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/surf_interface.hpp"
  11 #include "surf/maxmin.hpp"
  12 #include "xbt/log.h"
  13 #include "xbt/module.h"
  14 #include "xbt/sysdep.h"
  15 #include <cmath>
  16
  17 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  18
  19 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var))
  20 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  21
  22 /*        ______                 */
  23 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  24 /*        ------                 */
  25
  26 enum method_t { MAXMIN, LAGRANGE_RENO, LAGRANGE_VEGAS };
  27
  28 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  29 {
  30   double overall_error = 2 * min_error;
  31
  32   double min_func = func(min);
  33   double max_func = func(max);
  34
  35   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  36     return min - 1.0;
  37   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  38     return max + 1.0;
  39   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  40     abort();
  41
  42   SHOW_EXPR(min_error);
  43
  44   while (overall_error > min_error) {
  45     SHOW_EXPR(overall_error);
  46     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  47     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  48     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  49
  50     SHOW_EXPR(min);
  51     SHOW_EXPR(min_func);
  52     SHOW_EXPR(max);
  53     SHOW_EXPR(max_func);
  54
  55     double middle = (max + min) / 2.0;
  56     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  57       break;
  58     }
  59     double middle_func = func(middle);
  60     SHOW_EXPR(middle);
  61     SHOW_EXPR(middle_func);
  62
  63     if (middle_func < 0) {
  64       min = middle;
  65       min_func = middle_func;
  66       overall_error = max_func - middle_func;
  67     } else if (middle_func > 0) {
  68       max = middle;
  69       max_func = middle_func;
  70       overall_error = middle_func - min_func;
  71     } else {
  72       overall_error = 0;
  73     }
  74   }
  75   return ((min + max) / 2.0);
  76 }
  77
  78 double a_test_1 = 0;
  79 double b_test_1 = 0;
  80 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  81 {
  82   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  83            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  84 }
  85
  86 static void test1(method_t method)
  87 {
  88   double a = 1.0;
  89   double b = 10.0;
  90
  91   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
  92     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
  93   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  94     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
  95
  96   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
  97   lmm_constraint_t L1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
  98   lmm_constraint_t L2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, b);
  99   lmm_constraint_t L3 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 100
 101   lmm_variable_t R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 102   lmm_variable_t R_1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 103   lmm_variable_t R_2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 104   lmm_variable_t R_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 105
 106   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 107   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 108   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 109   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 110
 111   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 112   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 113   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 114
 115   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 116   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 117   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 118
 119   if (method == MAXMIN) {
 120     lmm_solve(Sys);
 121   } else {
 122     double x;
 123     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 124       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 125       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 126       if (x > a) {
 127         x = a;
 128       }
 129       if (x < 0) {
 130         x = 0;
 131       }
 132     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 133       a_test_1 = a;
 134       b_test_1 = b;
 135       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 136
 137       if (x < 0)
 138         x = 0;
 139       if (x > a)
 140         x = a;
 141     } else {
 142       xbt_die( "Invalid method");
 143     }
 144
 145     lagrange_solve(Sys);
 146
 147     double max_deviation = 0.0;
 148     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 149     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 150     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 151     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 152
 153     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 154       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 155       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 156       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 157       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 158                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 159       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 160       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 161                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 162     }
 163   }
 164
 165   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 166   PRINT_VAR(R_1);
 167   PRINT_VAR(R_2);
 168   PRINT_VAR(R_3);
 169
 170   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 171   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 172   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 173   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 174   lmm_system_free(Sys);
 175 }
 176
 177 static void test2(method_t method)
 178 {
 179   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 180     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 181   if (method == LAGRANGE_RENO)
 182     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 183
 184   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 185   lmm_constraint_t CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 200.0);
 186   lmm_constraint_t CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 100.0);
 187
 188   lmm_variable_t T1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 189   lmm_variable_t T2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 190
 191   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 192   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 193
 194   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 195   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 196
 197   if (method == MAXMIN) {
 198     lmm_solve(Sys);
 199   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 200     lagrange_solve(Sys);
 201   } else {
 202     xbt_die("Invalid method");
 203   }
 204
 205   PRINT_VAR(T1);
 206   PRINT_VAR(T2);
 207
 208   lmm_variable_free(Sys, T1);
 209   lmm_variable_free(Sys, T2);
 210   lmm_system_free(Sys);
 211 }
 212
 213 static void test3(method_t method)
 214 {
 215   int flows = 11;
 216   int links = 10;
 217
 218   double** A = new double*[links + 5];
 219   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 220   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 221
 222   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 223     A[i] = new double[flows + 5];
 224     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 225       A[i][j] = 0.0;
 226
 227       if (i >= links || j >= flows) {
 228         A[i][j] = 0.0;
 229       }
 230     }
 231   }
 232
 233   /*matrix that store the constraints/topology */
 234   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 235   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 236   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 237   A[3][8] =                                          1.0;
 238   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 239   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 240   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 241   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 242   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 243   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 244   A[10][11] =                                        1.0;
 245   A[11][12] =                                        1.0;
 246   A[12][13] =                                        1.0;
 247   A[13][14] =                                        1.0;
 248   A[14][15] =                                        1.0;
 249
 250   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 251     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 252   if (method == LAGRANGE_RENO)
 253     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 254
 255   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 256
 257   /* Creates the constraints */
 258   lmm_constraint_t* tmp_cnst = new lmm_constraint_t[15];
 259   for (int i = 0; i < 15; i++)
 260     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, B[i]);
 261
 262   /* Creates the variables */
 263   lmm_variable_t* tmp_var = new lmm_variable_t[16];
 264   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 265     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 266     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 267   }
 268
 269   /* Link constraints and variables */
 270   for (int i = 0; i < 15; i++)
 271     for (int j = 0; j < 16; j++)
 272       if (A[i][j])
 273         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 274
 275   if (method == MAXMIN) {
 276     lmm_solve(Sys);
 277   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 278     lagrange_solve(Sys);
 279   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 280     lagrange_solve(Sys);
 281   } else {
 282     xbt_die("Invalid method");
 283   }
 284
 285   for (int j = 0; j < 16; j++)
 286     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 287
 288   for (int j = 0; j < 16; j++)
 289     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 290   delete[] tmp_var;
 291   delete[] tmp_cnst;
 292   lmm_system_free(Sys);
 293   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 294     delete[] A[i];
 295   delete[] A;
 296 }
 297
 298 int main(int argc, char** argv)
 299 {
 300   MSG_init(&argc, argv);
 301   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 302   test1(MAXMIN);
 303   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 304   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 305   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 306   test1(LAGRANGE_RENO);
 307
 308   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 309   test2(MAXMIN);
 310   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 311   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 312   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 313   test2(LAGRANGE_RENO);
 314
 315   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 316   test3(MAXMIN);
 317   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 318   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 319   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 320   test3(LAGRANGE_RENO);
 321
 322   return 0;
 323 }