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 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  15
  16 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  17
  18 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g",lmm_variable_getvalue(var))
  19 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  20
  21 /*        ______                 */
  22 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  23 /*        ------                 */
  24
  25 typedef enum {
  26   MAXMIN,
  27   LAGRANGE_RENO,
  28   LAGRANGE_VEGAS
  29 } method_t;
  30
  31 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  32 {
  33   double overall_error = 2 * min_error;
  34
  35   double min_func = func(min);
  36   double max_func = func(max);
  37
  38   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  39     return min - 1.0;
  40   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  41     return max + 1.0;
  42   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  43     abort();
  44
  45   SHOW_EXPR(min_error);
  46
  47   while (overall_error > min_error) {
  48     SHOW_EXPR(overall_error);
  49     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  50     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  51     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  52
  53     SHOW_EXPR(min);
  54     SHOW_EXPR(min_func);
  55     SHOW_EXPR(max);
  56     SHOW_EXPR(max_func);
  57
  58     double middle = (max + min) / 2.0;
  59     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  60       break;
  61     }
  62     double middle_func = func(middle);
  63     SHOW_EXPR(middle);
  64     SHOW_EXPR(middle_func);
  65
  66     if (middle_func < 0) {
  67       min = middle;
  68       min_func = middle_func;
  69       overall_error = max_func - middle_func;
  70     } else if (middle_func > 0) {
  71       max = middle;
  72       max_func = middle_func;
  73       overall_error = middle_func - min_func;
  74     } else {
  75       overall_error = 0;
  76     }
  77   }
  78   return ((min + max) / 2.0);
  79 }
  80
  81 double a_test_1 = 0;
  82 double b_test_1 = 0;
  83 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  84 {
  85   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  86            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  87 }
  88
  89 static void test1(method_t method)
  90 {
  91   double a = 1.0;
  92   double b = 10.0;
  93
  94   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
  95     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
  96   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  97     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
  98
  99   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 100   lmm_constraint_t L1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 101   lmm_constraint_t L2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, b);
 102   lmm_constraint_t L3 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 103
 104   lmm_variable_t R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 105   lmm_variable_t R_1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 106   lmm_variable_t R_2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 107   lmm_variable_t R_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 108
 109   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 110   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 111   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 112   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 113
 114   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 115   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 116   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 117
 118   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 119   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 120   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 121
 122   if (method == MAXMIN) {
 123     lmm_solve(Sys);
 124   } else {
 125     double x;
 126     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 127       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 128       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 129       if (x > a) {
 130         x = a;
 131       }
 132       if (x < 0) {
 133         x = 0;
 134       }
 135     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 136       a_test_1 = a;
 137       b_test_1 = b;
 138       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 139
 140       if (x < 0)
 141         x = 0;
 142       if (x > a)
 143         x = a;
 144     } else {
 145       xbt_die( "Invalid method");
 146     }
 147
 148     lagrange_solve(Sys);
 149
 150     double max_deviation = 0.0;
 151     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 152     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 153     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 154     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 155
 156     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 157       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 158       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 159       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 160       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 161                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 162       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 163       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 164                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 165     }
 166   }
 167
 168   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 169   PRINT_VAR(R_1);
 170   PRINT_VAR(R_2);
 171   PRINT_VAR(R_3);
 172
 173   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 174   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 175   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 176   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 177   lmm_system_free(Sys);
 178 }
 179
 180 static void test2(method_t method)
 181 {
 182   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 183     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 184   if (method == LAGRANGE_RENO)
 185     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 186
 187   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 188   lmm_constraint_t CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 200.0);
 189   lmm_constraint_t CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 100.0);
 190
 191   lmm_variable_t T1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 192   lmm_variable_t T2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 193
 194   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 195   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 196
 197   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 198   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 199
 200   if (method == MAXMIN) {
 201     lmm_solve(Sys);
 202   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 203     lagrange_solve(Sys);
 204   } else {
 205     xbt_die("Invalid method");
 206   }
 207
 208   PRINT_VAR(T1);
 209   PRINT_VAR(T2);
 210
 211   lmm_variable_free(Sys, T1);
 212   lmm_variable_free(Sys, T2);
 213   lmm_system_free(Sys);
 214 }
 215
 216 static void test3(method_t method)
 217 {
 218   int flows = 11;
 219   int links = 10;
 220
 221   double **A = xbt_new0(double *, links + 5);
 222   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 223   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 224
 225   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 226     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
 227     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 228       A[i][j] = 0.0;
 229
 230       if (i >= links || j >= flows) {
 231         A[i][j] = 0.0;
 232       }
 233     }
 234   }
 235
 236   /*matrix that store the constraints/topology */
 237   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 238   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 239   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 240   A[3][8] =                                          1.0;
 241   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 242   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 243   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 244   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 245   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 246   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 247   A[10][11] =                                        1.0;
 248   A[11][12] =                                        1.0;
 249   A[12][13] =                                        1.0;
 250   A[13][14] =                                        1.0;
 251   A[14][15] =                                        1.0;
 252
 253   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 254     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 255   if (method == LAGRANGE_RENO)
 256     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 257
 258   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 259
 260   /* Creates the constraints */
 261   lmm_constraint_t *tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
 262   for (int i = 0; i < 15; i++)
 263     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, B[i]);
 264
 265   /* Creates the variables */
 266   lmm_variable_t *tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
 267   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 268     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 269     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 270   }
 271
 272   /* Link constraints and variables */
 273   for (int i = 0; i < 15; i++)
 274     for (int j = 0; j < 16; j++)
 275       if (A[i][j])
 276         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 277
 278   if (method == MAXMIN) {
 279     lmm_solve(Sys);
 280   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 281     lagrange_solve(Sys);
 282   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 283     lagrange_solve(Sys);
 284   } else {
 285     xbt_die("Invalid method");
 286   }
 287
 288   for (int j = 0; j < 16; j++)
 289     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 290
 291   for (int j = 0; j < 16; j++)
 292     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 293   xbt_free(tmp_var);
 294   xbt_free(tmp_cnst);
 295   lmm_system_free(Sys);
 296   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 297     xbt_free(A[i]);
 298   xbt_free(A);
 299 }
 300
 301 int main()
 302 {
 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 }