testsuite/surf/lmm_usage.c

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007, 2008, 2009, 2010. 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 #ifdef __BORLANDC__
  10 #pragma hdrstop
  11 #endif
  12
  13 #include "xbt/sysdep.h"
  14 #include "surf/maxmin.h"
  15 #include "xbt/log.h"
  16 #include "xbt/module.h"
  17 #include <math.h>
  18
  19 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test,
  20                              "Messages specific for surf example");
  21
  22 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var));
  23 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr);
  24
  25 /*                               */
  26 /*        ______                 */
  27 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  28 /*        ------                 */
  29 /*                               */
  30
  31 typedef enum {
  32   MAXMIN,
  33   LAGRANGE_RENO,
  34   LAGRANGE_VEGAS,
  35 } method_t;
  36
  37 static double dichotomy(double func(double), double min, double max,
  38                         double min_error)
  39 {
  40   double middle;
  41   double min_func, max_func, middle_func;
  42
  43   double overall_error = 2 * min_error;
  44
  45   min_func = func(min);
  46   max_func = func(max);
  47
  48   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  49     return min - 1.0;
  50   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  51     return max + 1.0;
  52   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  53     abort();
  54
  55   SHOW_EXPR(min_error);
  56
  57   while (overall_error > min_error) {
  58     SHOW_EXPR(overall_error);
  59     if ((min_func > 0 && max_func > 0) ||
  60         (min_func < 0 && max_func < 0) || (min_func > 0 && max_func < 0)) {
  61       abort();
  62     }
  63
  64     SHOW_EXPR(min);
  65     SHOW_EXPR(min_func);
  66     SHOW_EXPR(max);
  67     SHOW_EXPR(max_func);
  68
  69     middle = (max + min) / 2.0;
  70     if ((min == middle) || (max == middle)) {
  71       break;
  72     }
  73     middle_func = func(middle);
  74     SHOW_EXPR(middle);
  75     SHOW_EXPR(middle_func);
  76
  77     if (middle_func < 0) {
  78       min = middle;
  79       min_func = middle_func;
  80       overall_error = max_func - middle_func;
  81     } else if (middle_func > 0) {
  82       max = middle;
  83       max_func = middle_func;
  84       overall_error = middle_func - min_func;
  85     } else {
  86       overall_error = 0;
  87     }
  88   }
  89   return ((min + max) / 2.0);
  90 }
  91
  92 double a_test_1 = 0;
  93 double b_test_1 = 0;
  94 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  95 {
  96   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) -
  97            3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  98            3 / (2 *
  99                 (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) *
 100                  (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
 101 }
 102
 103 void test1(method_t method);
 104 void test1(method_t method)
 105 {
 106   lmm_system_t Sys = NULL;
 107   lmm_constraint_t L1 = NULL;
 108   lmm_constraint_t L2 = NULL;
 109   lmm_constraint_t L3 = NULL;
 110
 111   lmm_variable_t R_1_2_3 = NULL;
 112   lmm_variable_t R_1 = NULL;
 113   lmm_variable_t R_2 = NULL;
 114   lmm_variable_t R_3 = NULL;
 115
 116   double a = 1.0, b = 10.0;
 117
 118   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 119     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp,
 120                                       func_vegas_fpi);
 121   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 122     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi,
 123                                       func_reno_fpi);
 124
 125   Sys = lmm_system_new();
 126   L1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L1", a);
 127   L2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L2", b);
 128   L3 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L3", a);
 129
 130   R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1->2->3", 1.0, -1.0, 3);
 131   R_1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1", 1.0, -1.0, 1);
 132   R_2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 2", 1.0, -1.0, 1);
 133   R_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 3", 1.0, -1.0, 1);
 134
 135   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 136   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 137   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 138   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 139
 140   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 141   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 142   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 143
 144   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 145
 146   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 147
 148   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 149
 150
 151   if (method == MAXMIN) {
 152     lmm_solve(Sys);
 153   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 154     double x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 +
 155         sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 156     /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 157     double max_deviation = 0.0;
