-ая точка -thin без параметра эквивалентно -thin=2 (каждая 2-ая точка) -join=n Объединить все молекулы из stdin или внутри каждого файла в одну молекулу. Включается -a (если не задано -n). cat *.xyzppm | $prog -join=3 -ppm Энергетические параметры Energy HoF Edisp ZPE G суммируются. Молекулы ориентируются по осям эллипсоида инерции (при этом включается -ellips=2) и сдвигаются вдоль наименьшей оси (z). Сдвиг регулируется параметром -join, представляющим собой число, на которое умножается сумма длин z-осей эллипсоидов соседних молекул. -av=n усреднять координаты и энергии каждых n точек -av или -av=1 усредняет все точки (результат - одна структура) -av=n,m усреднять с перекрытием (m - сдвиг назад). Например, при -av=10,5 усредняются 1..10, 6..15, 11-20 и т.д. (не рекомендуется, лучше -avw) -avw=n,p \"оконное\" сглаживание - каждая точка представляется как среднее n окружающих. p - количество проходов, если отсутствует, то 1 При -thin, -avw и -av берутся все точки, не действуют -n и -r -XX Удалить фиктивные атомы -atoms=i,j,k,... Оставить в молекуле только перечисленные атомы -atomsH=i,j,k,... вместе с присоединенными к ним атомами водорода -noatoms=i,j,k,... Удалить из молекулы перечисленные атомы -noatomsH=i,j,k,... вместе с присоединенными к ним атомами водорода -H Удалить водороды -ppm Не удалять хим. сдвиги -ppm_from=file.xyzppm Внедрить хим. сдвиги из file.xyzppm. При этом включаются опции -ppm и -full_title -G_from=file.H.xyz Внедрить G и ZPE из file.H.xyz. При этом включается опция -full_title -irc=RMS превращает xyz оптимизации в IRC-подобную траекторию (гладкую и без длинного хвоста). Удаляет из оптимизации точки, которые выше по энергии, чем предыдущая и в которых геометрия мало меняется (< RMS). Полезно потом сгладить: $prog -a -irc=1.0 -avw=5 fff.L1.O.xyz -min Эквивалентно -irc=0, т.е. похожесть геомерий не учитывается, и последняя точка будет с минимальной энергией. $prog -min fff.xyz (без -a) оставляет только последнюю точку. $prog -i -min fff.xyz редактирует файл по месту. -i Файл редактируется по месту (-split не действует). \n"; exit; } # Массы изотопов our %massa = qw( H 1.007947 He 4.0026022 Li 6.9412 Be 9.0121823 B 10.8117 C 12.01078 N 14.00672 O 15.99943 F 18.99840325 Ne 20.17976 Na 22.9897702 Mg 24.30506 Al 26.9815382 Si 28.08553 P 30.9737612 S 32.0655 Cl 35.4532 Ar 39.9481 K 39.09831 Ca 40.0784 Sc 44.9559108 Ti 47.8671 V 50.94151 Cr 51.99616 Mn 54.9380499 Fe 55.8452 Co 58.9332009 Ni 58.69342 Cu 63.5463 Zn 65.4094 Ga 69.7231 Ge 72.641 As 74.921602 Se 78.963 Br 79.9041 Kr 83.7982 Rb 85.46783 Sr 87.621 Y 88.905852 Zr 91.2242 Nb 92.906382 Mo 95.942 Ru 101.072 Rh 102.905502 Pd 106.421 Ag 107.86822 Cd 112.4118 In 114.8183 Sn 118.7107 Sb 121.7601 Te 127.603 I 126.904473 Xe 131.2936 Cs 132.905452 Ba 137.3277 La 138.90552 Ce 140.1161 Pr 140.907652 Nd 144.243 Sm 150.363 Eu 151.9641 Gd 157.253 Tb 158.925342 Dy 162.5001 Ho 164.930322 Er 167.2593 Tm 168.934212 Yb 173.043 Lu 174.9671 Hf 178.492 Ta 180.94791 W 183.841 Re 186.2071 Os 190.233 Ir 192.2173 Pt 195.0782 Au 196.966552 Hg 200.592 Tl 204.38332 Pb 207.21 Bi 208.980382 Th 232.03811 Pa 231.035882 U 238.028913 ); my $symmetry_x = '/usr/local/bin/symmetry'; unless (-x $symmetry_x) { warn "No symmetry program. Force -symm=0.\n" if $symm; $symm = 0; } if ($i && $i ne '1') { die "Invalid -i option $i\n"; } if (defined($content) && $content==1) { $content = 298.15; } $unit ||= 627.5095; $unit = 1 if $unit eq 'kcal'; $unit = 1/4.184 if $unit eq 'kJ'; $a && ($n = '1..-1') unless $n; $r && ($n = '-1..1') unless $n; #$thin && ($n = '1..-1'); $thin = 2 if $thin && $thin==1; defined($join) && ($n = '1..