teshsuite/surf/lmm_usage/lmm_usage.cpp

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007-2015. 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 "xbt/sysdep.h"
  10 #include "surf/maxmin.h"
  11 #include "xbt/log.h"
  12 #include "xbt/module.h"
  13 #include <math.h>
  14 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  15
  16 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  17
  18 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var))
  19 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  20
  21 /*        ______                 */
  22 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  23 /*        ------                 */
  24
  25 typedef enum {
  26   MAXMIN,
  27   LAGRANGE_RENO,
  28   LAGRANGE_VEGAS
  29 } method_t;
  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     if ((min_func > 0 && max_func > 0) || (min_func < 0 && max_func < 0) || (min_func > 0 && max_func < 0)) {
  50       abort();
  51     } //TODO replace by xbt_assert
  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   lmm_system_t Sys = nullptr;
  92   lmm_constraint_t L1 = nullptr;
  93   lmm_constraint_t L2 = nullptr;
  94   lmm_constraint_t L3 = nullptr;
  95
  96   lmm_variable_t R_1_2_3 = nullptr;
  97   lmm_variable_t R_1 = nullptr;
  98   lmm_variable_t R_2 = nullptr;
  99   lmm_variable_t R_3 = nullptr;
 100
 101   double a = 1.0;
 102   double b = 10.0;
 103   double x ;
 104   double max_deviation = 0.0;
 105
 106   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 107     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 108   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 109     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
 110
 111   Sys = lmm_system_new(1);
 112   L1 = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>("L1")), a);
 113   L2 = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>("L2")), b);
 114   L3 = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>("L3")), a);
 115
 116   R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "R 1->2->3")), 1.0, -1.0, 3);
 117   R_1 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "R 1")), 1.0, -1.0, 1);
 118   R_2 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "R 2")), 1.0, -1.0, 1);
 119   R_3 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "R 3")), 1.0, -1.0, 1);
 120
 121   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 122   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 123   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 124   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 125
 126   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 127   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 128   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 129
 130   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 131   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 132   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 133
 134   if (method == MAXMIN) {
 135     lmm_solve(Sys);
 136   } else {
 137     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 138       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 139       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 140       if (x > a) {
 141         x = a;
 142       }
 143       if (x < 0) {
 144         x = 0;
 145       }
 146     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 147       a_test_1 = a;
 148       b_test_1 = b;
 149       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 150
 151       if (x < 0)
 152         x = 0;
 153       if (x > a)
 154         x = a;
 155     } else {
 156       xbt_die( "Invalid method");
 157     }
 158
 159     lagrange_solve(Sys);
 160
 161     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 162     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 163     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 164     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 165
 166     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 167       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 168       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 169       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 170       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 171                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 172       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 173       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 174                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (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   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 184   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 185   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 186   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 187   lmm_system_free(Sys);
 188 }
 189
 190 static void test2(method_t method)
 191 {
 192   lmm_system_t Sys = nullptr;
 193   lmm_constraint_t CPU1 = nullptr;
 194   lmm_constraint_t CPU2 = nullptr;
 195
 196   lmm_variable_t T1 = nullptr;
 197   lmm_variable_t T2 = nullptr;
 198
 199   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 200     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 201   if (method == LAGRANGE_RENO)
 202     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 203
 204   Sys = lmm_system_new(1);
 205   CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "CPU1")), 200.0);