 158     if (x > a) {
 159       x = a;
 160     }
 161     if (x < 0) {
 162       x = 0;
 163     }
 164
 165     lagrange_solve(Sys);
 166
 167     max_deviation =
 168         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 169     max_deviation =
 170         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 171     max_deviation =
 172         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 173     max_deviation =
 174         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 175
 176     if (max_deviation > MAXMIN_PRECISION) {
 177       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 178       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 179       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x,
 180             lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 181       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f",
 182             b - a + x, lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 183       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x,
 184             lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 185       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f",
 186             a - x, lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 187     }
 188   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 189     double x;
 190     double max_deviation = 0.0;
 191
 192     a_test_1 = a;
 193     b_test_1 = b;
 194     x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 195
 196     if (x < 0)
 197       x = 0;
 198     if (x > a)
 199       x = a;
 200     lagrange_solve(Sys);
 201
 202     max_deviation =
 203         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 204     max_deviation =
 205         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 206     max_deviation =
 207         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 208     max_deviation =
 209         MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 210
 211     if (max_deviation > MAXMIN_PRECISION) {
 212       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 213       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 214       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x,
 215             lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 216       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f",
 217             b - a + x, lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 218       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x,
 219             lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 220       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f",
 221             a - x, lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 222     }
 223   } else {
 224     xbt_die( "Invalid method");
 225   }
 226
 227   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 228   PRINT_VAR(R_1);
 229   PRINT_VAR(R_2);
 230   PRINT_VAR(R_3);
 231
 232   lmm_system_free(Sys);
 233 }
 234
 235 void test2(method_t method);
 236 void test2(method_t method)
 237 {
 238   lmm_system_t Sys = NULL;
 239   lmm_constraint_t CPU1 = NULL;
 240   lmm_constraint_t CPU2 = NULL;
 241
 242   lmm_variable_t T1 = NULL;
 243   lmm_variable_t T2 = NULL;
 244
 245
 246   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 247     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp,
 248                                       func_vegas_fpi);
 249   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 250     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp,
 251                                       func_reno_fpi);
 252
 253   Sys = lmm_system_new();
 254   CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU1", 200.0);
 255   CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU2", 100.0);
 256
 257   T1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T1", 1.0, -1.0, 1);
 258   T2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T2", 1.0, -1.0, 1);
 259
 260   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 261   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 262
 263
 264   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 265   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 266
 267
 268
 269   if (method == MAXMIN) {
 270     lmm_solve(Sys);
 271   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 272     lagrange_solve(Sys);
 273   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 274     lagrange_solve(Sys);
 275   } else {
 276     xbt_die("Invalid method");
 277   }
 278
 279   PRINT_VAR(T1);
 280   PRINT_VAR(T2);
 281
 282   lmm_system_free(Sys);
 283 }
 284
 285
 286
 287 void test3(method_t method);
 288 void test3(method_t method)
 289 {
 290   int flows = 11;
 291   int links = 10;
 292
 293   int i = 0;
 294   int j = 0;
 295
 296   double **A;
 297
 298   lmm_system_t Sys = NULL;
 299   lmm_constraint_t *tmp_cnst = NULL;
 300   lmm_variable_t *tmp_var = NULL;
 301   char **tmp_name;
 302
 303
 304   /*array to add the the constraints of fictiv variables */
 305   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10,
 306
 307     1, 1, 1, 1, 1
 308   };
 309
 310   /*A = xbt_new0(double*, links + 5); */
 311   A = xbt_new0(double *, links + 5);
 312
 313   for (i = 0; i < links + 5; i++) {
 314     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