-1') unless $n; $n ||= -1; do {$ppm=1; $full_title=1} if $ppm_from; my $av_shift = 0; if ($av && $av =~ /(\d+),(\d+)/) { $av = $1; $av_shift = $2; die "-av=n,m : m must be less than n\n" if $av_shift >= $av; } #$av = 2 if $av && $av==1; my $pass = 1; if ($avw && $avw =~ /(\d+),(\d+)/) { $avw = $1; $pass = $2; die "Useless smoothing: -avw=1\n" if $avw == 1; } die "or -thin, or -av, or -avw\n" if $thin && $av or $thin && $avw or $avw && $av; if ($min) { $irc = 0; } my $name = ''; $name = $split if $split && $split ne '1'; sub do_needed_transformation { my @mol = @_; @mol = irc_like($irc,@mol) if defined $irc; @mol = @mol[grep {!($_%$thin)} 0..$#mol] if $thin; @mol = average_xyz($av,$av_shift, @mol) if $av; @mol = smooth_xyz($avw,$pass, @mol) if $avw; if ($del) { my @del = parse_n($del,$#mol+1); my @n; foreach my $ind (1..$#mol+1) { push @n, $ind unless grep {$_==$ind} @del; } $n = join ',', @n,; } @mol = @mol[map {$_ - 1} parse_n($n,$#mol+1)] if !($thin or $av or $avw); @mol = map {atoms_only($_,$atoms,1)} @mol if $atoms; @mol = map {atoms_only($_,$atomsH,2)} @mol if $atomsH; @mol = map {atoms_only($_,$noatoms,-1)} @mol if $noatoms; @mol = map {atoms_only($_,$noatomsH,-2)} @mol if $noatomsH; @mol = map {symmetr($_)} @mol if $symm; ellips(@mol) if $ellips; to_centre_mass(@mol) if $cm; common_axes(@mol) if $ax; @mol = join_mols(@mol) if defined $join; insert_ppm($ppm_from, @mol) if $ppm_from; insert_G($G_from, @mol) if $G_from; # -H and -XX foreach my $m (@mol) { my @m1 = ($m->[0]); for (my $i=1; $i<@$m; $i++) { $m->[$i][0] = ucfirst(lc $m->[$i][0]) if $m->[$i][0] !~ /^XX$/i; next if $XX && $m->[$i][0] =~ /^XX$/i; next if $H && $m->[$i][0] eq 'H'; push @m1, $m->[$i]; } $m = \@m1; # pp $m; } return @mol; } unless (@ARGV) { my @mol = (read_molden()); @mol = do_needed_transformation(@mol); content($content,$unit, @mol) if $content; #pp @mol; if ($split) { for (my $i=0; $i<@mol; $i++) { write_molden($mol[$i], sprintf("$name%04d.xyz", $i+1)); } } # elsif ($join) { # write_molden(join_mols(@mol)); # } else { write_molden(@mol); } exit; } foreach my $file (@ARGV) { next if -d $file; my @mol = (read_molden($file)); @mol = do_needed_transformation(@mol); # @mol = join_mols(@mol) if $join; if ($i) { write_molden(@mol, "___$file"); rename("___$file", $file) or die; } else { if ($split) { for (my $i=0; $i<@mol; $i++) { write_molden($mol[$i], sprintf("$name%04d.xyz", $i+1)); } } else { write_molden(@mol); } } } sub parse_n { my ($n,$N) = @_; #warn "$n, $N\n"; $n =~ s/(-\d+)/$N+$1+1/ge; my @vector; foreach (split /,/, $n) { if (/(\d+)\.\.(\d+)/) { # Раскрываем интервалы (i-n) my @a = $1<=$2 ? $1..$2 : reverse $2..$1; push @vector, @a; } else {push @vector, $_} } #warn "@vector\n"; die "$n out of range\n" if grep {$_<0 or $_>$N} @vector; return @vector; } sub read_molden { ############################################################################ ## Молекула -- ссылка на массив, 0-й элемент -- свойства, следующие - атомы. ## Свойства -- ссылка на хэш с ключами Energy, Symmetry ## Атом -- ссылка на массив [atom, x, y, z, ppm] (ppm может не быть). ## ## Читает xyz. Параметры - имена xyz-файлов. Если параметров нет, то <>. ## Возвращает массив найденных молекул. ############################################################################ local @ARGV = @_ ? @_ : @ARGV; my $fnum = qr/-?\d+(?:\.\d+)?/; my $num = qr/-?\d+\.\d+(?:[eE][+-]?\d+)?/; my @mols; my $line; LOOP: while ($line || defined($line = <>)) { #print $line; if ($line =~/^\s*(\d+)\s*$/) { my @mol; my $N = $1; last LOOP if eof(); next LOOP if eof(ARGV); $line = <>; $mol[0]{Title} = $line; ($mol[0]{Energy}) = $line =~ /(?:\s|^|=)($num)(?:\s|$)/; ($mol[0]{Symmetry}) = $line =~ /symm\S*\s+(\S+)/i; ($mol[0]{Charge}) = $line =~ /Charge\s+(-?