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[GMRES2stage.git] / paper.tex
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+++ b/paper.tex
 \usepackage{amsmath}
 \usepackage{amssymb}
 \usepackage{multirow}
+\usepackage{graphicx}
 
 \algnewcommand\algorithmicinput{\textbf{Input:}}
 \algnewcommand\Input{\item[\algorithmicinput]}
@@ -583,8 +584,7 @@ performances.
 The present paper is organized  as follows. In Section~\ref{sec:02} some related
 works are presented. Section~\ref{sec:03} presents our two-stage algorithm using
 a  least-square  residual  minimization.   Section~\ref{sec:04}  describes  some
-convergence  results  on this  method.   In Section~\ref{sec:05},  parallization
-details  of  TSARM  are  given.  Section~\ref{sec:06}  shows  some  experimental
+convergence  results  on this  method.   Section~\ref{sec:05}  shows  some  experimental
 results  obtained on large  clusters of  our algorithm  using routines  of PETSc
 toolkit.  Finally Section~\ref{sec:06} concludes and gives some perspectives.
 %%%*********************************************************
@@ -615,7 +615,7 @@ points of our solver are given in Algorithm~\ref{algo:01}.
 
 In order to accelerate the convergence, the outer iteration periodically applies
 a least-square minimization  on the residuals computed by  the inner solver. The
-inner solver is a Krylov based solver which does not required to be changed.
+inner solver is based on a Krylov method which does not require to be changed.
 
 At each outer iteration, the sparse linear system $Ax=b$ is solved, only for $m$
 iterations, using an iterative method restarting with the previous solution. For
@@ -644,11 +644,11 @@ appropriate than a direct method in a parallel context.
   \Input $A$ (sparse matrix), $b$ (right-hand side)
   \Output $x$ (solution vector)\vspace{0.2cm}
   \State Set the initial guess $x^0$
-  \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence (error$<\epsilon_{kryl}$)} \label{algo:conv}
+  \For {$k=1,2,3,\ldots$ until convergence (error$<\epsilon_{tsarm}$)} \label{algo:conv}
     \State  $x^k=Solve(A,b,x^{k-1},max\_iter_{kryl})$   \label{algo:solve}
     \State retrieve error
     \State $S_{k~mod~s}=x^k$ \label{algo:store}
-    \If {$k$ mod $s=0$ {\bf and} error$>\epsilon_{kryl}$}
+    \If {$k$ mod $s=0$ {\bf and} error$>\epsilon_{tsarm}$}
       \State $R=AS$ \Comment{compute dense matrix} \label{algo:matrix_mul}
       \State Solve least-squares problem $\underset{\alpha\in\mathbb{R}^{s}}{min}\|b-R\alpha\|_2$ \label{algo:}
       \State $x^k=S\alpha$  \Comment{compute new solution}
@@ -664,7 +664,7 @@ called for a  maximum of $max\_iter_{kryl}$ iterations.  In practice, we  sugges
 equals to  the restart  number of the  GMRES-like method. Moreover,  a tolerance
 threshold must be specified for the  solver. In practice, this threshold must be
 much  smaller  than the  convergence  threshold  of  the TSARM  algorithm  (i.e.
-$\epsilon$).  Line~\ref{algo:store}, $S_{k~ mod~ s}=x^k$ consists in copying the
+$\epsilon_{tsarm}$).  Line~\ref{algo:store}, $S_{k~ mod~ s}=x^k$ consists in copying the
 solution  $x_k$  into the  column  $k~  mod~ s$ of  the  matrix  $S$. After  the
 minimization, the matrix $S$ is reused with the new values of the residuals.  To
 solve the minimization problem, an  iterative method is used. Two parameters are
@@ -673,25 +673,13 @@ method.
 
 To summarize, the important parameters of TSARM are:
 \begin{itemize}
-\item $\epsilon_{kryl}$ the threshold to stop the method of the krylov method
+\item $\epsilon_{tsarm}$ the threshold to stop the TSARM method
 \item $max\_iter_{kryl}$ the maximum number of iterations for the krylov method
 \item $s$ the number of outer iterations before applying the minimization step
 \item $max\_iter_{ls}$ the maximum number of iterations for the iterative least-square method
 \item $\epsilon_{ls}$ the threshold to stop the least-square method
 \end{itemize}
 
-%%%*********************************************************
-%%%*********************************************************
-
-\section{Convergence results}
-\label{sec:04}
-
-
-
-%%%*********************************************************
-%%%*********************************************************
-\section{Parallelization}
-\label{sec:05}
 
 The  parallelisation  of  TSARM  relies   on  the  parallelization  of  all  its
 parts. More  precisely, except  the least-square step,  all the other  parts are
@@ -733,10 +721,21 @@ In each iteration  of CGLS, there is two  matrix-vector multiplications and some
 classical operations:  dots, norm, multiplication  and addition on  vectors. All
 these operations are easy to implement in PETSc or similar environment.
 
