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