 206   CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "CPU2")), 100.0);
 207
 208   T1 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "T1")), 1.0, -1.0, 1);
 209   T2 = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(const_cast<char*>( "T2")), 1.0, -1.0, 1);
 210
 211   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 212   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 213
 214   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 215   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 216
 217   if (method == MAXMIN) {
 218     lmm_solve(Sys);
 219   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 220     lagrange_solve(Sys);
 221   } else {
 222     xbt_die("Invalid method");
 223   }
 224
 225   PRINT_VAR(T1);
 226   PRINT_VAR(T2);
 227
 228   lmm_variable_free(Sys, T1);
 229   lmm_variable_free(Sys, T2);
 230   lmm_system_free(Sys);
 231 }
 232
 233 static void test3(method_t method)
 234 {
 235   int flows = 11;
 236   int links = 10;
 237
 238   int i = 0;
 239   int j = 0;
 240
 241   double **A;
 242
 243   lmm_system_t Sys = nullptr;
 244   lmm_constraint_t *tmp_cnst = nullptr;
 245   lmm_variable_t *tmp_var = nullptr;
 246   char **tmp_name;
 247
 248   /*array to add the the constraints of fictitious variables */
 249   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 250
 251   A = xbt_new0(double *, links + 5);
 252
 253   for (i = 0; i < links + 5; i++) {
 254     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
 255     for (j = 0; j < flows + 5; j++) {
 256       A[i][j] = 0.0;
 257
 258       if (i >= links || j >= flows) {
 259         A[i][j] = 0.0;
 260       }
 261     }
 262   }
 263
 264   /*matrix that store the constraints/topology */
 265   A[0][1] = 1.0;
 266   A[0][7] = 1.0;
 267   A[1][1] = 1.0;
 268   A[1][7] = 1.0;
 269   A[1][8] = 1.0;
 270   A[2][1] = 1.0;
 271   A[2][8] = 1.0;
 272   A[3][8] = 1.0;
 273   A[4][0] = 1.0;
 274   A[4][3] = 1.0;
 275   A[4][9] = 1.0;
 276   A[5][0] = 1.0;
 277   A[5][3] = 1.0;
 278   A[5][4] = 1.0;
 279   A[5][9] = 1.0;
 280   A[6][0] = 1.0;
 281   A[6][4] = 1.0;
 282   A[6][9] = 1.0;
 283   A[6][10] = 1.0;
 284   A[7][2] = 1.0;
 285   A[7][4] = 1.0;
 286   A[7][6] = 1.0;
 287   A[7][9] = 1.0;
 288   A[7][10] = 1.0;
 289   A[8][2] = 1.0;
 290   A[8][10] = 1.0;
 291   A[9][5] = 1.0;
 292   A[9][6] = 1.0;
 293   A[9][9] = 1.0;
 294   A[10][11] = 1.0;
 295   A[11][12] = 1.0;
 296   A[12][13] = 1.0;
 297   A[13][14] = 1.0;
 298   A[14][15] = 1.0;
 299
 300   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 301     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 302   if (method == LAGRANGE_RENO)
 303     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 304
 305   Sys = lmm_system_new(1);
 306
 307   tmp_name = xbt_new0(char *, 31);
 308
 309   /* Creates the constraints */
 310   tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
 311   for (i = 0; i < 15; i++) {
 312     tmp_name[i] = bprintf("C_%03d", i);
 313     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, static_cast<void *>(tmp_name[i]), B[i]);
 314   }
 315
 316   /* Creates the variables */
 317   tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
 318   for (j = 0; j < 16; j++) {
 319     tmp_name[i + j] = bprintf("X_%03d", j);
 320     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, static_cast<void *>(tmp_name[i + j]), 1.0, -1.0, 15);
 321     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 322   }
 323
 324   /* Link constraints and variables */
 325   for (i = 0; i < 15; i++) {
 326     for (j = 0; j < 16; j++) {
 327       if (A[i][j]) {
 328         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 329       }
 330     }
 331   }
 332
 333   if (method == MAXMIN) {
 334     lmm_solve(Sys);
 335   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 336     lagrange_solve(Sys);
 337   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 338     lagrange_solve(Sys);
 339   } else {
 340     xbt_die("Invalid method");
 341   }
 342
 343   for (j = 0; j < 16; j++) {
 344     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 345   }
 346
 347   for (j = 0; j < 16; j++)
 348     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 349   xbt_free(tmp_var);
 350   xbt_free(tmp_cnst);
 351   for (i = 0; i < 31; i++)
 352     xbt_free(tmp_name[i]);
 353   xbt_free(tmp_name);
 354   lmm_system_free(Sys);
 355   for (i = 0; i < links + 5; i++)
 356     xbt_free(A[i]);
 357   xbt_free(A);
 358 }
 359
 360 int main(int argc, char **argv)
 361 {
 362   surf_init(&argc, argv);
 363
 364   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 365   test1(MAXMIN);
 366   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 367   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 368   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 369   test1(LAGRANGE_RENO);
 370
 371   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 372   test2(MAXMIN);
 373   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 374   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 375   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 376   test2(LAGRANGE_RENO);
 377
 378   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 379   test3(MAXMIN);
 380   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 381   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 382   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 383   test3(LAGRANGE_RENO);
 384
 385   surf_exit();
 386   return 0;
 387 }