teshsuite/surf/lmm_usage/lmm_usage.cpp

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007-2017. The SimGrid Team.
   4  * All rights reserved.                                                     */
   5
   6 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   7  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   8
   9 #include "simgrid/msg.h"
  10 #include "src/kernel/lmm/maxmin.hpp"
  11 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  12 #include "xbt/log.h"
  13 #include "xbt/module.h"
  14 #include "xbt/sysdep.h"
  15 #include <algorithm>
  16 #include <cmath>
  17
  18 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  19
  20 using namespace simgrid::surf;
  21
  22 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g", (var)->get_value())
  23 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  24
  25 /*        ______                 */
  26 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  27 /*        ------                 */
  28
  29 enum method_t { MAXMIN, LAGRANGE_RENO, LAGRANGE_VEGAS };
  30
  31 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  32 {
  33   double overall_error = 2 * min_error;
  34
  35   double min_func = func(min);
  36   double max_func = func(max);
  37
  38   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  39     return min - 1.0;
  40   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  41     return max + 1.0;
  42   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  43     abort();
  44
  45   SHOW_EXPR(min_error);
  46
  47   while (overall_error > min_error) {
  48     SHOW_EXPR(overall_error);
  49     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  50     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  51     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  52
  53     SHOW_EXPR(min);
  54     SHOW_EXPR(min_func);
  55     SHOW_EXPR(max);
  56     SHOW_EXPR(max_func);
  57
  58     double middle = (max + min) / 2.0;
  59     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  60       break;
  61     }
  62     double middle_func = func(middle);
  63     SHOW_EXPR(middle);
  64     SHOW_EXPR(middle_func);
  65
  66     if (middle_func < 0) {
  67       min = middle;
  68       min_func = middle_func;
  69       overall_error = max_func - middle_func;
  70     } else if (middle_func > 0) {
  71       max = middle;
  72       max_func = middle_func;
  73       overall_error = middle_func - min_func;
  74     } else {
  75       overall_error = 0;
  76     }
  77   }
  78   return ((min + max) / 2.0);
  79 }
  80
  81 double a_test_1 = 0;
  82 double b_test_1 = 0;
  83 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  84 {
  85   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  86            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  87 }
  88
  89 static void test1(method_t method)
  90 {
  91   double a = 1.0;
  92   double b = 10.0;
  93
  94   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
  95     simgrid::kernel::lmm::lmm_set_default_protocol_function(
  96         simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
  97   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  98     simgrid::kernel::lmm::lmm_set_default_protocol_function(
  99         simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 100
 101   lmm_system_t Sys    = new simgrid::kernel::lmm::s_lmm_system_t(true);
 102   lmm_constraint_t L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 103   lmm_constraint_t L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 104   lmm_constraint_t L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 105
 106   lmm_variable_t R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 107   lmm_variable_t R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 108   lmm_variable_t R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 109   lmm_variable_t R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 110
 111   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 112   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 113   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 114   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 115
 116   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 117   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 118   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 119
 120   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 121   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 122   Sys->expand(L3, R_3, 1.0);
 123
 124   if (method == MAXMIN) {
 125     lmm_solve(Sys);
 126   } else {
 127     double x;
 128     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 129       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 130       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 131       if (x > a) {
 132         x = a;
 133       }
 134       if (x < 0) {
 135         x = 0;
 136       }
 137     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 138       a_test_1 = a;
 139       b_test_1 = b;
 140       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 141
 142       if (x < 0)
 143         x = 0;
 144       if (x > a)
 145         x = a;
 146     } else {
 147       xbt_die( "Invalid method");
 148     }
 149
 150     lagrange_solve(Sys);
 151
 152     double max_deviation = 0.0;
 153     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1->get_value() - x));
 154     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_3->get_value() - x));
 155     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_2->get_value() - (b - a + x)));
 156     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1_2_3->get_value() - (a - x)));
 157
 158     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 159       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 160       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 161       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, R_1->get_value() - x);
 162       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x, R_2->get_value() - (b - a + x));
 163       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, R_3->get_value() - x);
 164       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x, R_1_2_3->get_value() - (a - x));
