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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         664 :   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         664 :     REAL,ALLOCATABLE  :: am(:),dfivi(:)
      28         664 :     TYPE(t_mixvector) :: fm1,sm1,ui,um,vi,vm
      29         664 :     TYPE(t_mixvector),allocatable :: u_store(:),v_store(:)
      30             : 
      31         664 :     hlen=size(fm)
      32         664 :     IF (hlen<2) THEN !Do a simple mixing step
      33         144 :        sm(hlen)=sm(hlen)+alpha*fm(hlen)
      34         144 :        RETURN
      35             :     ENDIF
      36             : 
      37        8668 :     ALLOCATE(u_store(hlen-2),v_store(hlen-2))
      38        3814 :     do it=1,hlen-2
      39        3294 :        call u_store(it)%alloc()
      40        3814 :        call v_store(it)%alloc()
      41             :     enddo
      42             : 
      43         520 :     CALL fm1%alloc()
      44         520 :     CALL sm1%alloc()
      45         520 :     CALL ui%alloc()
      46         520 :     CALL um%alloc()
      47         520 :     CALL vi%alloc()
      48         520 :     CALL vm%alloc()
      49             : 
      50        2080 :     ALLOCATE (am(hlen-1),dfivi(hlen-1))
      51        4334 :     dfivi = 0.0
      52        4334 :     am  = 0.0
      53         520 :     call timestart("Broyden-loop")
      54        4334 :     DO n=2,hlen
      55        3814 :        sm1 = sm(n) - sm(n-1)
      56        3814 :        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        3814 :        um = alpha * fm1 + sm1
      60        3814 :        call timestart("Broyden-1.loop")
      61       23438 :        DO it = n-2,1,-1
      62       19624 :           ui=u_store(it)
      63       19624 :           vi=v_store(it)
      64             : 
      65       19624 :           am(it) = vi.dot.fm1
      66             :           ! calculate um(:) = -am(it)*ui(:) + um(:)
      67       23438 :           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        3814 :        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        3814 :        vm=fm1%apply_metric(l_dfpt)
      75        3814 :        call timestart("Broyden-2.loop")
      76       23438 :        DO it = n-2,1,-1
      77       19624 :           vi=v_store(it)
      78             :           ! calculate vm(:) = -am(it)*dfivi*vi(:) + vm
      79       23438 :           vm=vm-am(it)*dfivi(it)*vi
      80             :        END DO
      81        3814 :        call timestop("Broyden-2.loop")
      82             : 
      83        3814 :        vmnorm=fm1.dot.vm
      84             :        ! if (vmnorm.lt.tol_10) stop
      85             : 
      86             :        ! calculate vm(:) = (1.0/vmnorm)*vm(:)
      87        3814 :        vm=(1.0/vmnorm)*vm
      88             : 
      89             :        ! save dfivi(mit) for next iteration
      90        3814 :        dfivi(n-1) = vmnorm
      91        3814 :        IF (n<hlen) u_store(n-1)=um
      92        4334 :        IF (n<hlen) v_store(n-1)=vm
      93             :     enddo
      94         520 :     call timestop("Broyden-loop")
      95             :     ! update rho(m+1)
      96             :     ! calculate <fm|w|vm>
      97         520 :     fmvm = vm.dot.fm(hlen)
      98             :     ! calculate sm(:) = (1.0-fmvm)*um(:) + sm
      99         520 :     sm(hlen)=sm(hlen)+(1.0-fmvm)*um
     100             : 
     101        7252 :   END SUBROUTINE broyden
     102             : END MODULE m_broyden