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 }