teshsuite/surf/lmm_usage/lmm_usage.cpp

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007-2017. 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 "simgrid/msg.h"
  10 #include "src/surf/maxmin_private.hpp"
  11 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  12 #include "surf/maxmin.hpp"
  13 #include "xbt/log.h"
  14 #include "xbt/module.h"
  15 #include "xbt/sysdep.h"
  16 #include <algorithm>
  17 #include <cmath>
  18
  19 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  20
  21 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var))
  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     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
  95   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  96     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
  97
  98   lmm_system_t Sys    = new s_lmm_system_t(true);
  99   lmm_constraint_t L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 100   lmm_constraint_t L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 101   lmm_constraint_t L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 102
 103   lmm_variable_t R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 104   lmm_variable_t R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 105   lmm_variable_t R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 106   lmm_variable_t R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 107
 108   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 109   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 110   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 111   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 112
 113   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 114   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 115   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 116
 117   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 118   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 119   Sys->expand(L3, R_3, 1.0);
 120
 121   if (method == MAXMIN) {
 122     lmm_solve(Sys);
 123   } else {
 124     double x;
 125     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 126       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 127       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 128       if (x > a) {
 129         x = a;
 130       }
 131       if (x < 0) {
 132         x = 0;
 133       }
 134     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 135       a_test_1 = a;
 136       b_test_1 = b;
 137       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 138
 139       if (x < 0)
 140         x = 0;
 141       if (x > a)
 142         x = a;
 143     } else {
 144       xbt_die( "Invalid method");
 145     }
 146
 147     lagrange_solve(Sys);
 148
 149     double max_deviation = 0.0;
 150     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 151     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 152     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 153     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 154
 155     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 156       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 157       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 158       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 159       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 160                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 161       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 162       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 163                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (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     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 183   if (method == LAGRANGE_RENO)
 184     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 185
 186   lmm_system_t Sys      = new s_lmm_system_t(true);
 187   lmm_constraint_t CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 188   lmm_constraint_t CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 189
 190   lmm_variable_t T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 191   lmm_variable_t T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 192
 193   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 194   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 195
 196   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 197   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 198
 199   if (method == MAXMIN) {
 200     lmm_solve(Sys);
 201   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 202     lagrange_solve(Sys);
 203   } else {
 204     xbt_die("Invalid method");
 205   }
 206
 207   PRINT_VAR(T1);
 208   PRINT_VAR(T2);
 209
 210   Sys->variable_free(T1);
 211   Sys->variable_free(T2);
 212   delete Sys;
 213 }
 214
 215 static void test3(method_t method)
 216 {
 217   int flows = 11;
 218   int links = 10;
 219
 220   double** A = new double*[links + 5];
 221   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 222   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 223
 224   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 225     A[i] = new double[flows + 5];
 226     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 227       A[i][j] = 0.0;
 228
 229       if (i >= links || j >= flows) {
 230         A[i][j] = 0.0;
 231       }
 232     }
 233   }
 234
 235   /*matrix that store the constraints/topology */
 236   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 237   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 238   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 239   A[3][8] =                                          1.0;
 240   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 241   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 242   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 243   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 244   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 245   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 246   A[10][11] =                                        1.0;
 247   A[11][12] =                                        1.0;
 248   A[12][13] =                                        1.0;
 249   A[13][14] =                                        1.0;
 250   A[14][15] =                                        1.0;
 251
 252   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 253     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 254   if (method == LAGRANGE_RENO)
 255     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 256
 257   lmm_system_t Sys = new s_lmm_system_t(true);
 258
 259   /* Creates the constraints */
 260   lmm_constraint_t* tmp_cnst = new lmm_constraint_t[15];
 261   for (int i = 0; i < 15; i++)
 262     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 263
 264   /* Creates the variables */
 265   lmm_variable_t* tmp_var = new lmm_variable_t[16];
 266   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 267     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 268     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 269   }
 270
 271   /* Link constraints and variables */
 272   for (int i = 0; i < 15; i++)
 273     for (int j = 0; j < 16; j++)
 274       if (A[i][j])
 275         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 276
 277   if (method == MAXMIN) {
 278     lmm_solve(Sys);
 279   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 280     lagrange_solve(Sys);
 281   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 282     lagrange_solve(Sys);
 283   } else {
 284     xbt_die("Invalid method");
 285   }
 286
 287   for (int j = 0; j < 16; j++)
 288     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 289
 290   for (int j = 0; j < 16; j++)
 291     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 292   delete[] tmp_var;
 293   delete[] tmp_cnst;
 294   delete Sys;
 295   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 296     delete[] A[i];
 297   delete[] A;
 298 }
 299
 300 int main(int argc, char** argv)
 301 {
 302   MSG_init(&argc, argv);
 303   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 304   test1(MAXMIN);
 305   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 306   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 307   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 308   test1(LAGRANGE_RENO);
 309
 310   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 311   test2(MAXMIN);
 312   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 313   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 314   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 315   test2(LAGRANGE_RENO);
 316
 317   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 318   test3(MAXMIN);
 319   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 320   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 321   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 322   test3(LAGRANGE_RENO);
 323
 324   return 0;
 325 }