| 1 |  | 
|---|
| 2 | #include <stddef.h> | 
|---|
| 3 | #include <util/misc/autovec.h> | 
|---|
| 4 | #include <util/misc/scexception.h> | 
|---|
| 5 | #include <chemistry/qc/wfn/obwfn.h> | 
|---|
| 6 | #include <chemistry/qc/scf/clhf.h> | 
|---|
| 7 |  | 
|---|
| 8 | using namespace std; | 
|---|
| 9 | using namespace sc; | 
|---|
| 10 |  | 
|---|
| 11 | class MP2: public Wavefunction { | 
|---|
| 12 | Ref<OneBodyWavefunction> ref_mp2_wfn_; | 
|---|
| 13 | double compute_mp2_energy(); | 
|---|
| 14 |  | 
|---|
| 15 | public: | 
|---|
| 16 | MP2(const Ref<KeyVal> &); | 
|---|
| 17 | MP2(StateIn &); | 
|---|
| 18 | void save_data_state(StateOut &); | 
|---|
| 19 | void compute(void); | 
|---|
| 20 | void obsolete(void); | 
|---|
| 21 | int nelectron(void); | 
|---|
| 22 | RefSymmSCMatrix density(void); | 
|---|
| 23 | int spin_polarized(void); | 
|---|
| 24 | int value_implemented(void) const; | 
|---|
| 25 | }; | 
|---|
| 26 |  | 
|---|
| 27 | static ClassDesc MP2_cd(typeid(MP2), "MP2", 1, "public Wavefunction", | 
|---|
| 28 | 0, create<MP2>, create<MP2>); | 
|---|
| 29 |  | 
|---|
| 30 | MP2::MP2(const Ref<KeyVal> &keyval):Wavefunction(keyval) { | 
|---|
| 31 | ref_mp2_wfn_ << keyval->describedclassvalue("reference"); | 
|---|
| 32 | if(ref_mp2_wfn_.null()) { | 
|---|
| 33 | throw InputError("require a OneBodyWavefunction object", | 
|---|
| 34 | __FILE__, __LINE__, "reference", 0, | 
|---|
| 35 | class_desc()); | 
|---|
| 36 | } | 
|---|
| 37 | } | 
|---|
| 38 |  | 
|---|
| 39 | MP2::MP2(StateIn &statein):Wavefunction(statein) | 
|---|
| 40 | { | 
|---|
| 41 | ref_mp2_wfn_ << SavableState::restore_state(statein); | 
|---|
| 42 | } | 
|---|
| 43 |  | 
|---|
| 44 | void | 
|---|
| 45 | MP2::save_data_state(StateOut &stateout) { | 
|---|
| 46 | Wavefunction::save_data_state(stateout); | 
|---|
| 47 |  | 
|---|
| 48 | SavableState::save_state(ref_mp2_wfn_.pointer(),stateout); | 
|---|
| 49 | } | 
|---|
| 50 |  | 
|---|
| 51 | void | 
|---|
| 52 | MP2::compute(void) | 
|---|
| 53 | { | 
|---|
| 54 | if(gradient_needed()) { | 
|---|
| 55 | throw FeatureNotImplemented("no gradients yet", | 
|---|
| 56 | __FILE__, __LINE__, class_desc()); | 
|---|
| 57 | } | 
|---|
| 58 |  | 
|---|
| 59 | double extra_hf_acc = 10.; | 
|---|
| 60 | ref_mp2_wfn_->set_desired_value_accuracy(desired_value_accuracy() | 
|---|
| 61 | / extra_hf_acc); | 
|---|
| 62 | double refenergy = ref_mp2_wfn_->energy(); | 
|---|
| 63 | double mp2energy = compute_mp2_energy(); | 
|---|
| 64 |  | 
|---|
| 65 | ExEnv::out0() << indent << "MP2 Energy = " << mp2energy << endl; | 
|---|
| 66 |  | 
|---|
| 67 | set_value(refenergy + mp2energy); | 
|---|
| 68 | set_actual_value_accuracy(ref_mp2_wfn_->actual_value_accuracy() | 
|---|
| 69 | * extra_hf_acc); | 
|---|
| 70 | } | 
|---|
| 71 |  | 
|---|
| 72 | void | 
|---|
| 73 | MP2::obsolete(void) { | 
