src/mc/explo/udpor/maximal_subsets_iterator.hpp

   1 /* Copyright (c) 2007-2023. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   2
   3 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   4  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   5
   6 #ifndef SIMGRID_MC_UDPOR_MAXIMAL_SUBSETS_ITERATOR_HPP
   7 #define SIMGRID_MC_UDPOR_MAXIMAL_SUBSETS_ITERATOR_HPP
   8
   9 #include "src/mc/explo/udpor/Configuration.hpp"
  10 #include "src/xbt/utils/iter/iterator_wrapping.hpp"
  11
  12 #include <boost/iterator/iterator_facade.hpp>
  13 #include <functional>
  14 #include <optional>
  15 #include <stack>
  16 #include <unordered_map>
  17
  18 namespace simgrid::mc::udpor {
  19
  20 /**
  21  * @brief An iterator over the tree of sets of (non-empty) maximal events that
  22  * can be generated from a given set of events
  23  *
  24  * This iterator traverses all possible sets of maximal events that
  25  * can be formed from some subset of events of an unfolding,
  26  * each of which satisfy a predicate.
  27  *
  28  * Iteration over the maximal events of a configuration is an important
  29  * step in computing the extension set of a configuration for an action
  30  * whose identity is not "exploitable" (i.e. one whose type information cannot
  31  * help us narrow down our search).
  32  */
  33 struct maximal_subsets_iterator
  34     : public boost::iterator_facade<maximal_subsets_iterator, const EventSet, boost::forward_traversal_tag> {
  35 public:
  36   // A function which answers the question "do I need to consider maximal sets
  37   // that contain this node?"
  38   using node_filter_function       = std::function<bool(const UnfoldingEvent*)>;
  39   using topological_order_position = std::vector<const UnfoldingEvent*>::const_iterator;
  40
  41   maximal_subsets_iterator()                                    = default;
  42   maximal_subsets_iterator(maximal_subsets_iterator&&) noexcept = default;
  43   explicit maximal_subsets_iterator(const Configuration& config,
  44                                     std::optional<node_filter_function> filter = std::nullopt,
  45                                     std::optional<size_t> maximum_subset_size  = std::nullopt)
  46       : maximal_subsets_iterator(config.get_events(), filter, maximum_subset_size)
  47   {
  48   }
  49   explicit maximal_subsets_iterator(const EventSet& events, std::optional<node_filter_function> filter = std::nullopt,
  50                                     std::optional<size_t> maximum_subset_size = std::nullopt);
  51
  52 private:
  53   std::vector<const UnfoldingEvent*> topological_ordering;
  54
  55   // The boolean is a bit of an annoyance, but it works. Effectively,
  56   // there's no way to distinguish between "we're starting the search
  57   // after the empty set" and "we've finished the search" since the resulting
  58   // maximal set and backtracking point stack will both be empty in both cases
  59   bool has_started_searching                              = false;
  60   std::optional<size_t> maximum_subset_size               = std::nullopt;
  61   std::optional<EventSet> current_maximal_set             = std::nullopt;
  62   std::stack<topological_order_position> backtrack_points = std::stack<topological_order_position>();
  63
  64   /**
  65    * @brief A small class which provides functionality for managing
  66    * the "counts" as the iterator proceeds forward in time
  67    *
  68    * As an instance of the `maximal_subsets_iterator` traverses
  69    * the configuration, it keeps track of how many events
  70    * further down in the causality tree have been signaled as in-conflict
  71    * with events that are its current maximal event set (i.e.
  72    * its `current_maximal_set`)
  73    */
  74   struct bookkeeper {
  75   public:
  76     using topological_order_position = maximal_subsets_iterator::topological_order_position;
  77
  78     bookkeeper()                        = default;
  79     bookkeeper(bookkeeper&&)            = default;
  80     bookkeeper& operator=(bookkeeper&)  = default;
  81     bookkeeper& operator=(bookkeeper&&) = default;
  82
  83     void mark_included_in_maximal_set(const UnfoldingEvent*);
  84     void mark_removed_from_maximal_set(const UnfoldingEvent*);
  85     topological_order_position find_next_candidate_event(topological_order_position first,
  86                                                          topological_order_position last) const;
  87
  88   private:
  89     std::unordered_map<const UnfoldingEvent*, unsigned> event_counts;
  90
  91     /// @brief Whether or not the given event, according to the
  92     /// bookkeeping that has been done thus far, can be added to the
  93     /// current candidate maximal set
  94     bool is_candidate_event(const UnfoldingEvent*) const;
  95   } bookkeeper;
  96
  97   void add_element_to_current_maximal_set(const UnfoldingEvent*);
  98   void remove_element_from_current_maximal_set(const UnfoldingEvent*);
  99
 100   /**
 101    * @brief Moves to the next node in the topological ordering
 102    * by continuing the search in the tree of maximal event sets
 103    * from where we currently believe we are in the tree
 104    *
 105    * At each stage of the iteration, the iterator points to
 106    * a maximal event set that can be thought of as `R` + `A`:
 107    *
 108    * |   R    | A
 109    * +--------+
 110    *
 111    * where `R` is some set of events and `A` is another event.
 112    *
 113    * The iterator first tries expansion from `R` + `A`. If it finds
 114    * node `B` to expand, this means that there is a node in the tree of
 115    * maximal event sets of `C` (the configuration traversed) such that
 116    * `R` + `A` + `B` needs to be checked.
 117    *
 118    * If no such node is found, then the iterator must check `R` +
 119    * some other node AFTER `A`. The new set of possibilities potentially
 120    * includes some of `A`'s dependencies, so their counts are decremented
 121    * prior to searching.
 122    *
 123    * @note: This method is a mutating method: it manipulates the
 124    * iterator such that the iterator refers to the next maximal
 125    * set sans the element returned. The `increment()` function performs
 126    * the rest of the work needed to actually complete the transition
 127    *
 128    * @returns an iterator poiting to the event that should next
 129    * be added to the set of maximal events if such an event exists,
 130    * or to the end of the topological ordering if no such event exists
 131    */
 132   topological_order_position continue_traversal_of_maximal_events_tree();
 133
 134   /**
 135    * @brief: Whether or not the current maximal set can
 136    * grow based on the size limit imposed on the maximal
 137    * sets that can be produced
 138    */
 139   bool can_grow_maximal_set() const;
 140
 141   // boost::iterator_facade<...> interface to implement
 142   void increment();
 143   bool equal(const maximal_subsets_iterator& other) const { return current_maximal_set == other.current_maximal_set; }
 144   const EventSet& dereference() const
 145   {
 146     static const EventSet empty_set = EventSet();
 147     if (current_maximal_set.has_value()) {
 148       return current_maximal_set.value();
 149     }
 150     return empty_set;
 151   }
 152
 153   // Allows boost::iterator_facade<...> to function properly
 154   friend class boost::iterator_core_access;
 155 };
 156
 157 template <typename T>
 158 using maximal_subsets_iterator_wrapper = simgrid::xbt::iterator_wrapping<maximal_subsets_iterator, const T&>;
 159
 160 } // namespace simgrid::mc::udpor
 161 #endif