\d+)/; ($mol[0]{Mult}) = $line =~ /Mult\s+(\d+)/; ($mol[0]{HoF}) = $line =~ /HoF\s+($fnum)/o; ($mol[0]{Edisp}) = $line =~ /Edisp\s+($fnum)/o; ($mol[0]{ZPE}) = $line =~ /ZPE\s+($fnum)/o; ($mol[0]{Dipole}) = $line =~ /Dipole\s+($fnum)/o; while ($line =~ /G\(($fnum)\)\s+($fnum)/g) { push @{$mol[0]{G}}, [$1,$2]; } for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { last LOOP if eof(); next LOOP if eof(ARGV); $line = <>; #print $line; if ($line =~ /^\s*([A-Z]{1,2})\s+($num)\s+($num)\s+($num)\s*(.*)/io) { $mol[$i] = [$1,$2,$3,$4,$5]; } else { next LOOP; } } push @mols, \@mol; last LOOP if eof(); } else { undef $line; } } return @mols; } sub write_molden { my $oldfh; if (@_ > 1 && !ref($_[-1])) { my $file = pop @_; open F, '>', $file or do {warn "Can't write to $file: $!\n"; return}; $oldfh = select F; } foreach my $mol (@_) { #pp $mol; my $N = $#{$mol}; print " $N\n"; if ($full_title) { print "$mol->[0]{Title}"; } else { foreach my $f (qw/Energy Charge Mult Symmetry Dipole HoF Edisp Ellips sigma Content ZPE/) { #print " $f $mol->[0]{$f}"; print " $f $mol->[0]{$f}" if defined $mol->[0]{$f}; } if (defined $mol->[0]{G}) { foreach my $g (@{$mol->[0]{G}}) { next unless $g->[0]; print " G($g->[0]) $g->[1]"; } } print "\n"; } for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { printf " %-2s %12.8f %12.8f %12.8f", @{$mol->[$i]}[0..3]; print " $mol->[$i][4]" if $ppm && $mol->[$i][4]; print "\n"; } } if ($oldfh) { close F; select $oldfh; } } sub symmetr { ############################################################################ ## Принимает ссылку на молекулу. ## В свойства дописывает элементы хэша Symmetry => 'группа симметрии' ## Если внешний параметр $symm==2, то координаты будут симметризованы ## Требуется symmetry. ############################################################################ my $mol = shift; my $N = @$mol - 1; open TINP, ">", "symm.TINP" or warn "Can't write temporary file: $!\n", return undef; print TINP " $N\n"; for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { print TINP element($mol->[$i][0]), " $mol->[$i][1] $mol->[$i][2] $mol->[$i][3]\n"; } close TINP; # External vars $prim ||= 0.1; $final ||= 0.09; my @arg = ($symmetry_x, '-na', '-primary', $prim, '-final', $final, 'symm.TINP'); open OUT, '-|', @arg or warn "Can't run $symmetry_x: $!\n", return undef; while (<OUT>) { if (m/^It seems to be the (\w+) point group$/) { $mol->[0]{Symmetry} = $1; my $sigma = sym_num($1); $mol->[0]{sigma} = $sigma if $sigma > 1; } if ($symm && $symm==2 && m/^Symmetrized coordinates of all atoms/) { <OUT>; my $nn = <OUT>; chomp $nn; for (my $i=1; $i<=$nn; $i++) { my ($nat,$x,$y,$z) = split ' ', <OUT>; #print "$nat,$x,$y,$z\n"; $mol->[$i][0] = element($nat); $mol->[$i][1] = $x; $mol->[$i][2] = $y; $mol->[$i][3] = $z; } } } close OUT; unlink 'symm.TINP'; return $mol; } sub sym_num { my $group = shift; my $sigma; if ($group =~ /^C[1is]$/) { $sigma = 1 } elsif ($group =~ /^C(\d+)/) { $sigma = $1 } elsif ($group =~ /^D(\d+)/) { $sigma = $1*2 } elsif ($group =~ /^S(\d+)/) { $sigma = $1/2 } elsif ($group =~ /^S(\d+)/) { $sigma = $1/2 } elsif ($group =~ /^Dinfh/) { $sigma = 2 } elsif ($group =~ /^Cinfh/) { $sigma = 1 } elsif ($group =~ /^T/) { $sigma = 12 } elsif ($group =~ /^O/) { $sigma = 24 } elsif ($group =~ /^I/) { $sigma = 60 } else { $sigma = undef } } sub ellips { ############################################################################ ## Принимает массив ссылок на молекулы. ## В свойства дописывает элемент хэша Ellips => 'd.dd_d.dd_d.dd', ## где d.dd - длины осей эллипсоида инерции. ## Если внешний параметр $ellips==2, то оси x,y,z будут совпадать ## с осями эллипсоида. ## Использует функции jacobi(), sum(), хэш %massa. ############################################################################ #print "\nOrientation of molecula by inertia tenzor\n"; foreach my $mol (@_) { my (@m,@atom,@x,@y,@z); my $N = $#{$mol}; # Создаем массивы координат и атомных масс for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { $atom[$i] = $mol->[$i][0]; $x[$i] = $mol->[$i][1]; $y[$i] = $mol->[$i][2]; $z[$i] = $mol->[$i][3]; $m[$i] = $massa{$atom[$i]}; } # Вычисляем молекулярную массу my $M = sum(@m[1..