|---|
| 74 | Wavefunction::obsolete(); | 
|---|
| 75 | ref_mp2_wfn_->obsolete(); | 
|---|
| 76 | } | 
|---|
| 77 |  | 
|---|
| 78 | int | 
|---|
| 79 | MP2::nelectron(void) { | 
|---|
| 80 | return ref_mp2_wfn_->nelectron(); | 
|---|
| 81 | } | 
|---|
| 82 |  | 
|---|
| 83 | RefSymmSCMatrix | 
|---|
| 84 | MP2::density(void) { | 
|---|
| 85 | throw FeatureNotImplemented("no density yet", | 
|---|
| 86 | __FILE__, __LINE__, class_desc()); | 
|---|
| 87 | return 0; | 
|---|
| 88 | } | 
|---|
| 89 |  | 
|---|
| 90 | int | 
|---|
| 91 | MP2::spin_polarized(void) { | 
|---|
| 92 | return 0; | 
|---|
| 93 | } | 
|---|
| 94 |  | 
|---|
| 95 | int | 
|---|
| 96 | MP2::value_implemented(void) const { | 
|---|
| 97 | return 1; | 
|---|
| 98 | } | 
|---|
| 99 |  | 
|---|
| 100 | double | 
|---|
| 101 | MP2::compute_mp2_energy() | 
|---|
| 102 | { | 
|---|
| 103 | if(molecule()->point_group()->char_table().order() != 1) { | 
|---|
| 104 | throw FeatureNotImplemented("C1 symmetry only", | 
|---|
| 105 | __FILE__, __LINE__, class_desc()); | 
|---|
| 106 | } | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 | RefSCMatrix vec = ref_mp2_wfn_->eigenvectors(); | 
|---|
| 109 |  | 
|---|
| 110 | int nao = vec.nrow(); | 
|---|
| 111 | int nmo = vec.ncol(); | 
|---|
| 112 | int nocc = ref_mp2_wfn_->nelectron()/2; | 
|---|
| 113 | int nvir = nmo - nocc; | 
|---|
| 114 |  | 
|---|
| 115 | auto_vec<double> cvec_av(new double [vec.nrow() * vec.ncol()]); | 
|---|
| 116 | double *cvec = cvec_av.get(); | 
|---|
| 117 | vec->convert(cvec); | 
|---|
| 118 |  | 
|---|
| 119 | auto_vec<double> pqrs_av(new double [nao * nao * nao * nao]); | 
|---|
| 120 | double *pqrs = pqrs_av.get(); | 
|---|
| 121 | for(int n = 0; n < nao*nao*nao*nao; n++) pqrs[n] = 0.0; | 
|---|
| 122 |  | 
|---|
| 123 | Ref<TwoBodyInt> twoint = integral()->electron_repulsion(); | 
|---|
| 124 | const double *buffer = twoint->buffer(); | 
|---|
| 125 |  | 
|---|
| 126 | Ref<GaussianBasisSet> basis = this->basis(); | 
|---|
| 127 |  | 
|---|
| 128 | int nshell = basis->nshell(); | 
|---|
| 129 | for(int P = 0; P < nshell; P++) { | 
|---|
| 130 | int nump = basis->shell(P).nfunction(); | 
|---|
| 131 |  | 
|---|
| 132 | for(int Q = 0; Q < nshell; Q++) { | 
|---|
| 133 | int numq = basis->shell(Q).nfunction(); | 
|---|
| 134 |  | 
|---|
| 135 | for(int R = 0; R < nshell; R++) { | 
|---|
| 136 | int numr = basis->shell(R).nfunction(); | 
|---|
| 137 |  | 
|---|
| 138 | for(int S = 0; S < nshell; S++) { | 
|---|
| 139 | int nums = basis->shell(S).nfunction(); | 
|---|
| 140 |  | 
|---|
| 141 | twoint->compute_shell(P,Q,R,S); | 
|---|
| 142 |  | 
|---|
| 143 | int index = 0; | 
|---|
| 144 | for(int p=0; p < nump; p++) { | 
|---|
| 145 | int op = basis->shell_to_function(P)+p; | 
|---|
| 146 |  | 
|---|
| 147 | for(int q = 0; q < numq; q++) { | 