 165     }
 166   }
 167
 168   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 169   PRINT_VAR(R_1);
 170   PRINT_VAR(R_2);
 171   PRINT_VAR(R_3);
 172
 173   Sys->variable_free(R_1_2_3);
 174   Sys->variable_free(R_1);
 175   Sys->variable_free(R_2);
 176   Sys->variable_free(R_3);
 177   delete Sys;
 178 }
 179
 180 static void test2(method_t method)
 181 {
 182   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 183     lmm_set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp,
 184                                       simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
 185   if (method == LAGRANGE_RENO)
 186     lmm_set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fp,
 187                                       simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 188
 189   lmm_system_t Sys      = new simgrid::kernel::lmm::s_lmm_system_t(true);
 190   lmm_constraint_t CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 191   lmm_constraint_t CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 192
 193   lmm_variable_t T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 194   lmm_variable_t T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 195
 196   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 197   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 198
 199   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 200   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 201
 202   if (method == MAXMIN) {
 203     lmm_solve(Sys);
 204   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 205     lagrange_solve(Sys);
 206   } else {
 207     xbt_die("Invalid method");
 208   }
 209
 210   PRINT_VAR(T1);
 211   PRINT_VAR(T2);
 212
 213   Sys->variable_free(T1);
 214   Sys->variable_free(T2);
 215   delete Sys;
 216 }
 217
 218 static void test3(method_t method)
 219 {
 220   int flows = 11;
 221   int links = 10;
 222
 223   double** A = new double*[links + 5];
 224   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 225   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 226
 227   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 228     A[i] = new double[flows + 5];
 229     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 230       A[i][j] = 0.0;
 231
 232       if (i >= links || j >= flows) {
 233         A[i][j] = 0.0;
 234       }
 235     }
 236   }
 237
 238   /*matrix that store the constraints/topology */
 239   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 240   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 241   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 242   A[3][8] =                                          1.0;
 243   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 244   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 245   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 246   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 247   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 248   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 249   A[10][11] =                                        1.0;
 250   A[11][12] =                                        1.0;
 251   A[12][13] =                                        1.0;
 252   A[13][14] =                                        1.0;
 253   A[14][15] =                                        1.0;
 254
 255   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 256     lmm_set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp,
 257                                       simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
 258   if (method == LAGRANGE_RENO)
 259     lmm_set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fp,
 260                                       simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 261
 262   lmm_system_t Sys = new simgrid::kernel::lmm::s_lmm_system_t(true);
 263
 264   /* Creates the constraints */
 265   lmm_constraint_t* tmp_cnst = new lmm_constraint_t[15];
 266   for (int i = 0; i < 15; i++)
 267     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 268
 269   /* Creates the variables */
 270   lmm_variable_t* tmp_var = new lmm_variable_t[16];
 271   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 272     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 273     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 274   }
 275
 276   /* Link constraints and variables */
 277   for (int i = 0; i < 15; i++)
 278     for (int j = 0; j < 16; j++)
 279       if (A[i][j])
 280         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 281
 282   if (method == MAXMIN) {
 283     lmm_solve(Sys);
 284   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 285     lagrange_solve(Sys);
 286   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 287     lagrange_solve(Sys);
 288   } else {
 289     xbt_die("Invalid method");
 290   }
 291
 292   for (int j = 0; j < 16; j++)
 293     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 294
 295   for (int j = 0; j < 16; j++)
 296     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 297   delete[] tmp_var;
 298   delete[] tmp_cnst;
 299   delete Sys;
 300   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 301     delete[] A[i];
 302   delete[] A;
 303 }
 304
 305 int main(int argc, char** argv)
 306 {
 307   MSG_init(&argc, argv);
 308   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 309   test1(MAXMIN);
 310   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 311   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 312   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 313   test1(LAGRANGE_RENO);
 314
 315   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 316   test2(MAXMIN);
 317   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 318   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 319   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 320   test2(LAGRANGE_RENO);
 321
 322   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 323   test3(MAXMIN);
 324   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 325   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 326   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 327   test3(LAGRANGE_RENO);
 328
 329   return 0;
 330 }