$N]); #print "$M\n"; # Перемещаем геометрию в центр масс my $sum; $sum = sum(map { $x[$_]*$m[$_] } 1..$N)/$M; $_ -= $sum for @x[1..$N]; $sum = sum(map { $y[$_]*$m[$_] } 1..$N)/$M; $_ -= $sum for @y[1..$N]; $sum = sum(map { $z[$_]*$m[$_] } 1..$N)/$M; $_ -= $sum for @z[1..$N]; #&write_molden; # Суть: молекулу представляем в виде эллипсоида инерции. # Длина главных осей этого эллипсоида определяются собственными значениями # тензора инерции, а их направление - соответствующими собственными векторами. # Г. Голдстейн. Классическая механика. Глава 5. # Вычисляем тензор инерции # | Ixx Ixy Ixz | # | Ixy Iyy Iyz | # | Ixz Iyz Izz | my (@r2,$Ixx,$Ixy,$Ixz,$Iyy,$Iyz,$Izz); $r2[$_] = $x[$_]**2+$y[$_]**2+$z[$_]**2 for 1..$N; $Ixx = sum(map {$m[$_]*($r2[$_]-$x[$_]**2)} 1..$N); $Iyy = sum(map {$m[$_]*($r2[$_]-$y[$_]**2)} 1..$N); $Izz = sum(map {$m[$_]*($r2[$_]-$z[$_]**2)} 1..$N); $Ixy = -sum(map {$m[$_]*$x[$_]*$y[$_]} 1..$N); $Ixz = -sum(map {$m[$_]*$x[$_]*$z[$_]} 1..$N); $Iyz = -sum(map {$m[$_]*$y[$_]*$z[$_]} 1..$N); #($Ixx,$Ixy,$Ixz,$Iyy,$Iyz,$Izz) = (6,-2,2,5,0,7); #print "Тензор инерции:\n"; #printf "%12.8f %12.8f %12.8f\n%12.8f %12.8f %12.8f\n%12.8f %12.8f %12.8f\n", # $Ixx, $Ixy, $Ixz, $Ixy, $Iyy, $Iyz, $Ixz, $Iyz, $Izz; my @eigen = reverse jacobi($Ixx,$Ixy,$Ixz,$Iyy,$Iyz,$Izz) or die "Eigen error\n"; #pp(@eigen); my @eigen_num = (sqrt($eigen[0][0]/$M), sqrt($eigen[1][0]/$M), sqrt($eigen[2][0]/$M)); #write_molden($mol); #pp(@z); if ($ellips == 2) { # Преобразуем геометрию к новой системе координат (собственные вектора) for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { for (0..2) { $mol->[$i][$_+1] = $x[$i]*$eigen[$_][1][0] + $y[$i]*$eigen[$_][1][1] + $z[$i]*$eigen[$_][1][2]; # print " #$mol->[$i][$_+1] = $x[$i]*$eigen[$_][1][0] + # $z[$i]*$eigen[$_][1][1] + # $y[$i]*$eigen[$_][1][2]; # \n"; } } #write_molden($mol); # Чтобы тяжелая часть молекулы была в верхнем правом углу # Отражаем молекулу, чтобы было больше атомов с отрицательными x,y my ($xp,$xm,$yp,$ym); for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { $mol->[$i][1]<0 ? $xm++ : $xp++; $mol->[$i][2]<0 ? $ym++ : $yp++; #$mol->[$i][3]<0 ? $zm++ : $zp++; } my $reflects = 0; if ($xp > $xm) { $_->[1] *= -1 for @{$mol}[1..$N]; $reflects++; } if ($yp > $ym) { $_->[2] *= -1 for @{$mol}[1..$N]; $reflects++; } # Чтобы было четное кол-во отражений (не получился энантиомер) if ($reflects%2) { $_->[3] *= -1 for @{$mol}[1..$N]; } } $mol->[0]{Ellips} = sprintf '%.2f_%.2f_%.2f', @eigen_num; } return 1; } sub jacobi { ########################################################################### ## Собственные числа и векторы симметричной матрицы методом Якоби. ## Код из Жориной программы dte (C). ## Принимает массив ($Ixx,$Ixy,$Ixz,$Iyy,$Iyz,$Izz). ## Возвращает отсортированный (по убыванию собств. чисел) массив двухэлементных ## массивов. 1-й элемент - собств. число, 2-й - соответствующий ему вектор. ########################################################################### my @a = ([ $_[0],$_[1],$_[2] ], [ $_[1],$_[3],$_[4] ], [ $_[2],$_[4],$_[5] ]); my ($j, $iq, $ip, $i, $n); my ($tresh, $theta, $tau, $t, $sm, $s, $h, $g, $c); my $maxit = 50; $n = 3; my @v = ([1,0,0], [0,1,0], [0,0,1]); my @b = my @d = ($a[0][0],$a[1][1],$a[2][2]); my @z = (0,0,0); my $nrot = 0; for ($i=0; $i<$maxit; $i++) { $sm = abs($a[0][1]) + abs($a[0][2]) + abs($a[1][2]); if ($sm == 0) { return sort {$b->[0] <=> $a->[0]} ([$d[0], [$v[0][0],$v[1][0],$v[2][0]]], [$d[1], [$v[0][1],$v[1][1],$v[2][1]]], [$d[2], [$v[0][2],$v[1][2],$v[2][2]]]); } # The normal return, which relies on # quadratic convergence to machine underflow. $tresh = ($i < 4) ? 