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     if ((min_func > 0 && max_func > 0) || (min_func < 0 && max_func < 0) || (min_func > 0 && max_func < 0)) {
  50       abort();
  51     } //TODO replace by xbt_assert
  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 ((min == middle) || (max == middle)) {
  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   lmm_system_t Sys = nullptr;
  92   lmm_constraint_t L1 = nullptr;
  93   lmm_constraint_t L2 = nullptr;
  94   lmm_constraint_t L3 = nullptr;
  95
  96   lmm_variable_t R_1_2_3 = nullptr;
  97   lmm_variable_t R_1 = nullptr;
  98   lmm_variable_t R_2 = nullptr;
  99   lmm_variable_t R_3 = nullptr;
 100
 101   double a = 1.0, b = 10.0;
 102
 103   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 104     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 105   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 106     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fpi, func_reno_fpi);
 107
 108   Sys = lmm_system_new(1);
 109   L1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L1", a);
 110   L2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L2", b);
 111   L3 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "L3", a);
 112
 113   R_1_2_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1->2->3", 1.0, -1.0, 3);
 114   R_1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 1", 1.0, -1.0, 1);
 115   R_2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 2", 1.0, -1.0, 1);
 116   R_3 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "R 3", 1.0, -1.0, 1);
 117
 118   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1_2_3, 1.0);
 119   lmm_update_variable_weight(Sys, R_1, 1.0);
 120   lmm_update_variable_weight(Sys, R_2, 1.0);
 121   lmm_update_variable_weight(Sys, R_3, 1.0);
 122
 123   lmm_expand(Sys, L1, R_1_2_3, 1.0);
 124   lmm_expand(Sys, L2, R_1_2_3, 1.0);
 125   lmm_expand(Sys, L3, R_1_2_3, 1.0);
 126
 127   lmm_expand(Sys, L1, R_1, 1.0);
 128   lmm_expand(Sys, L2, R_2, 1.0);
 129   lmm_expand(Sys, L3, R_3, 1.0);
 130
 131   if (method == MAXMIN) {
 132     lmm_solve(Sys);
 133   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 134     double x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 135     /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 136     double max_deviation = 0.0;
 137     if (x > a) {
 138       x = a;
 139     }
 140     if (x < 0) {
 141       x = 0;
 142     }
 143
 144     lagrange_solve(Sys);
 145
 146     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 147     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 148     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 149     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 150
 151     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 152       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 153       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 154       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 155       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 156                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 157       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 158       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 159                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 160     }
 161   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 162     double x;
 163     double max_deviation = 0.0;
 164
 165     a_test_1 = a;
 166     b_test_1 = b;
 167     x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 168
 169     if (x < 0)
 170       x = 0;
 171     if (x > a)
 172       x = a;
 173     lagrange_solve(Sys);
 174
 175     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1) - x));
 176     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_3) - x));
 177     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x)));
 178     max_deviation = MAX(max_deviation, fabs(lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x)));
 179
 180     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 181       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 182       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 183       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_1) - x);
 184       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x,
 185                lmm_variable_getvalue(R_2) - (b - a + x));
 186       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, lmm_variable_getvalue(R_3) - x);
 187       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x,
 188                lmm_variable_getvalue(R_1_2_3) - (a - x));
 189     }
 190   } else {
 191     xbt_die( "Invalid method");
 192   }
 193
 194   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 195   PRINT_VAR(R_1);
 196   PRINT_VAR(R_2);
 197   PRINT_VAR(R_3);
 198
 199   lmm_variable_free(Sys, R_1_2_3);
 200   lmm_variable_free(Sys, R_1);
 201   lmm_variable_free(Sys, R_2);
 202   lmm_variable_free(Sys, R_3);
 203   lmm_system_free(Sys);
 204 }
 205
 206 static void test2(method_t method)
 207 {
 208   lmm_system_t Sys = nullptr;
 209   lmm_constraint_t CPU1 = nullptr;
 210   lmm_constraint_t CPU2 = nullptr;
 211
 212   lmm_variable_t T1 = nullptr;
 213   lmm_variable_t T2 = nullptr;
 214
 215   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 216     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 217   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 218     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 219
 220   Sys = lmm_system_new(1);
 221   CPU1 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU1", 200.0);