|---|
| 148 | int oq = basis->shell_to_function(Q)+q; | 
|---|
| 149 |  | 
|---|
| 150 | for(int r = 0; r < numr; r++) { | 
|---|
| 151 | int oor = basis->shell_to_function(R)+r; | 
|---|
| 152 |  | 
|---|
| 153 | for(int s = 0; s < nums; s++,index++) { | 
|---|
| 154 | int os = basis->shell_to_function(S)+s; | 
|---|
| 155 |  | 
|---|
| 156 | int ipqrs = (((op*nao+oq)*nao+oor)*nao+os); | 
|---|
| 157 |  | 
|---|
| 158 | pqrs[ipqrs] = buffer[index]; | 
|---|
| 159 |  | 
|---|
| 160 | } | 
|---|
| 161 | } | 
|---|
| 162 | } | 
|---|
| 163 | } | 
|---|
| 164 |  | 
|---|
| 165 | } | 
|---|
| 166 | } | 
|---|
| 167 | } | 
|---|
| 168 | } | 
|---|
| 169 |  | 
|---|
| 170 | twoint = 0; | 
|---|
| 171 |  | 
|---|
| 172 | auto_vec<double> ijkl_av(new double [nmo * nmo * nmo * nmo]); | 
|---|
| 173 | double *ijkl = ijkl_av.get(); | 
|---|
| 174 |  | 
|---|
| 175 | int idx = 0; | 
|---|
| 176 | for(int i = 0; i < nmo; i++) { | 
|---|
| 177 | for(int j = 0; j < nmo; j++) { | 
|---|
| 178 | for(int k = 0; k < nmo; k++) { | 
|---|
| 179 | for(int l = 0; l < nmo; l++, idx++) { | 
|---|
| 180 |  | 
|---|
| 181 | ijkl[idx] = 0.0; | 
|---|
| 182 |  | 
|---|
| 183 | int index = 0; | 
|---|
| 184 | for(int p = 0; p < nao; p++) { | 
|---|
| 185 | for(int q = 0; q < nao; q++) { | 
|---|
| 186 | for(int r = 0; r < nao; r++) { | 
|---|
| 187 | for(int s = 0; s < nao; s++,index++) { | 
|---|
| 188 |  | 
|---|
| 189 | ijkl[idx] += cvec[p*nmo + i] * cvec[q*nmo +j] | 
|---|
| 190 | * cvec[r*nmo + k] * cvec[s*nmo + l] | 
|---|
| 191 | * pqrs[index]; | 
|---|
| 192 |  | 
|---|
| 193 | } | 
|---|
| 194 | } | 
|---|
| 195 | } | 
|---|
| 196 | } | 
|---|
| 197 |  | 
|---|
| 198 | } | 
|---|
| 199 | } | 
|---|
| 200 | } | 
|---|
| 201 | } | 
|---|
| 202 |  | 
|---|
| 203 | pqrs_av.release(); pqrs = 0; | 
|---|
| 204 | cvec_av.release(); cvec = 0; | 
|---|
| 205 |  | 
|---|
| 206 | auto_vec<double> evals_av(new double [nmo]); | 
|---|
| 207 | double *evals = evals_av.get(); | 
|---|
| 208 | ref_mp2_wfn_->eigenvalues()->convert(evals); | 
|---|
| 209 |  | 
|---|
| 210 | double energy = 0.0; | 
|---|
| 211 | for(int i=0; i < nocc; i++) { | 
|---|
| 212 | for(int j=0; j < nocc; j++) { | 
|---|
| 213 | for(int a=nocc; a < nmo; a++) { | 
|---|
| 214 | for(int b=nocc; b < nmo; b++) { | 
|---|
| 215 |  | 
|---|
| 216 | int iajb = (((i*nmo+a)*nmo+j)*nmo+b); | 
|---|
| 217 | int ibja = (((i*nmo+b)*nmo+j)*nmo+a); | 
|---|
| 218 |  | 
|---|
| 219 | energy += (2 * ijkl[iajb] - ijkl[ibja]) * ijkl[iajb]/ | 
|---|
| 220 | (evals[i] + evals[j] - evals[a] - evals[b]); | 
|---|
| 221 |  | 
|---|
| 222 | } | 
|---|
| 223 | } | 
|---|
| 224 | } | 
|---|
| 225 | } | 
|---|
| 226 |  | 
|---|
| 227 | ijkl_av.release(); ijkl = 0; | 
|---|
| 228 | evals_av.release(); evals = 0; | 
|---|
| 229 |  | 
|---|
| 230 | return energy; | 
|---|
| 231 | } | 
|---|