teshsuite/surf/lmm_usage/lmm_usage.cpp

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007-2018. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   4
   5 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   6  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   7
   8 #include "simgrid/msg.h"
   9 #include "src/kernel/lmm/maxmin.hpp"
  10 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  11 #include "xbt/log.h"
  12 #include "xbt/module.h"
  13 #include "xbt/sysdep.h"
  14 #include <algorithm>
  15 #include <cmath>
  16
  17 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  18
  19 using namespace simgrid::kernel;
  20
  21 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g", (var)->get_value())
  22 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  23
  24 /*        ______                 */
  25 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  26 /*        ------                 */
  27
  28 enum method_t { MAXMIN, LAGRANGE_RENO, LAGRANGE_VEGAS };
  29
  30 static lmm::System* new_system(method_t method, bool update)
  31 {
  32   switch (method) {
  33     case MAXMIN:
  34       return lmm::make_new_maxmin_system(update);
  35     case LAGRANGE_VEGAS:
  36     case LAGRANGE_RENO:
  37       return lmm::make_new_lagrange_system(update);
  38     default:
  39       xbt_die("Invalid method");
  40   }
  41 }
  42
  43 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  44 {
  45   double overall_error = 2 * min_error;
  46
  47   double min_func = func(min);
  48   double max_func = func(max);
  49
  50   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  51     return min - 1.0;
  52   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  53     return max + 1.0;
  54   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  55     abort();
  56
  57   SHOW_EXPR(min_error);
  58
  59   while (overall_error > min_error) {
  60     SHOW_EXPR(overall_error);
  61     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  62     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  63     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  64
  65     SHOW_EXPR(min);
  66     SHOW_EXPR(min_func);
  67     SHOW_EXPR(max);
  68     SHOW_EXPR(max_func);
  69
  70     double middle = (max + min) / 2.0;
  71     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  72       break;
  73     }
  74     double middle_func = func(middle);
  75     SHOW_EXPR(middle);
  76     SHOW_EXPR(middle_func);
  77
  78     if (middle_func < 0) {
  79       min = middle;
  80       min_func = middle_func;
  81       overall_error = max_func - middle_func;
  82     } else if (middle_func > 0) {
  83       max = middle;
  84       max_func = middle_func;
  85       overall_error = middle_func - min_func;
  86     } else {
  87       overall_error = 0;
  88     }
  89   }
  90   return ((min + max) / 2.0);
  91 }
  92
  93 double a_test_1 = 0;
  94 double b_test_1 = 0;
  95 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  96 {
  97   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  98            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  99 }
 100
 101 static void test1(method_t method)
 102 {
 103   double a = 1.0;
 104   double b = 10.0;
 105
 106   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 107     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 108   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 109     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 110
 111   lmm::System* Sys    = new_system(method, true);
 112   lmm::Constraint* L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 113   lmm::Constraint* L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 114   lmm::Constraint* L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 115
 116   lmm::Variable* R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 117   lmm::Variable* R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 118   lmm::Variable* R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 119   lmm::Variable* R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 120
 121   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 122   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 123   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 124   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 125
 126   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 127   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 128   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 129
 130   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 131   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 132   Sys->expand(L3, R_3, 1.0);
 133
 134   if (method == MAXMIN) {
 135     Sys->solve();
 136   } else {
 137     double x;
 138     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 139       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 140       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 141       if (x > a) {
 142         x = a;
 143       }
 144       if (x < 0) {
 145         x = 0;
 146       }
 147     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 148       a_test_1 = a;
 149       b_test_1 = b;
 150       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 151
 152       if (x < 0)
 153         x = 0;
 154       if (x > a)
 155         x = a;
 156     } else {
 157       xbt_die( "Invalid method");
 158     }
 159
 160     Sys->solve();
 161
 162     double max_deviation = 0.0;
 163     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1->get_value() - x));
 164     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_3->get_value() - x));
 165     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_2->get_value() - (b - a + x)));
 166     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1_2_3->get_value() - (a - x)));
 167
 168     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 169       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 170       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 171       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, R_1->get_value() - x);
 172       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x, R_2->get_value() - (b - a + x));
 173       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, R_3->get_value() - x);
 174       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x, R_1_2_3->get_value() - (a - x));
 175     }
 176   }
 177
 178   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 179   PRINT_VAR(R_1);
 180   PRINT_VAR(R_2);
 181   PRINT_VAR(R_3);
 182
 183   Sys->variable_free(R_1_2_3);
 184   Sys->variable_free(R_1);
 185   Sys->variable_free(R_2);
 186   Sys->variable_free(R_3);
 187   delete Sys;
 188 }
 189
 190 static void test2(method_t method)
 191 {
 192   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 193     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 194   if (method == LAGRANGE_RENO)
 195     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 196
 197   lmm::System* Sys = new_system(method, true);
 198
 199   lmm::Constraint* CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 200   lmm::Constraint* CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 201
 202   lmm::Variable* T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 203   lmm::Variable* T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 204
 205   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 206   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 207
 208   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 209   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 210
 211   Sys->solve();
 212
 213   PRINT_VAR(T1);
 214   PRINT_VAR(T2);
 215
 216   Sys->variable_free(T1);
 217   Sys->variable_free(T2);
 218   delete Sys;
 219 }
 220
 221 static void test3(method_t method)
 222 {
 223   int flows = 11;
 224   int links = 10;
 225
 226   double** A = new double*[links + 5];
 227   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 228   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 229
 230   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 231     A[i] = new double[flows + 5];
 232     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 233       A[i][j] = 0.0;
 234
 235       if (i >= links || j >= flows) {
 236         A[i][j] = 0.0;
 237       }
 238     }
 239   }
 240
 241   /*matrix that store the constraints/topology */
 242   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 243   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 244   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 245   A[3][8] =                                          1.0;
 246   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 247   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 248   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 249   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 250   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 251   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 252   A[10][11] =                                        1.0;
 253   A[11][12] =                                        1.0;
 254   A[12][13] =                                        1.0;
 255   A[13][14] =                                        1.0;
 256   A[14][15] =                                        1.0;
 257
 258   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 259     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 260   if (method == LAGRANGE_RENO)
 261     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 262
 263   lmm::System* Sys = new_system(method, true);
 264
 265   /* Creates the constraints */
 266   lmm::Constraint** tmp_cnst = new lmm::Constraint*[15];
 267   for (int i = 0; i < 15; i++)
 268     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 269
 270   /* Creates the variables */
 271   lmm::Variable** tmp_var = new lmm::Variable*[16];
 272   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 273     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 274     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 275   }
 276
 277   /* Link constraints and variables */
 278   for (int i = 0; i < 15; i++)
 279     for (int j = 0; j < 16; j++)
 280       if (A[i][j])
 281         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 282
 283   Sys->solve();
 284
 285   for (int j = 0; j < 16; j++)
 286     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 287
 288   for (int j = 0; j < 16; j++)
 289     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 290   delete[] tmp_var;
 291   delete[] tmp_cnst;
 292   delete Sys;
 293   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 294     delete[] A[i];
 295   delete[] A;
 296 }
 297
 298 int main(int argc, char** argv)
 299 {
 300   MSG_init(&argc, argv);
 301   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 302   test1(MAXMIN);
 303   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 304   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 305   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 306   test1(LAGRANGE_RENO);
 307
 308   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 309   test2(MAXMIN);
 310   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 311   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 312   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 313   test2(LAGRANGE_RENO);
 314
 315   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 316   test3(MAXMIN);
 317   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 318   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 319   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 320   test3(LAGRANGE_RENO);
 321
 322   return 0;
 323 }