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 <algorithm>
  16 #include <cmath>
  17
  18 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  19
  20 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var))
  21 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  22
  23 /*        ______                 */
  24 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  25 /*        ------                 */
  26
  27 enum method_t { MAXMIN, LAGRANGE_RENO, LAGRANGE_VEGAS };
  28
  29 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  30 {
  31   double overall_error = 2 * min_error;
  32
  33   double min_func = func(min);
  34   double max_func = func(max);
  35
  36   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  37     return min - 1.0;
  38   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  39     return max + 1.0;
  40   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  41     abort();
  42
  43   SHOW_EXPR(min_error);
  44
  45   while (overall_error > min_error) {
  46     SHOW_EXPR(overall_error);
  47     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  48     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  49     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  50
  51     SHOW_EXPR(min);
  52     SHOW_EXPR(min_func);
  53     SHOW_EXPR(max);
  54     SHOW_EXPR(max_func);
  55
  56     double middle = (max + min) / 2.0;
  57     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  58       break;
  59     }
  60     double middle_func = func(middle);
  61     SHOW_EXPR(middle);
  62     SHOW_EXPR(middle_func);
  63
  64     if (middle_func < 0) {
  65       min = middle;
  66       min_func = middle_func;
  67       overall_error = max_func - middle_func;
  68     } else if (middle_func > 0) {
  69       max = middle;
  70       max_func = middle_func;
  71       overall_error = middle_func - min_func;
  72     } else {
  73       overall_error = 0;
  74     }
  75   }
  76   return ((min + max) / 2.0);
  77 }
  78
  79 double a_test_1 = 0;
  80 double b_test_1 = 0;
  81 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  82 {
  83   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  84            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  85 }
  86
  87 static void test1(method_t method)
  88 {
  89   double a = 1.0;
  90   double b = 10.0;
  91
  92   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
  93     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
  94   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  95     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
  96
  97   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
  98   lmm_constraint_t L1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
  99   lmm_constraint_t L2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, b);
 100   lmm_constraint_t L3 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 101
 102   lmm_variable_t R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 103   lmm_variable_t R_1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 104   lmm_variable_t R_2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 105   lmm_variable_t R_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 106
 107   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 108   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 109   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 110   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 111
 112   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 113   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 114   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 115
 116   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 117   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 118   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 119
 120   if (method == MAXMIN) {
 121     lmm_solve(Sys);
 122   } else {
 123     double x;
 124     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 125       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 126       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 127       if (x > a) {
 128         x = a;
 129       }
 130       if (x < 0) {
 131         x = 0;
 132       }
 133     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 134       a_test_1 = a;
 135       b_test_1 = b;
 136       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 137
 138       if (x < 0)
 139         x = 0;
 140       if (x > a)
 141         x = a;
 142     } else {
 143       xbt_die( "Invalid method");
 144     }
 145
 146     lagrange_solve(Sys);
 147
 148     double max_deviation = 0.0;
 149     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 150     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 151     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 152     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 153
 154     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 155       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 156       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 157       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 158       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 159                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 160       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 161       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 162                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 163     }
 164   }
 165
 166   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 167   PRINT_VAR(R_1);
 168   PRINT_VAR(R_2);
 169   PRINT_VAR(R_3);
 170
 171   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 172   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 173   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 174   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 175   lmm_system_free(Sys);
 176 }
 177
 178 static void test2(method_t method)
 179 {
 180   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 181     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 182   if (method == LAGRANGE_RENO)
 183     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 184
 185   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 186   lmm_constraint_t CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 200.0);
 187   lmm_constraint_t CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 100.0);
 188
 189   lmm_variable_t T1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 190   lmm_variable_t T2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 191
 192   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 193   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 194
 195   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 196   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 197
 198   if (method == MAXMIN) {
 199     lmm_solve(Sys);
 200   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 201     lagrange_solve(Sys);
 202   } else {
 203     xbt_die("Invalid method");
 204   }
 205
 206   PRINT_VAR(T1);
 207   PRINT_VAR(T2);
 208
 209   lmm_variable_free(Sys, T1);
 210   lmm_variable_free(Sys, T2);
 211   lmm_system_free(Sys);
 212 }
 213
 214 static void test3(method_t method)
 215 {
 216   int flows = 11;
 217   int links = 10;
 218
 219   double** A = new double*[links + 5];
 220   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 221   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 222
 223   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 224     A[i] = new double[flows + 5];
 225     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 226       A[i][j] = 0.0;
 227
 228       if (i >= links || j >= flows) {
 229         A[i][j] = 0.0;
 230       }
 231     }
 232   }
 233
 234   /*matrix that store the constraints/topology */
 235   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 236   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 237   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 238   A[3][8] =                                          1.0;
 239   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 240   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 241   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 242   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 243   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 244   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 245   A[10][11] =                                        1.0;
 246   A[11][12] =                                        1.0;
 247   A[12][13] =                                        1.0;
 248   A[13][14] =                                        1.0;
 249   A[14][15] =                                        1.0;
 250
 251   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 252     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 253   if (method == LAGRANGE_RENO)
 254     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 255
 256   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 257
 258   /* Creates the constraints */
 259   lmm_constraint_t* tmp_cnst = new lmm_constraint_t[15];
 260   for (int i = 0; i < 15; i++)
 261     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, B[i]);
 262
 263   /* Creates the variables */
 264   lmm_variable_t* tmp_var = new lmm_variable_t[16];
 265   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 266     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 267     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 268   }
 269
 270   /* Link constraints and variables */
 271   for (int i = 0; i < 15; i++)
 272     for (int j = 0; j < 16; j++)
 273       if (A[i][j])
 274         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 275
 276   if (method == MAXMIN) {
 277     lmm_solve(Sys);
 278   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 279     lagrange_solve(Sys);
 280   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 281     lagrange_solve(Sys);
 282   } else {
 283     xbt_die("Invalid method");
 284   }
 285
 286   for (int j = 0; j < 16; j++)
 287     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 288
 289   for (int j = 0; j < 16; j++)
 290     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 291   delete[] tmp_var;
 292   delete[] tmp_cnst;
 293   lmm_system_free(Sys);
 294   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 295     delete[] A[i];
 296   delete[] A;
 297 }
 298
 299 int main(int argc, char** argv)
 300 {
 301   MSG_init(&argc, argv);
 302   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 303   test1(MAXMIN);
 304   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 305   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 306   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 307   test1(LAGRANGE_RENO);
 308
 309   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 310   test2(MAXMIN);
 311   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 312   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 313   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 314   test2(LAGRANGE_RENO);
 315
 316   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 317   test3(MAXMIN);
 318   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 319   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 320   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 321   test3(LAGRANGE_RENO);
 322
 323   return 0;
 324 }