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 "simgrid/msg.h"
  10 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  11 #include "surf/maxmin.h"
  12 #include "xbt/log.h"
  13 #include "xbt/module.h"
  14 #include "xbt/sysdep.h"
  15 #include <math.h>
  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 typedef enum {
  27   MAXMIN,
  28   LAGRANGE_RENO,
  29   LAGRANGE_VEGAS
  30 } method_t;
  31
  32 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  33 {
  34   double overall_error = 2 * min_error;
  35
  36   double min_func = func(min);
  37   double max_func = func(max);
  38
  39   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  40     return min - 1.0;
  41   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  42     return max + 1.0;
  43   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  44     abort();
  45
  46   SHOW_EXPR(min_error);
  47
  48   while (overall_error > min_error) {
  49     SHOW_EXPR(overall_error);
  50     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  51     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  52     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  53
  54     SHOW_EXPR(min);
  55     SHOW_EXPR(min_func);
  56     SHOW_EXPR(max);
  57     SHOW_EXPR(max_func);
  58
  59     double middle = (max + min) / 2.0;
  60     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  61       break;
  62     }
  63     double middle_func = func(middle);
  64     SHOW_EXPR(middle);
  65     SHOW_EXPR(middle_func);
  66
  67     if (middle_func < 0) {
  68       min = middle;
  69       min_func = middle_func;
  70       overall_error = max_func - middle_func;
  71     } else if (middle_func > 0) {
  72       max = middle;
  73       max_func = middle_func;
  74       overall_error = middle_func - min_func;
  75     } else {
  76       overall_error = 0;
  77     }
  78   }
  79   return ((min + max) / 2.0);
  80 }
  81
  82 double a_test_1 = 0;
  83 double b_test_1 = 0;
  84 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  85 {
  86   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  87            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  88 }
  89
  90 static void test1(method_t method)
  91 {
  92   double a = 1.0;
  93   double b = 10.0;
  94
  95   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
  96     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
  97   else if (method == LAGRANGE_RENO)
  98     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
  99
 100   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 101   lmm_constraint_t L1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 102   lmm_constraint_t L2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, b);
 103   lmm_constraint_t L3 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, a);
 104
 105   lmm_variable_t R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 106   lmm_variable_t R_1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 107   lmm_variable_t R_2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 108   lmm_variable_t R_3 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 109
 110   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 111   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 112   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 113   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 114
 115   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 116   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 117   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 118
 119   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 120   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 121   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 122
 123   if (method == MAXMIN) {
 124     lmm_solve(Sys);
 125   } else {
 126     double x;
 127     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 128       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 129       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 130       if (x > a) {
 131         x = a;
 132       }
 133       if (x < 0) {
 134         x = 0;
 135       }
 136     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 137       a_test_1 = a;
 138       b_test_1 = b;
 139       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 140
 141       if (x < 0)
 142         x = 0;
 143       if (x > a)
 144         x = a;
 145     } else {
 146       xbt_die( "Invalid method");
 147     }
 148
 149     lagrange_solve(Sys);
 150
 151     double max_deviation = 0.0;
 152     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 153     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 154     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 155     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 156
 157     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 158       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 159       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 160       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 161       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 162                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 163       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 164       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 165                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 166     }
 167   }
 168
 169   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 170   PRINT_VAR(R_1);
 171   PRINT_VAR(R_2);
 172   PRINT_VAR(R_3);
 173
 174   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 175   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 176   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 177   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 178   lmm_system_free(Sys);
 179 }
 180
 181 static void test2(method_t method)
 182 {
 183   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 184     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 185   if (method == LAGRANGE_RENO)
 186     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 187
 188   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 189   lmm_constraint_t CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 200.0);
 190   lmm_constraint_t CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, 100.0);
 191
 192   lmm_variable_t T1 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 193   lmm_variable_t T2 = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 194
 195   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 196   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 197
 198   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 199   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 200
 201   if (method == MAXMIN) {
 202     lmm_solve(Sys);
 203   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS || method == LAGRANGE_RENO) {
 204     lagrange_solve(Sys);
 205   } else {
 206     xbt_die("Invalid method");
 207   }
 208
 209   PRINT_VAR(T1);
 210   PRINT_VAR(T2);
 211
 212   lmm_variable_free(Sys, T1);
 213   lmm_variable_free(Sys, T2);
 214   lmm_system_free(Sys);
 215 }
 216
 217 static void test3(method_t method)
 218 {
 219   int flows = 11;
 220   int links = 10;
 221
 222   double **A = xbt_new0(double *, links + 5);
 223   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 224   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 225
 226   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 227     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
 228     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 229       A[i][j] = 0.0;
 230
 231       if (i >= links || j >= flows) {
 232         A[i][j] = 0.0;
 233       }
 234     }
 235   }
 236
 237   /*matrix that store the constraints/topology */
 238   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 239   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 240   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 241   A[3][8] =                                          1.0;
 242   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 243   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 244   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 245   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 246   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 247   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 248   A[10][11] =                                        1.0;
 249   A[11][12] =                                        1.0;
 250   A[12][13] =                                        1.0;
 251   A[13][14] =                                        1.0;
 252   A[14][15] =                                        1.0;
 253
 254   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 255     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 256   if (method == LAGRANGE_RENO)
 257     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 258
 259   lmm_system_t Sys = lmm_system_new(1);
 260
 261   /* Creates the constraints */
 262   lmm_constraint_t *tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
 263   for (int i = 0; i < 15; i++)
 264     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, nullptr, B[i]);
 265
 266   /* Creates the variables */
 267   lmm_variable_t *tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
 268   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 269     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 270     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 271   }
 272
 273   /* Link constraints and variables */
 274   for (int i = 0; i < 15; i++)
 275     for (int j = 0; j < 16; j++)
 276       if (A[i][j])
 277         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 278
 279   if (method == MAXMIN) {
 280     lmm_solve(Sys);
 281   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 282     lagrange_solve(Sys);
 283   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 284     lagrange_solve(Sys);
 285   } else {
 286     xbt_die("Invalid method");
 287   }
 288
 289   for (int j = 0; j < 16; j++)
 290     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 291
 292   for (int j = 0; j < 16; j++)
 293     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 294   xbt_free(tmp_var);
 295   xbt_free(tmp_cnst);
 296   lmm_system_free(Sys);
 297   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 298     xbt_free(A[i]);
 299   xbt_free(A);
 300 }
 301
 302 int main(int argc, char** argv)
 303 {
 304   MSG_init(&argc, argv);
 305   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 306   test1(MAXMIN);
 307   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 308   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 309   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 310   test1(LAGRANGE_RENO);
 311
 312   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 313   test2(MAXMIN);
 314   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 315   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 316   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 317   test2(LAGRANGE_RENO);
 318
 319   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 320   test3(MAXMIN);
 321   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 322   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 323   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 324   test3(LAGRANGE_RENO);
 325
 326   return 0;
 327 }