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       1              : MODULE m_broyden
       2              :   USE m_juDFT
       3              :   !################################################################
       4              :   !     IMIX = 3 : BROYDEN'S FIRST METHOD
       5              :   !     IMIX = 5 : BROYDEN'S SECOND METHOD
       6              :   !     IMIX = 7 : GENERALIZED ANDERSEN METHOD
       7              :   !     sm   : input charge density of iteration m
       8              :   !            afterwards update rho(m+1)
       9              :   !     fm   : output minus input charge density of iteration m
      10              :   !     sm1  : input charge density of iteration m-1
      11              :   !     fm1   : output minus inputcharge density of iteration m-1
      12              :   !################################################################
      13              : CONTAINS
      14          738 :   SUBROUTINE broyden(alpha,fm,sm,l_dfpt)
      15              :     USE m_types
      16              :     USE m_types_mixvector
      17              :     IMPLICIT NONE
      18              : 
      19              :     real,INTENT(IN)                 :: alpha
      20              :     TYPE(t_mixvector),INTENT(IN)    :: fm(:)
      21              :     TYPE(t_mixvector),INTENT(INOUT) :: sm(:)
      22              :     LOGICAL,            INTENT(IN) :: l_dfpt
      23              : 
      24              :     ! Locals
      25              :     INTEGER           :: n,it,hlen
      26              :     REAL              :: fmvm,vmnorm
      27          738 :     REAL,ALLOCATABLE  :: am(:),dfivi(:)
      28          738 :     TYPE(t_mixvector) :: fm1,sm1,ui,um,vi,vm
      29          738 :     TYPE(t_mixvector),allocatable :: u_store(:),v_store(:)
      30              : 
      31          738 :     hlen=size(fm)
      32          738 :     IF (hlen<2) THEN !Do a simple mixing step
      33          163 :        sm(hlen)=sm(hlen)+alpha*fm(hlen)
      34          163 :        RETURN
      35              :     ENDIF
      36              : 
      37         6981 :     ALLOCATE(u_store(hlen-2),v_store(hlen-2))
      38         3778 :     do it=1,hlen-2
      39         3203 :        call u_store(it)%alloc()
      40         3778 :        call v_store(it)%alloc()
      41              :     enddo
      42              : 
      43          575 :     CALL fm1%alloc()
      44          575 :     CALL sm1%alloc()
      45          575 :     CALL ui%alloc()
      46          575 :     CALL um%alloc()
      47          575 :     CALL vi%alloc()
      48          575 :     CALL vm%alloc()
      49              : 
      50          575 :     ALLOCATE (am(hlen-1),dfivi(hlen-1))
      51         4353 :     dfivi = 0.0
      52         4353 :     am  = 0.0
      53          575 :     call timestart("Broyden-loop")
      54         4353 :     DO n=2,hlen
      55         3778 :        sm1 = sm(n) - sm(n-1)
      56         3778 :        fm1 = fm(n) - fm(n-1)
      57              :        !     |vi> = w|vi>
      58              :        !     loop to generate um : um = sm1 + alpha*fm1 - \sum <fm1|w|vi> ui
      59         3778 :        um = alpha * fm1 + sm1
      60         3778 :        call timestart("Broyden-1.loop")
      61        20916 :        DO it = n-2,1,-1
      62        17138 :           ui=u_store(it)
      63        17138 :           vi=v_store(it)
      64              : 
      65        17138 :           am(it) = vi.dot.fm1
      66              :           ! calculate um(:) = -am(it)*ui(:) + um(:)
      67        20916 :           um=um-am(it)*ui
      68              :           !WRITE(oUnit,FMT='(5x,"<vi|w|Fm> for it",i2,5x,f10.6)')it,am(it)
      69              :        END DO
      70         3778 :        call timestop("Broyden-1.loop")
      71              : 
      72              :        ! calculate vm = alpha*wfm1 -\sum <fm1|w|vi> <fi1|w|vi><vi|
      73              :        ! convolute fm1 with the metrik and store in vm
      74         3778 :        vm=fm1%apply_metric(l_dfpt)
      75         3778 :        call timestart("Broyden-2.loop")
      76        20916 :        DO it = n-2,1,-1
      77        17138 :           vi=v_store(it)
      78              :           ! calculate vm(:) = -am(it)*dfivi*vi(:) + vm
      79        20916 :           vm=vm-am(it)*dfivi(it)*vi
      80              :        END DO
      81         3778 :        call timestop("Broyden-2.loop")
      82              : 
      83         3778 :        vmnorm=fm1.dot.vm
      84              :        ! if (vmnorm.lt.tol_10) stop
      85              : 
      86              :        ! calculate vm(:) = (1.0/vmnorm)*vm(:)
      87         3778 :        vm=(1.0/vmnorm)*vm
      88              : 
      89              :        ! save dfivi(mit) for next iteration
      90         3778 :        dfivi(n-1) = vmnorm
      91         3778 :        IF (n<hlen) u_store(n-1)=um
      92         4353 :        IF (n<hlen) v_store(n-1)=vm
      93              :     enddo
      94          575 :     call timestop("Broyden-loop")
      95              :     ! update rho(m+1)
      96              :     ! calculate <fm|w|vm>
      97          575 :     fmvm = vm.dot.fm(hlen)
      98              :     ! calculate sm(:) = (1.0-fmvm)*um(:) + sm
      99          575 :     sm(hlen)=sm(hlen)+(1.0-fmvm)*um
     100              : 
     101         7144 :   END SUBROUTINE broyden
     102              : END MODULE m_broyden