 315     for (j = 0; j < flows + 5; j++) {
 316       A[i][j] = 0.0;
 317
 318       if (i >= links || j >= flows) {
 319         A[i][j] = 0.0;
 320       }
 321     }
 322   }
 323
 324   /*matrix that store the constraints/topollogy */
 325   /*double A[15][16]=
 326      {{0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 327      {0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 328      {0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 329      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 330      {1, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 331      {1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 332      {1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1,    0, 0, 0, 0, 0},
 333      {0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1,    0, 0, 0, 0, 0},
 334      {0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1,    0, 0, 0, 0, 0},
 335      {0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0,    0, 0, 0, 0, 0},
 336
 337      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,    1, 0, 0, 0, 0},
 338      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,    0, 1, 0, 0, 0},
 339      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,    0, 0, 1, 0, 0},
 340      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,    0, 0, 0, 1, 0},
 341      {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,    0, 0, 0, 0, 1}
 342      }; */
 343
 344   A[0][1] = 1.0;
 345   A[0][7] = 1.0;
 346
 347   A[1][1] = 1.0;
 348   A[1][7] = 1.0;
 349   A[1][8] = 1.0;
 350
 351   A[2][1] = 1.0;
 352   A[2][8] = 1.0;
 353
 354   A[2][1] = 1.0;
 355   A[2][8] = 1.0;
 356
 357   A[3][8] = 1.0;
 358
 359   A[4][0] = 1.0;
 360   A[4][3] = 1.0;
 361   A[4][9] = 1.0;
 362
 363   A[5][0] = 1.0;
 364   A[5][3] = 1.0;
 365   A[5][4] = 1.0;
 366   A[5][9] = 1.0;
 367
 368   A[6][0] = 1.0;
 369   A[6][4] = 1.0;
 370   A[6][9] = 1.0;
 371   A[6][10] = 1.0;
 372
 373   A[7][2] = 1.0;
 374   A[7][4] = 1.0;
 375   A[7][6] = 1.0;
 376   A[7][9] = 1.0;
 377   A[7][10] = 1.0;
 378
 379   A[8][2] = 1.0;
 380   A[8][10] = 1.0;
 381
 382   A[9][5] = 1.0;
 383   A[9][6] = 1.0;
 384   A[9][9] = 1.0;
 385
 386
 387   A[10][11] = 1.0;
 388   A[11][12] = 1.0;
 389   A[12][13] = 1.0;
 390   A[13][14] = 1.0;
 391   A[14][15] = 1.0;
 392
 393
 394   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 395     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp,
 396                                       func_vegas_fpi);
 397   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 398     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp,
 399                                       func_reno_fpi);
 400
 401   Sys = lmm_system_new();
 402
 403
 404
 405   tmp_name = xbt_new0(char *, 31);
 406
 407   /*
 408    * Creates the constraints
 409    */
 410   tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
 411   for (i = 0; i < 15; i++) {
 412     tmp_name[i] = bprintf("C_%03d", i);
 413     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, (void *) tmp_name[i], B[i]);
 414   }
 415
 416
 417   /*
 418    * Creates the variables
 419    */
 420   tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
 421   for (j = 0; j < 16; j++) {
 422     tmp_name[i + j] = bprintf("X_%03d", j);
 423     tmp_var[j] =
 424         lmm_variable_new(Sys, (void *) tmp_name[i + j], 1.0, -1.0, 15);
 425     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 426   }
 427
 428   /*
 429    * Link constraints and variables
 430    */
 431   for (i = 0; i < 15; i++) {
 432     for (j = 0; j < 16; j++) {
 433       if (A[i][j]) {
 434         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 435       }
 436     }
 437   }
 438
 439
 440
 441   if (method == MAXMIN) {
 442     lmm_solve(Sys);
 443   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 444     lagrange_solve(Sys);
 445   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 446     lagrange_solve(Sys);
 447   } else {
 448     xbt_die("Invalid method");
 449   }
 450
 451   for (j = 0; j < 16; j++) {
 452     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 453   }
 454
 455   free(tmp_var);
 456   free(tmp_cnst);
 457   free(tmp_name);
 458   lmm_system_free(Sys);
 459 }
 460
 461 #ifdef __BORLANDC__
 462 #pragma argsused
 463 #endif
 464
 465 int main(int argc, char **argv)
 466 {
 467   xbt_init(&argc, argv);
 468
 469   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 470   test1(MAXMIN);
 471   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 472   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 473   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 474   test1(LAGRANGE_RENO);
 475
 476
 477
 478   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 479   test2(MAXMIN);
 480   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 481   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 482   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 483   test2(LAGRANGE_RENO);
 484
 485
 486   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 487   test3(MAXMIN);
 488   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 489   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 490   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 491   test3(LAGRANGE_RENO);
 492
 493   return 0;
 494 }