Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
factor cmake for teshsuite/msg
[simgrid.git] / 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
15 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
16
17 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var));
18 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr);
19
20 /*        ______                 */
21 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
22 /*        ------                 */
23
24 typedef enum {
25   MAXMIN,
26   LAGRANGE_RENO,
27   LAGRANGE_VEGAS
28 } method_t;
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     if ((min_func > 0 && max_func > 0) || (min_func < 0 && max_func < 0) || (min_func > 0 && max_func < 0)) {
49       abort();
50     } //TODO replace by xbt_assert
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 ((min == middle) || (max == middle)) {
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   lmm_system_t Sys = NULL;
91   lmm_constraint_t L1 = NULL;
92   lmm_constraint_t L2 = NULL;
93   lmm_constraint_t L3 = NULL;
94
95   lmm_variable_t R_1_2_3 = NULL;
96   lmm_variable_t R_1 = NULL;
97   lmm_variable_t R_2 = NULL;
98   lmm_variable_t R_3 = NULL;
99
100   double a = 1.0, b = 10.0;
101
102   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
103     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
104   else if (method == LAGRANGE_RENO)
105     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
106
107   Sys = lmm_system_new(1);
108   L1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L1", a);
109   L2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L2", b);
110   L3 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L3", a);
111
112   R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1->2->3", 1.0, -1.0, 3);
113   R_1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1", 1.0, -1.0, 1);
114   R_2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 2", 1.0, -1.0, 1);
115   R_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 3", 1.0, -1.0, 1);
116
117   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
118   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
119   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
120   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
121
122   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
123   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
124   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
125
126   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
127   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
128   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
129
130   if (method == MAXMIN) {
131     lmm_solve(Sys);
132   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
133     double x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
134     /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
135     double max_deviation = 0.0;
136     if (x > a) {
137       x = a;
138     }
139     if (x < 0) {
140       x = 0;
141     }
142
143     lagrange_solve(Sys);
144
145     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
146     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
147     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
148     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
149
150     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
151       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
152       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
153       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
154       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
155                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
156       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
157       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
158                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
159     }
160   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
161     double x;
162     double max_deviation = 0.0;
163
164     a_test_1 = a;
165     b_test_1 = b;
166     x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
167
168     if (x < 0)
169       x = 0;
170     if (x > a)
171       x = a;
172     lagrange_solve(Sys);
173
174     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
175     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
176     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
177     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
178
179     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
180       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
181       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
182       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
183       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
184                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
185       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
186       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
187                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
188     }
189   } else {
190     xbt_die( "Invalid method");
191   }
192
193   PRINT_VAR(R_1_2_3);
194   PRINT_VAR(R_1);
195   PRINT_VAR(R_2);
196   PRINT_VAR(R_3);
197
198   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
199   lmm_variable_free(Sys, R_1);
200   lmm_variable_free(Sys, R_2);
201   lmm_variable_free(Sys, R_3);
202   lmm_system_free(Sys);
203 }
204
205 static void test2(method_t method)
206 {
207   lmm_system_t Sys = NULL;
208   lmm_constraint_t CPU1 = NULL;
209   lmm_constraint_t CPU2 = NULL;
210
211   lmm_variable_t T1 = NULL;
212   lmm_variable_t T2 = NULL;
213
214   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
215     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
216   else if (method == LAGRANGE_RENO)
217     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
218
219   Sys = lmm_system_new(1);
220   CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU1", 200.0);
221   CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU2", 100.0);
222
223   T1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T1", 1.0, -1.0, 1);
224   T2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T2", 1.0, -1.0, 1);
225
226   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
227   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
228
229   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
230   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
231
232   if (method == MAXMIN) {
233     lmm_solve(Sys);
234   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
235     lagrange_solve(Sys);
236   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
237     lagrange_solve(Sys);
238   } else {
239     xbt_die("Invalid method");
240   }
241
242   PRINT_VAR(T1);
243   PRINT_VAR(T2);
244
245   lmm_variable_free(Sys, T1);
246   lmm_variable_free(Sys, T2);
247   lmm_system_free(Sys);
248 }
249
250 static void test3(method_t method)
251 {
252   int flows = 11;
253   int links = 10;
254
255   int i = 0;
256   int j = 0;
257
258   double **A;
259
260   lmm_system_t Sys = NULL;
261   lmm_constraint_t *tmp_cnst = NULL;
262   lmm_variable_t *tmp_var = NULL;
263   char **tmp_name;
264
265   /*array to add the the constraints of fictitious variables */
266   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
267
268   A = xbt_new0(double *, links + 5);
269
270   for (i = 0; i < links + 5; i++) {
271     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
272     for (j = 0; j < flows + 5; j++) {
273       A[i][j] = 0.0;
274
275       if (i >= links || j >= flows) {
276         A[i][j] = 0.0;
277       }
278     }
279   }
280
281   /*matrix that store the constraints/topology */
282   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
283   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
284   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
285   A[3][8] =                                          1.0;
286   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
287   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
288   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
289   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
290   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
291   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
292   A[10][11] =                                        1.0;
293   A[11][12] =                                        1.0;
294   A[12][13] =                                        1.0;
295   A[13][14] =                                        1.0;
296   A[14][15] =                                        1.0;
297
298   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
299     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
300   else if (method == LAGRANGE_RENO)
301     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
302
303   Sys = lmm_system_new(1);
304
305   tmp_name = xbt_new0(char *, 31);
306
307   /* Creates the constraints */
308   tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
309   for (i = 0; i < 15; i++) {
310     tmp_name[i] = bprintf("C_%03d", i);
311     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, (void *) tmp_name[i], B[i]);
312   }
313
314   /* Creates the variables */
315   tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
316   for (j = 0; j < 16; j++) {
317     tmp_name[i + j] = bprintf("X_%03d", j);
318     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, (void *) tmp_name[i + j], 1.0, -1.0, 15);
319     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
320   }
321
322   /* Link constraints and variables */
323   for (i = 0; i < 15; i++) {
324     for (j = 0; j < 16; j++) {
325       if (A[i][j]) {
326         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
327       }
328     }
329   }
330
331   if (method == MAXMIN) {
332     lmm_solve(Sys);
333   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
334     lagrange_solve(Sys);
335   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
336     lagrange_solve(Sys);
337   } else {
338     xbt_die("Invalid method");
339   }
340
341   for (j = 0; j < 16; j++) {
342     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
343   }
344
345   for (j = 0; j < 16; j++)
346     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
347   xbt_free(tmp_var);
348   xbt_free(tmp_cnst);
349   for (i = 0; i < 31; i++)
350     xbt_free(tmp_name[i]);
351   xbt_free(tmp_name);
352   lmm_system_free(Sys);
353   for (i = 0; i < links + 5; i++)
354     xbt_free(A[i]);
355   xbt_free(A);
356 }
357
358 int main(int argc, char **argv)
359 {
360   xbt_init(&argc, argv);
361
362   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
363   test1(MAXMIN);
364   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
365   test1(LAGRANGE_VEGAS);
366   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
367   test1(LAGRANGE_RENO);
368
369   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
370   test2(MAXMIN);
371   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
372   test2(LAGRANGE_VEGAS);
373   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
374   test2(LAGRANGE_RENO);
375
376   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
377   test3(MAXMIN);
378   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
379   test3(LAGRANGE_VEGAS);
380   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
381   test3(LAGRANGE_RENO);
382
383   return 0;
384 }