 222   CPU2 = lmm_constraint_new(Sys, (void *) "CPU2", 100.0);
 223
 224   T1 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T1", 1.0, -1.0, 1);
 225   T2 = lmm_variable_new(Sys, (void *) "T2", 1.0, -1.0, 1);
 226
 227   lmm_update_variable_weight(Sys, T1, 1.0);
 228   lmm_update_variable_weight(Sys, T2, 1.0);
 229
 230   lmm_expand(Sys, CPU1, T1, 1.0);
 231   lmm_expand(Sys, CPU2, T2, 1.0);
 232
 233   if (method == MAXMIN) {
 234     lmm_solve(Sys);
 235   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 236     lagrange_solve(Sys);
 237   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 238     lagrange_solve(Sys);
 239   } else {
 240     xbt_die("Invalid method");
 241   }
 242
 243   PRINT_VAR(T1);
 244   PRINT_VAR(T2);
 245
 246   lmm_variable_free(Sys, T1);
 247   lmm_variable_free(Sys, T2);
 248   lmm_system_free(Sys);
 249 }
 250
 251 static void test3(method_t method)
 252 {
 253   int flows = 11;
 254   int links = 10;
 255
 256   int i = 0;
 257   int j = 0;
 258
 259   double **A;
 260
 261   lmm_system_t Sys = nullptr;
 262   lmm_constraint_t *tmp_cnst = nullptr;
 263   lmm_variable_t *tmp_var = nullptr;
 264   char **tmp_name;
 265
 266   /*array to add the the constraints of fictitious variables */
 267   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 268
 269   A = xbt_new0(double *, links + 5);
 270
 271   for (i = 0; i < links + 5; i++) {
 272     A[i] = xbt_new0(double, flows + 5);
 273     for (j = 0; j < flows + 5; j++) {
 274       A[i][j] = 0.0;
 275
 276       if (i >= links || j >= flows) {
 277         A[i][j] = 0.0;
 278       }
 279     }
 280   }
 281
 282   /*matrix that store the constraints/topology */
 283   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 284   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 285   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 286   A[3][8] =                                          1.0;
 287   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 288   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 289   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 290   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 291   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 292   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 293   A[10][11] =                                        1.0;
 294   A[11][12] =                                        1.0;
 295   A[12][13] =                                        1.0;
 296   A[13][14] =                                        1.0;
 297   A[14][15] =                                        1.0;
 298
 299   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 300     lmm_set_default_protocol_function(func_vegas_f, func_vegas_fp, func_vegas_fpi);
 301   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 302     lmm_set_default_protocol_function(func_reno_f, func_reno_fp, func_reno_fpi);
 303
 304   Sys = lmm_system_new(1);
 305
 306   tmp_name = xbt_new0(char *, 31);
 307
 308   /* Creates the constraints */
 309   tmp_cnst = xbt_new0(lmm_constraint_t, 15);
 310   for (i = 0; i < 15; i++) {
 311     tmp_name[i] = bprintf("C_%03d", i);
 312     tmp_cnst[i] = lmm_constraint_new(Sys, (void *) tmp_name[i], B[i]);
 313   }
 314
 315   /* Creates the variables */
 316   tmp_var = xbt_new0(lmm_variable_t, 16);
 317   for (j = 0; j < 16; j++) {
 318     tmp_name[i + j] = bprintf("X_%03d", j);
 319     tmp_var[j] = lmm_variable_new(Sys, (void *) tmp_name[i + j], 1.0, -1.0, 15);
 320     lmm_update_variable_weight(Sys, tmp_var[j], 1.0);
 321   }
 322
 323   /* Link constraints and variables */
 324   for (i = 0; i < 15; i++) {
 325     for (j = 0; j < 16; j++) {
 326       if (A[i][j]) {
 327         lmm_expand(Sys, tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 328       }
 329     }
 330   }
 331
 332   if (method == MAXMIN) {
 333     lmm_solve(Sys);
 334   } else if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 335     lagrange_solve(Sys);
 336   } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 337     lagrange_solve(Sys);
 338   } else {
 339     xbt_die("Invalid method");
 340   }
 341
 342   for (j = 0; j < 16; j++) {
 343     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 344   }
 345
 346   for (j = 0; j < 16; j++)
 347     lmm_variable_free(Sys, tmp_var[j]);
 348   xbt_free(tmp_var);
 349   xbt_free(tmp_cnst);
 350   for (i = 0; i < 31; i++)
 351     xbt_free(tmp_name[i]);
 352   xbt_free(tmp_name);
 353   lmm_system_free(Sys);
 354   for (i = 0; i < links + 5; i++)
 355     xbt_free(A[i]);
 356   xbt_free(A);
 357 }
 358
 359 int main(int argc, char **argv)
 360 {
 361   surf_init(&argc, argv);
 362
 363   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 364   test1(MAXMIN);
 365   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 366   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 367   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 368   test1(LAGRANGE_RENO);
 369
 370   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 371   test2(MAXMIN);
 372   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 373   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 374   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 375   test2(LAGRANGE_RENO);
 376
 377   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 378   test3(MAXMIN);
 379   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 380   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 381   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 382   test3(LAGRANGE_RENO);
 383
 384   surf_exit();
 385   return 0;
 386 }