+
+
+%%%*********************************************************
+%%%*********************************************************
+
+\section{Convergence results}
+\label{sec:04}
+
+
+
+
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 \section{Experiments using petsc}
-\label{sec:06}
+\label{sec:05}
 
 
 In order to see the influence of our algorithm with only one processor, we first
@@ -766,13 +765,12 @@ torso3             & 2D/3D problem & 259,156 & 4,429,042 \\
 
 The following  parameters have been chosen  for our experiments.   As by default
 the restart  of GMRES is performed every  30 iterations, we have  chosen to stop
-the     GMRES    every     30    iterations     (line     \ref{algo:solve}    in
-Algorithm~\ref{algo:01}).   $s$ is  set to  8. CGLS  is chosen  to  minimize the
-least-squares  problem.  Two  conditions  are  used to  stop  CGLS,  either  the
-precision is under $1e-40$ or the  number of iterations is greater to $20$.  The
-external   precision    is   set    to   $1e-10$   (line    \ref{algo:conv}   in
-Algorithm~\ref{algo:01}).  Those  experiments have been performed  on a Intel(R)
-Core(TM) i7-3630QM CPU @ 2.40GHz with the version 3.5.1 of PETSc.
+the GMRES every 30 iterations, $max\_iter_{kryl}=30$).  $s$ is set to 8. CGLS is
+chosen  to minimize  the least-squares  problem with  the  following parameters:
+$\epsilon_{ls}=1e-40$ and $max\_iter_{ls}=20$.  The external precision is set to
+$1e-10$  (i.e. ).   Those experiments
+have been  performed on  a Intel(R)  Core(TM) i7-3630QM CPU  @ 2.40GHz  with the
+version 3.5.1 of PETSc.
 
 
 In  Table~\ref{tab:02}, some  experiments comparing  the solving  of  the linear
@@ -815,13 +813,18 @@ torso3             & fgmres / sor  & 37.70 & 565 & 34.97 & 510 \\
 
 
 
-In the following we describe the applications of PETSc we have experimented. Those applications are available in the ksp part which is suited for  scalable linear equations solvers:
+In   the   following  we   describe   the   applications   of  PETSc   we   have
+experimented. Those applications  are available in the ksp  part which is suited
+for scalable linear equations solvers:
 \begin{itemize}
-\item ex15  is an example  which solves in  parallel an operator using  a  finite  difference  scheme.  The  diagonal is  equals  to  4  and  4
-  extra-diagonals  representing the  neighbors in  each directions  is  equal to
-  -1. This  example is used in many  physical phenomena , for  exemple, heat and
-  fluid flow, wave propagation...
-\item ex54 is another example based on 2D problem discretized  with quadrilateral finite elements. For this example, the user can define the scaling of material coefficient in embedded circle, it is called $\alpha$.
+\item ex15  is an example  which solves in  parallel an operator using  a finite
+  difference  scheme.   The  diagonal  is  equals to  4  and  4  extra-diagonals
+  representing the neighbors in each directions  is equal to -1. This example is
+  used  in many  physical phenomena  , for  exemple, heat  and fluid  flow, wave
+  propagation...
+\item ex54 is another example based on 2D problem discretized with quadrilateral
+  finite elements. For this example, the user can define the scaling of material
+  coefficient in embedded circle, it is called $\alpha$.
 \end{itemize}
 For more technical details on  these applications, interested reader are invited
 to  read the  codes available  in the  PETSc sources.   Those problem  have been
@@ -856,6 +859,17 @@ but they are not scalable with many cores.
 \end{table*}
 
 
+\begin{figure}
+\centering
+  \includegraphics[width=0.45\textwidth]{nb_iter_sec_ex15_juqueen}
+\caption{Number of iterations per second with ex15 and the same parameters than in Table~\ref{tab:03}}
+\label{fig:01}
+\end{figure}
+
+
+
+
+
 \begin{table*}
 \begin{center}
 \begin{tabular}{|r|r|r|r|r|r|r|r|r|} 
@@ -913,7 +927,7 @@ but they are not scalable with many cores.
 %%%*********************************************************
 %%%*********************************************************
 \section{Conclusion}
-\label{sec:07}
+\label{sec:06}
 %The conclusion goes here. this is more of the conclusion
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