teshsuite/surf/lmm_usage/lmm_usage.cpp

   1 /* A few tests for the maxmin library                                       */
   2
   3 /* Copyright (c) 2007-2018. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
   4
   5 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
   6  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
   7
   8 #include "simgrid/msg.h"
   9 #include "src/kernel/lmm/maxmin.hpp"
  10 #include "src/surf/surf_interface.hpp"
  11 #include "xbt/log.h"
  12 #include "xbt/module.h"
  13 #include "xbt/sysdep.h"
  14 #include <algorithm>
  15 #include <cmath>
  16
  17 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_CATEGORY(surf_test, "Messages specific for surf example");
  18
  19 using namespace simgrid::kernel;
  20
  21 #define PRINT_VAR(var) XBT_DEBUG(#var " = %g", (var)->get_value())
  22 #define SHOW_EXPR(expr) XBT_DEBUG(#expr " = %g",expr)
  23
  24 /*        ______                 */
  25 /*  ==l1==  L2  ==L3==           */
  26 /*        ------                 */
  27
  28 enum method_t { MAXMIN, LAGRANGE_RENO, LAGRANGE_VEGAS };
  29
  30 static lmm::System* new_system(method_t method)
  31 {
  32   /* selective update would need real actions instead of NULL as a first parameter to the variable constructor */
  33   switch (method) {
  34     case MAXMIN:
  35       return lmm::make_new_maxmin_system(false);
  36     case LAGRANGE_VEGAS:
  37     case LAGRANGE_RENO:
  38       return lmm::make_new_lagrange_system(false);
  39     default:
  40       xbt_die("Invalid method");
  41   }
  42 }
  43
  44 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  45 {
  46   double overall_error = 2 * min_error;
  47
  48   double min_func = func(min);
  49   double max_func = func(max);
  50
  51   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  52     return min - 1.0;
  53   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  54     return max + 1.0;
  55   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  56     abort();
  57
  58   SHOW_EXPR(min_error);
  59
  60   while (overall_error > min_error) {
  61     SHOW_EXPR(overall_error);
  62     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  63     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  64     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  65
  66     SHOW_EXPR(min);
  67     SHOW_EXPR(min_func);
  68     SHOW_EXPR(max);
  69     SHOW_EXPR(max_func);
  70
  71     double middle = (max + min) / 2.0;
  72     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  73       break;
  74     }
  75     double middle_func = func(middle);
  76     SHOW_EXPR(middle);
  77     SHOW_EXPR(middle_func);
  78
  79     if (middle_func < 0) {
  80       min = middle;
  81       min_func = middle_func;
  82       overall_error = max_func - middle_func;
  83     } else if (middle_func > 0) {
  84       max = middle;
  85       max_func = middle_func;
  86       overall_error = middle_func - min_func;
  87     } else {
  88       overall_error = 0;
  89     }
  90   }
  91   return ((min + max) / 2.0);
  92 }
  93
  94 double a_test_1 = 0;
  95 double b_test_1 = 0;
  96 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  97 {
  98   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  99            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
 100 }
 101
 102 static void test1(method_t method)
 103 {
 104   double a = 1.0;
 105   double b = 10.0;
 106
 107   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 108     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 109   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 110     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 111
 112   lmm::System* Sys    = new_system(method);
 113   lmm::Constraint* L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 114   lmm::Constraint* L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 115   lmm::Constraint* L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 116
 117   lmm::Variable* R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 118   lmm::Variable* R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 119   lmm::Variable* R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 120   lmm::Variable* R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 121
 122   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 123   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 124   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 125   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 126
 127   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 128   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 129   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 130
 131   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 132   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 133   Sys->expand(L3, R_3, 1.0);
 134
 135   if (method == MAXMIN) {
 136     Sys->solve();
 137   } else {
 138     double x;
 139     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 140       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 141       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 142       if (x > a) {
 143         x = a;
 144       }
 145       if (x < 0) {
 146         x = 0;
 147       }
 148     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 149       a_test_1 = a;
 150       b_test_1 = b;
 151       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 152
 153       if (x < 0)
 154         x = 0;
 155       if (x > a)
 156         x = a;
 157     } else {
 158       xbt_die( "Invalid method");
 159     }
 160
 161     Sys->solve();
 162
 163     double max_deviation = 0.0;
 164     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1->get_value() - x));
 165     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_3->get_value() - x));
 166     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_2->get_value() - (b - a + x)));
 167     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1_2_3->get_value() - (a - x)));
 168
 169     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 170       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 171       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 172       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, R_1->get_value() - x);
 173       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x, R_2->get_value() - (b - a + x));
 174       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, R_3->get_value() - x);
 175       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x, R_1_2_3->get_value() - (a - x));
 176     }
 177   }
 178
 179   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 180   PRINT_VAR(R_1);
 181   PRINT_VAR(R_2);
 182   PRINT_VAR(R_3);
 183
 184   Sys->variable_free(R_1_2_3);
 185   Sys->variable_free(R_1);
 186   Sys->variable_free(R_2);
 187   Sys->variable_free(R_3);
 188   delete Sys;
 189 }
 190
 191 static void test2(method_t method)
 192 {
 193   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 194     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 195   if (method == LAGRANGE_RENO)
 196     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 197
 198   lmm::System* Sys = new_system(method);
 199
 200   lmm::Constraint* CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 201   lmm::Constraint* CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 202
 203   lmm::Variable* T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 204   lmm::Variable* T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 205
 206   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 207   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 208
 209   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 210   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 211
 212   Sys->solve();
 213
 214   PRINT_VAR(T1);
 215   PRINT_VAR(T2);
 216
 217   Sys->variable_free(T1);
 218   Sys->variable_free(T2);
 219   delete Sys;
 220 }
 221
 222 static void test3(method_t method)
 223 {
 224   int flows = 11;
 225   int links = 10;
 226
 227   double** A = new double*[links + 5];
 228   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 229   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 230
 231   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 232     A[i] = new double[flows + 5];
 233     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 234       A[i][j] = 0.0;
 235
 236       if (i >= links || j >= flows) {
 237         A[i][j] = 0.0;
 238       }
 239     }
 240   }
 241
 242   /*matrix that store the constraints/topology */
 243   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 244   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 245   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 246   A[3][8] =                                          1.0;
 247   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 248   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 249   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 250   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 251   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 252   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 253   A[10][11] =                                        1.0;
 254   A[11][12] =                                        1.0;
 255   A[12][13] =                                        1.0;
 256   A[13][14] =                                        1.0;
 257   A[14][15] =                                        1.0;
 258
 259   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 260     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_vegas_f, lmm::func_vegas_fp, lmm::func_vegas_fpi);
 261   if (method == LAGRANGE_RENO)
 262     lmm::Lagrange::set_default_protocol_function(lmm::func_reno_f, lmm::func_reno_fp, lmm::func_reno_fpi);
 263
 264   lmm::System* Sys = new_system(method);
 265
 266   /* Creates the constraints */
 267   lmm::Constraint** tmp_cnst = new lmm::Constraint*[15];
 268   for (int i = 0; i < 15; i++)
 269     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 270
 271   /* Creates the variables */
 272   lmm::Variable** tmp_var = new lmm::Variable*[16];
 273   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 274     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 275     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 276   }
 277
 278   /* Link constraints and variables */
 279   for (int i = 0; i < 15; i++)
 280     for (int j = 0; j < 16; j++)
 281       if (A[i][j])
 282         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 283
 284   Sys->solve();
 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     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 291   delete[] tmp_var;
 292   delete[] tmp_cnst;
 293   delete 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 }