0.2*$sm/($n*$n) : 0; # ...on the first three sweeps. # ...thereafter. for ($ip=0; $ip<$n-1; $ip++) { for ($iq=$ip+1; $iq<$n; $iq++) { $g = 100*abs($a[$ip][$iq]); # After four sweeps, skip the rotation if the off-diagonal element is small. if ($i>4 && abs($d[$ip])+$g == abs($d[$ip]) && abs($d[$iq])+$g == abs($d[$iq])) { $a[$ip][$iq] = 0; } elsif (abs ($a[$ip][$iq]) > $tresh) { $h = $d[$iq]-$d[$ip]; if (abs($h)+$g == abs($h)) { $t = $a[$ip][$iq]/$h; } # $t = 1/(2theta) else { $theta = 0.5*$h/$a[$ip][$iq]; $t = 1/(abs($theta)+sqrt(1+$theta*$theta)); if ($theta < 0) {$t = -$t;} } $c = 1/sqrt(1+$t*$t); $s = $t*$c; $tau = $s/(1+$c); $h = $t*$a[$ip][$iq]; $z[$ip] -= $h; $z[$iq] += $h; $d[$ip] -= $h; $d[$iq] += $h; $a[$ip][$iq] = 0; for ($j=0; $j<$ip; $j++) { # Case of rotations 0 <= $j < p. $g = $a[$j][$ip]; $h = $a[$j][$iq]; $a[$j][$ip] = $g-$s*($h+$g*$tau); $a[$j][$iq] = $h+$s*($g-$h*$tau); } for ($j=$ip+1; $j<$iq; $j++) { # Case of rotations p < $j < q. $g = $a[$ip][$j]; $h = $a[$j][$iq]; $a[$ip][$j] = $g-$s*($h+$g*$tau); $a[$j][$iq] = $h+$s*($g-$h*$tau); } for ($j=$iq+1; $j<$n; $j++) { # Case of rotations q < $j < $n. $g = $a[$ip][$j]; $h = $a[$iq][$j]; $a[$ip][$j] = $g-$s*($h+$g*$tau); $a[$iq][$j] = $h+$s*($g-$h*$tau); } for ($j=0; $j<$n; $j++) { $g = $v[$j][$ip]; $h = $v[$j][$iq]; $v[$j][$ip] = $g-$s*($h+$g*$tau); $v[$j][$iq] = $h+$s*($g-$h*$tau); } ++$nrot; } } } for ($ip=0; $ip<$n; $ip++) { $b[$ip] += $z[$ip]; $d[$ip] = $b[$ip]; # Update $d with the sum of tapq, $z[$ip] = 0; # and reinitialize $z. } } return undef; } sub sum { my $sum = 0; foreach (@_) { $sum += $_; } return $sum; } sub element { ############################################################################ ## Возвращает атомный номер по символу либо символ по номеру ## или undef при отсутствии элемента в таблице Менделеева ############################################################################ # Таблица Менделеева my @ATOM = qw (XX H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg ); my $atom = shift; if ($atom=~/^\d+$/) { return undef if $atom > $#ATOM; return $ATOM[$atom]; } $atom = ucfirst $atom; my %ATOM; @ATOM{@ATOM} = 0..$#ATOM; return $ATOM{$atom} if exists $ATOM{$atom}; return undef; } sub average_xyz { my $n = shift; my $shift = shift; my @mol = @_; $n = @mol if $n==1; my @av_mol; my $N = @{$mol[0]}; my $i1 = 0; my $i2 = 0; while (1) { my $av_mol; $i1 = $i2-$shift+1; $i1 = 0 if $i1 < 0; $i2 = $i1+$n-1; $i2 = $#mol if $i2 > $#mol; #warn "$i1..$i2\n"; my $nn = $i2-$i1+1; $av_mol->[0]{Energy} = sum(map {$_->[0]{Energy}} @mol[$i1..$i2])/$nn; for (my $j=1; $j<$N; $j++) { $av_mol->[$j][0] = $mol[$i1][$j][0]; $av_mol->[$j][1] = sum(map {$_->[$j][1]} @mol[$i1..$i2])/$nn; $av_mol->[$j][2] = sum(map {$_->[$j][2]} @mol[$i1..$i2])/$nn; $av_mol->[$j][3] = sum(map {$_->[$j][3]} @mol[$i1..$i2])/$nn; } push @av_mol, $av_mol; last if $i2 == $#mol; } return @av_mol; } sub smooth_xyz { my $n = shift; my $pass = shift; my @mol = @_; my $N = @{$mol[0]}; my $ip = int($n/2); my $im = $n%2 ? $ip : ($ip-1); foreach (1..$pass) { my @smol; for (my $i=0; $i<@mol; $i++) { my $i1 = $i-$im; $i1 = 0 if $i1<0; my $i2 = $i+$ip; $i2 = $#mol if $i2 > $#mol; #warn "$i1..$i2\n"; my $nn = $i2-$i1+1; $smol[$i][0]{Energy} = sum(map {$_->[0]{Energy}} @mol[$i1..$i2])/$nn; $smol[$i][0]{Energy} = sprintf("%.2f", $smol[$i][0]{Energy}) if $smol[$i][0]{Energy} !~ /\./; for (my $j=1; $j<$N; $j++) { $smol[$i][$j][0] = $mol[$i][$j][0]; $smol[$i][$j][1] = sum(map {$_->[$j][1]} @mol[$i1..$i2])/$nn; $smol[$i][$j][2] = sum(map {$_->[$j][2]} @mol[$i1..$i2])/$nn; $smol[$i][$j][3] = sum(map {$_->[$j][3]} @mol[$i1..