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", (var)->get_value())
  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    = new s_lmm_system_t(true);
  98   lmm_constraint_t L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
  99   lmm_constraint_t L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 100   lmm_constraint_t L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 101
 102   lmm_variable_t R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 103   lmm_variable_t R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 104   lmm_variable_t R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 105   lmm_variable_t R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 106
 107   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 108   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 109   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 110   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 111
 112   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 113   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 114   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 115
 116   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 117   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 118   Sys->expand(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(R_1->get_value() - x));
 150     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_3->get_value() - x));
 151     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_2->get_value() - (b - a + x)));
 152     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1_2_3->get_value() - (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, R_1->get_value() - x);
 158       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x, R_2->get_value() - (b - a + x));
 159       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, R_3->get_value() - x);
 160       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x, R_1_2_3->get_value() - (a - x));
 161     }
 162   }
 163
 164   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 165   PRINT_VAR(R_1);
 166   PRINT_VAR(R_2);
 167   PRINT_VAR(R_3);
 168
 169   Sys->variable_free(R_1_2_3);
 170   Sys->variable_free(R_1);
 171   Sys->variable_free(R_2);
 172   Sys->variable_free(R_3);
 173   delete Sys;
 174 }
 175
 176 static void test2(method_t method)
 177 {
 178   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 179     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 180   if (method == LAGRANGE_RENO)
 181     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 182
 183   lmm_system_t Sys      = new s_lmm_system_t(true);
 184   lmm_constraint_t CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 185   lmm_constraint_t CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 186
 187   lmm_variable_t T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 188   lmm_variable_t T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 189
 190   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 191   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 192
 193   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 194   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 195
 196   if (method == MAXMIN) {
 197     lmm_solve(Sys);
 198   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 199     lagrange_solve(Sys);
 200   } else {
 201     xbt_die("Invalid method");
 202   }
 203
 204   PRINT_VAR(T1);
 205   PRINT_VAR(T2);
 206
 207   Sys->variable_free(T1);
 208   Sys->variable_free(T2);
 209   delete Sys;
 210 }
 211
 212 static void test3(method_t method)
 213 {
 214   int flows = 11;
 215   int links = 10;
 216
 217   double** A = new double*[links + 5];
 218   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 219   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 220
 221   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 222     A[i] = new double[flows + 5];
 223     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 224       A[i][j] = 0.0;
 225
 226       if (i >= links || j >= flows) {
 227         A[i][j] = 0.0;
 228       }
 229     }
 230   }
 231
 232   /*matrix that store the constraints/topology */
 233   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 234   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 235   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 236   A[3][8] =                                          1.0;
 237   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 238   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 239   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 240   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 241   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 242   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 243   A[10][11] =                                        1.0;
 244   A[11][12] =                                        1.0;
 245   A[12][13] =                                        1.0;
 246   A[13][14] =                                        1.0;
 247   A[14][15] =                                        1.0;
 248
 249   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 250     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 251   if (method == LAGRANGE_RENO)
 252     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 253
 254   lmm_system_t Sys = new s_lmm_system_t(true);
 255
 256   /* Creates the constraints */
 257   lmm_constraint_t* tmp_cnst = new lmm_constraint_t[15];
 258   for (int i = 0; i < 15; i++)
 259     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 260
 261   /* Creates the variables */
 262   lmm_variable_t* tmp_var = new lmm_variable_t[16];
 263   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 264     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 265     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 266   }
 267
 268   /* Link constraints and variables */
 269   for (int i = 0; i < 15; i++)
 270     for (int j = 0; j < 16; j++)
 271       if (A[i][j])
 272         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 273
 274   if (method == MAXMIN) {
 275     lmm_solve(Sys);
 276   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 277     lagrange_solve(Sys);
 278   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 279     lagrange_solve(Sys);
 280   } else {
 281     xbt_die("Invalid method");
 282   }
 283
 284   for (int j = 0; j < 16; j++)
 285     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 286
 287   for (int j = 0; j < 16; j++)
 288     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 289   delete[] tmp_var;
 290   delete[] tmp_cnst;
 291   delete Sys;
 292   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 293     delete[] A[i];
 294   delete[] A;
 295 }
 296
 297 int main(int argc, char** argv)
 298 {
 299   MSG_init(&argc, argv);
 300   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 301   test1(MAXMIN);
 302   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 303   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 304   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 305   test1(LAGRANGE_RENO);
 306
 307   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 308   test2(MAXMIN);
 309   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 310   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 311   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 312   test2(LAGRANGE_RENO);
 313
 314   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 315   test3(MAXMIN);
 316   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 317   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 318   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 319   test3(LAGRANGE_RENO);
 320
 321   return 0;
 322 }