$i2])/$nn; } } @mol = @smol; } return @mol; } sub atoms_only { my $mol = $_[0]; my @vector = sort {$a<=>$b} parse_n($_[1],scalar(@$mol)); @vector = addH($mol, @vector) if abs($_[2])==2; my $N = @$mol-1; if ($_[2] < 0) { my @v = 1..$N; foreach (reverse @vector) { splice @v, $_-1, 1; } @vector = @v; } #print "@vector\n"; exit; my @m = ($mol->[0]); foreach my $i (@vector) { push @m, $mol->[$i]; } return \@m; } sub to_centre_mass { # Помещает центр координат молекул в центр масс # Массы изотопов my %massa = qw( H 1.007947 He 4.0026022 Li 6.9412 Be 9.0121823 B 10.8117 C 12.01078 N 14.00672 O 15.99943 F 18.99840325 Ne 20.17976 Na 22.9897702 Mg 24.30506 Al 26.9815382 Si 28.08553 P 30.9737612 S 32.0655 Cl 35.4532 Ar 39.9481 K 39.09831 Ca 40.0784 Sc 44.9559108 Ti 47.8671 V 50.94151 Cr 51.99616 Mn 54.9380499 Fe 55.8452 Co 58.9332009 Ni 58.69342 Cu 63.5463 Zn 65.4094 Ga 69.7231 Ge 72.641 As 74.921602 Se 78.963 Br 79.9041 Kr 83.7982 Rb 85.46783 Sr 87.621 Y 88.905852 Zr 91.2242 Nb 92.906382 Mo 95.942 Ru 101.072 Rh 102.905502 Pd 106.421 Ag 107.86822 Cd 112.4118 In 114.8183 Sn 118.7107 Sb 121.7601 Te 127.603 I 126.904473 Xe 131.2936 Cs 132.905452 Ba 137.3277 La 138.90552 Ce 140.1161 Pr 140.907652 Nd 144.243 Sm 150.363 Eu 151.9641 Gd 157.253 Tb 158.925342 Dy 162.5001 Ho 164.930322 Er 167.2593 Tm 168.934212 Yb 173.043 Lu 174.9671 Hf 178.492 Ta 180.94791 W 183.841 Re 186.2071 Os 190.233 Ir 192.2173 Pt 195.0782 Au 196.966552 Hg 200.592 Tl 204.38332 Pb 207.21 Bi 208.980382 Th 232.03811 Pa 231.035882 U 238.028913 ); foreach my $mol (@_) { my $N = $#{$mol}; #return undef if $i > $N; my ($x0,$y0,$z0,$M); for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { my $m = $massa{$mol->[$i][0]}; $x0 += $m * $mol->[$i][1]; $y0 += $m * $mol->[$i][2]; $z0 += $m * $mol->[$i][3]; $M += $m; } $x0 /= $M; $y0 /= $M; $z0 /= $M; #warn "$x0,$y0,$z0,$M\n"; for (my $i=1; $i<=$N; $i++) { $mol->[$i][1] -= $x0; $mol->[$i][2] -= $y0; $mol->[$i][3] -= $z0; } } return 1; } sub common_axes { foreach my $mol (@_) { for (my $i=1; $i<@$mol; $i++) { my ($x,$y) = ($mol->[$i][1],$mol->[$i][2]); $mol->[$i][1] = $y; $mol->[$i][2] = -$x; } } return 1; } sub addH { my $mol = shift; my @vector = @_; # Ковалентные радиусы из Dalton Trans., 2008, 2832-2838 my %radius = qw( H 0.31 He 0.28 Li 1.28 Be 0.96 B 0.84 C 0.73 N 0.71 O 0.66 F 0.57 Ne 0.58 Na 1.66 Mg 1.41 Al 1.21 Si 1.11 P 1.07 S 1.05 Cl 1.02 Ar 1.06 K 2.03 Ca 1.76 Sc 1.70 Ti 1.60 V 1.53 Cr 1.39 Mn 1.50 Fe 1.44 Co 1.38 Ni 1.24 Cu 1.32 Zn 1.22 Ga 1.22 Ge 1.20 As 1.19 Se 1.20 Br 1.20 Kr 1.16 Rb 2.20 Sr 1.95 Y 1.90 Zr 1.75 Nb 1.64 Mo 1.54 Tc 1.47 Ru 1.46 Rh 1.42 Pd 1.39 Ag 1.45 Cd 1.44 In 1.42 Sn 1.39 Sb 1.39 Te 1.38 I 1.39 Xe 1.40 Cs 2.44 Ba 2.15 La 2.07 Ce 2.04 Pr 2.03 Nd 2.01 Pm 1.99 Sm 1.98 Eu 1.98 Gd 1.96 Tb 1.94 Dy 1.92 Ho 1.92 Er 1.89 Tm 1.90 Yb 1.87 Lu 1.87 Hf 1.75 Ta 1.70 W 1.62 Re 1.51 Os 1.44 Ir 1.41 Pt 1.36 Au 1.36 Hg 1.32 Tl 1.45 Pb 1.46 Bi 1.48 Po 1.40 At 1.50 Rn 1.50 Fr 2.60 Ra 2.21 Ac 2.15 Th 2.06 Pa 2.00 U 1.96 Np 1.90 Pu 1.87 Am 1.80 Cm 1.69 ); my @Hs; foreach my $i (@vector) { next if $mol->[$i][0] eq 'H'; for (my $j=1; $j<@$mol; $j++) { next if $mol->[$j][0] ne 'H'; next if $i==$j; if (! exists $radius{$mol->[$j][0]}) { warn "Unknown atom $j: $mol->[$j][0]\n"; next; } #print dist($mol,$i,$j), ' < ', "($radius{'H'}+$radius{$mol->[$i][0]})", " $i,$j\n"; if ( dist($mol,$i,$j) < ($radius{'H'}+$radius{$mol->[$i][0]})*1.2 ) { #print " $i,$j\n"; push @Hs, $j; } } } #print "@Hs\n"; exit; return sort {$a<=>$b} (@vector,@Hs); } sub dist { my ($mol,$i,$j) = @_; my $rij = sqrt(($mol->[$i][1]-$mol->[$j][1])**2 + ($mol->[$i][2]-$mol->[$j][2])**2 + ($mol->[$i][3]-$mol->[$j][3])**2 ); return $rij; } sub join_mols { my @mols = @_; # Преобразуем координаты $ellips = 2; ellips(@mols); my $zshift = 0; for (my $i=1; $i<@mols; $i++) { my $z0 = $mols[$i-1][0]{Ellips}=~/(\d+\.\d+)/; my $z1 = $mols[$i][0]{Ellips}=~/(\d+\.\d+)/; $zshift += ($z0+$z1)*$join; for (my $j=1; $j<@{$mols[$i]}; $j++) { $mols[$i][$j][3] += $zshift; } } my $T = $mols[0][0]{G}[0][0]; my @joined_mol = ({Energy=>0.0, HoF=>0.0, Edisp=>0.0, ZPE=>0.0, G=>[[$T,0.0]]}); foreach my $en (keys %{$joined_mol[0]}) { if (grep {! defined $_->[0]{$en}} @mols) { delete $joined_mol[0]{$en}; } } #pp @joined_mol; foreach my $mol (@mols) { #pp $mol; my @tmp_mol = @$mol; foreach my $en (keys %{$joined_mol[0]}) { if ($en eq 'G') { $joined_mol[0]{G}[0][1] += ($tmp_mol[0]{G}[0][1] || 0); } else { $joined_mol[0]{$en} += ($tmp_mol[0]{$en} || 0); } } shift @tmp_mol; push @joined_mol, @tmp_mol } return \@joined_mol; } sub insert_ppm { my $xyzppm = shift; die "No $xyzppm\n" unless -f $xyzppm; (my $mol_ppm) = read_molden($xyzppm); #my @mols; foreach my $mol (@_) { for (my $i=1; $i<@$mol; $i++) { die "Inconsistent atoms $i\n" if ucfirst($mol->[$i][0]) ne ucfirst($mol_ppm->[$i][0]); $mol->[$i][4] = $mol_ppm->[$i][4]; } #push @mols, $mol; } #return @mols; return scalar @_; } sub insert_G { my $G_xyz = shift; die "No $G_xyz\n" unless -f $G_xyz; (my $mol_G) = read_molden($G_xyz); #my @mols; foreach my $mol (@_) { if (exists $mol_G->[0]{G}) { $mol->[0]{G} = $mol_G->[0]{G}; } if (exists $mol_G->[0]{ZPE}) { $mol->[0]{ZPE} = $mol_G->[0]{ZPE}; } #push @mols, $mol; } #return @mols; return scalar @_; } sub get_rms { ############################################################################ ## Переделанная на перл coord.c Г.Сальникова ## Принимает две ссылки на геометрии (см. read_molden() из conformers) ## Возвращает RMSD между геометриями ## Во вторую ссылку записывает новую, сглаженную геометрию ## Использует глобальный хэш %massa с массами элементов (см. smooth) ############################################################################ my ($mol0, $mol1) = @_; my ($i, $n, $rot); my (@m, @x0, @y0, @z0, @x1, @y1, @z1, $xc, $yc, $zc, $e, $e0, $mtot, $tg1, $tg2, $phi, $phix, $phiy, $phiz); my $M_PI = atan2(0,-1); my $FLT_EPSILON = 1e-12; #my $debug = 0; #/*** Input data preparation ***/ $n = $#{$mol0}; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $m[$i] = $massa{$mol0->[$i+1][0]}; die "Inconsistent data\n" if $massa{$mol1->[$i+1][0]} != $m[$i]; $mtot += $m[$i]; $x0[$i] = $mol0->[$i+1][1]; $y0[$i] = $mol0->[$i+1][2]; $z0[$i] = $mol0->[$i+1][3]; $x1[$i] = $mol1->[$i+1][1]; $y1[$i] = $mol1->[$i+1][2]; $z1[$i] = $mol1->[$i+1][3]; } #/*** 1-st translation to center of mass ***/ $xc = $yc = $zc = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $xc += $m[$i]*$x0[$i]; $yc += $m[$i]*$y0[$i]; $zc += $m[$i]*$z0[$i]; } $xc /= $mtot; $yc /= $mtot; $zc /= $mtot; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $x0[$i] -= $xc; $y0[$i] -= $yc; $z0[$i] -= $zc; } if ($debug) { printf ("1-st molecule in center of mass\n"); for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x0[$i], $y0[$i], $z0[$i]; } printf "1-st center of mass translation on: (%10f, %10f, %10f)\n", -$xc, -$yc, -$zc; } #/*** 2-nd translation to center of mass ***/ $xc = $yc = $zc = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $xc += $m[$i]*$x1[$i]; $yc += $m[$i]*$y1[$i]; $zc += $m[$i]*$z1[$i]; } $xc /= $mtot; $yc /= $mtot; $zc /= $mtot; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $x1[$i] -= $xc; $y1[$i] -= $yc; $z1[$i] -= $zc; } if ($debug) { printf ("2-nd molecule in center of mass\n"); for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x1[$i], $y1[$i], $z1[$i]; } printf "2-nd center of mass translation on: (%10f, %10f, %10f)\n", -$xc, -$yc, -$zc; } $e = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $e += $m[$i]*(($x1[$i]-$x0[$i])*($x1[$i]-$x0[$i])+ ($y1[$i]-$y0[$i])*($y1[$i]-$y0[$i])+ ($z1[$i]-$z0[$i])*($z1[$i]-$z0[$i])); } printf ("2*energy: %g\n", $e) if $debug; for ($rot=1; ; $rot++) { $e0 = $e; #/*** Rotation around X ***/ $tg1 = $tg2 = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $tg1 += $m[$i]*($y0[$i]*$z1[$i]-$z0[$i]*$y1[$i]); $tg2 += $m[$i]*($y0[$i]*$y1[$i]+$z0[$i]*$z1[$i]); } $phi = atan2 ($tg1, $tg2); for ($i=0; $i<$n; $i++) { $yc = $y1[$i]*cos($phi)+$z1[$i]*sin($phi); $zc = $z1[$i]*cos($phi)-$y1[$i]*sin($phi); $y1[$i] = $yc; $z1[$i] = $zc; } $e = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $e += $m[$i]*(($x1[$i]-$x0[$i])*($x1[$i]-$x0[$i])+ ($y1[$i]-$y0[$i])*($y1[$i]-$y0[$i])+ ($z1[$i]-$z0[$i])*($z1[$i]-$z0[$i])); } if ($debug) { for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x1[$i], $y1[$i], $z1[$i]; } printf "after %d-th rotation around X on: %g (%g deg)\n2*energy: %g\n", $rot, $phi, $phi*180/$M_PI, $e; } $phix = $phi; #/*** Rotation around Y ***/ $tg1 = $tg2 = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $tg1 += $m[$i]*($z0[$i]*$x1[$i]-$x0[$i]*$z1[$i]); $tg2 += $m[$i]*($z0[$i]*$z1[$i]+$x0[$i]*$x1[$i]); } $phi = atan2 ($tg1, $tg2); for ($i=0; $i<$n; $i++) { $xc = $x1[$i]*cos($phi)-$z1[$i]*sin($phi); $zc = $z1[$i]*cos($phi)+$x1[$i]*sin($phi); $x1[$i] = $xc; $z1[$i] = $zc; } $e = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $e += $m[$i]*(($x1[$i]-$x0[$i])*($x1[$i]-$x0[$i])+ ($y1[$i]-$y0[$i])*($y1[$i]-$y0[$i])+ ($z1[$i]-$z0[$i])*($z1[$i]-$z0[$i])); } if ($debug) { for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x1[$i], $y1[$i], $z1[$i]; } printf "after %d-th rotation around Y on: %g (%g deg)\n2*energy: %g\n", $rot, $phi, $phi*180/$M_PI, $e; } $phiy = $phi; #/*** Rotation around Z ***/ $tg1 = $tg2 = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $tg1 += $m[$i]*($x0[$i]*$y1[$i]-$y0[$i]*$x1[$i]); $tg2 += $m[$i]*($x0[$i]*$x1[$i]+$y0[$i]*$y1[$i]); } $phi = atan2 ($tg1, $tg2); for ($i=0; $i<$n; $i++) { $xc = $x1[$i]*cos($phi)+$y1[$i]*sin($phi); $yc = $y1[$i]*cos($phi)-$x1[$i]*sin($phi); $x1[$i] = $xc; $y1[$i] = $yc; } $e = 0; for ($i=0; $i<$n; $i++) { $e += $m[$i]*(($x1[$i]-$x0[$i])*($x1[$i]-$x0[$i])+ ($y1[$i]-$y0[$i])*($y1[$i]-$y0[$i])+ ($z1[$i]-$z0[$i])*($z1[$i]-$z0[$i])); } if ($debug) { for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x1[$i], $y1[$i], $z1[$i]; } printf "after %d-th rotation around Z on: %g (%g deg)\n2*energy: %g\n", $rot, $phi, $phi*180/$M_PI, $e; } $phiz = $phi; #print "$phix $phiy $phiz\n"; #print abs(($e-$e0)/($e+$e0)), "\n"; #print "$e == $e0\n"; last if (abs($phix) < $FLT_EPSILON && abs($phiy) < $FLT_EPSILON && abs($phiz) < $FLT_EPSILON && ($e == $e0 || abs($e+$e0) < $FLT_EPSILON || (abs(($e-$e0)/($e+$e0)) < $FLT_EPSILON))); } #/*** Output data preparation ***/ for ($i=0; $i<$n; $i++) { $mol1->[$i+1][1] = $x1[$i]; $mol1->[$i+1][2] = $y1[$i]; $mol1->[$i+1][3] = $z1[$i]; } if ($debug) { for ($i=0; $i<$n; $i++) { printf "%2.0f %10f %10f %10f\n", $m[$i], $x1[$i], $y1[$i], $z1[$i]; } printf "2*energy: %g\n", $e; } #/*** Finished ***/ return sqrt($e); # return $e; } sub irc_like { my $rms = shift; my @mol = (shift); my $count = 1; foreach (@_) { if ($count == @_) { push @mol,$_ if $_->[0]{Energy} <= $mol[-1][0]{Energy}; last; } next if $_->[0]{Energy} > $mol[-1][0]{Energy}; my $rrr = $rms==0 ? 1e6 : get_rms($mol[-1],$_); next if $rrr <= $rms; push @mol,$_; $count++; } return @mol; } sub content { my $T = shift; my $unit = shift; my @mols = @_; #pp @mols; my @en; my $min = 1e18; foreach my $mol (@mols) { my $e = $mol->[0]{Energy}; return unless defined $e; push @en, $e; $min = $e if $min>$e; } @en = map {$_-$min} @en; #pp @en; my (@fract,$sum); foreach (@en) { my $f = exp(-$_*$unit*1000/1.9872/$T); push @fract, $f; $sum += $f; } @fract = map {$_/$sum} @fract; for (my $i=0; $i<@mols; $i++) { $mols[$i][0]{Content} = sprintf "%.6f", $fract[$i]; } return @mols; }