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::surf;
  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 simgrid::kernel::lmm::System* new_system(method_t method, bool update)
  31 {
  32   switch (method) {
  33     case MAXMIN:
  34       return simgrid::kernel::lmm::make_new_maxmin_system(update);
  35     case LAGRANGE_VEGAS:
  36     case LAGRANGE_RENO:
  37       return simgrid::kernel::lmm::make_new_lagrange_system(update);
  38     default:
  39       xbt_die("Invalid method");
  40   }
  41 }
  42
  43 static double dichotomy(double func(double), double min, double max, double min_error)
  44 {
  45   double overall_error = 2 * min_error;
  46
  47   double min_func = func(min);
  48   double max_func = func(max);
  49
  50   if ((min_func > 0 && max_func > 0))
  51     return min - 1.0;
  52   if ((min_func < 0 && max_func < 0))
  53     return max + 1.0;
  54   if ((min_func > 0 && max_func < 0))
  55     abort();
  56
  57   SHOW_EXPR(min_error);
  58
  59   while (overall_error > min_error) {
  60     SHOW_EXPR(overall_error);
  61     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func <= 0);
  62     xbt_assert(min_func >= 0 || max_func >= 0);
  63     xbt_assert(min_func <= 0 || max_func >= 0);
  64
  65     SHOW_EXPR(min);
  66     SHOW_EXPR(min_func);
  67     SHOW_EXPR(max);
  68     SHOW_EXPR(max_func);
  69
  70     double middle = (max + min) / 2.0;
  71     if (fabs(min - middle) < 1e-12 || fabs(max - middle) < 1e-12) {
  72       break;
  73     }
  74     double middle_func = func(middle);
  75     SHOW_EXPR(middle);
  76     SHOW_EXPR(middle_func);
  77
  78     if (middle_func < 0) {
  79       min = middle;
  80       min_func = middle_func;
  81       overall_error = max_func - middle_func;
  82     } else if (middle_func > 0) {
  83       max = middle;
  84       max_func = middle_func;
  85       overall_error = middle_func - min_func;
  86     } else {
  87       overall_error = 0;
  88     }
  89   }
  90   return ((min + max) / 2.0);
  91 }
  92
  93 double a_test_1 = 0;
  94 double b_test_1 = 0;
  95 static double diff_lagrange_test_1(double x)
  96 {
  97   return -(3 / (1 + 3 * x * x / 2) - 3 / (2 * (3 * (a_test_1 - x) * (a_test_1 - x) / 2 + 1)) +
  98            3 / (2 * (3 * (b_test_1 - a_test_1 + x) * (b_test_1 - a_test_1 + x) / 2 + 1)));
  99 }
 100
 101 static void test1(method_t method)
 102 {
 103   double a = 1.0;
 104   double b = 10.0;
 105
 106   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 107     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp,
 108                                   simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
 109   else if (method == LAGRANGE_RENO)
 110     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi,
 111                                   simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 112
 113   simgrid::kernel::lmm::System* Sys    = new_system(method, true);
 114   simgrid::kernel::lmm::Constraint* L1 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 115   simgrid::kernel::lmm::Constraint* L2 = Sys->constraint_new(nullptr, b);
 116   simgrid::kernel::lmm::Constraint* L3 = Sys->constraint_new(nullptr, a);
 117
 118   simgrid::kernel::lmm::Variable* R_1_2_3 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 3);
 119   simgrid::kernel::lmm::Variable* R_1     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 120   simgrid::kernel::lmm::Variable* R_2     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 121   simgrid::kernel::lmm::Variable* R_3     = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 122
 123   Sys->update_variable_weight(R_1_2_3, 1.0);
 124   Sys->update_variable_weight(R_1, 1.0);
 125   Sys->update_variable_weight(R_2, 1.0);
 126   Sys->update_variable_weight(R_3, 1.0);
 127
 128   Sys->expand(L1, R_1_2_3, 1.0);
 129   Sys->expand(L2, R_1_2_3, 1.0);
 130   Sys->expand(L3, R_1_2_3, 1.0);
 131
 132   Sys->expand(L1, R_1, 1.0);
 133   Sys->expand(L2, R_2, 1.0);
 134   Sys->expand(L3, R_3, 1.0);
 135
 136   if (method == MAXMIN) {
 137     Sys->solve();
 138   } else {
 139     double x;
 140     if (method == LAGRANGE_VEGAS) {
 141       x = 3 * a / 4 - 3 * b / 8 + sqrt(9 * b * b + 4 * a * a - 4 * a * b) / 8;
 142       /* Computed with mupad and D_f=1.0 */
 143       if (x > a) {
 144         x = a;
 145       }
 146       if (x < 0) {
 147         x = 0;
 148       }
 149     } else if (method == LAGRANGE_RENO) {
 150       a_test_1 = a;
 151       b_test_1 = b;
 152       x = dichotomy(diff_lagrange_test_1, 0, a, 1e-13);
 153
 154       if (x < 0)
 155         x = 0;
 156       if (x > a)
 157         x = a;
 158     } else {
 159       xbt_die( "Invalid method");
 160     }
 161
 162     Sys->solve();
 163
 164     double max_deviation = 0.0;
 165     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1->get_value() - x));
 166     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_3->get_value() - x));
 167     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_2->get_value() - (b - a + x)));
 168     max_deviation        = std::max(max_deviation, fabs(R_1_2_3->get_value() - (a - x)));
 169
 170     if (max_deviation > 0.00001) { // Legacy value used in lagrange.c
 171       XBT_WARN("Max Deviation from optimal solution : %g", max_deviation);
 172       XBT_WARN("Found x = %1.20f", x);
 173       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1 = %g): %1.20f", x, R_1->get_value() - x);
 174       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_2 = %g): %1.20f", b - a + x, R_2->get_value() - (b - a + x));
 175       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_3 = %g): %1.20f", x, R_3->get_value() - x);
 176       XBT_WARN("Deviation from optimal solution (R_1_2_3 = %g): %1.20f", a - x, R_1_2_3->get_value() - (a - x));
 177     }
 178   }
 179
 180   PRINT_VAR(R_1_2_3);
 181   PRINT_VAR(R_1);
 182   PRINT_VAR(R_2);
 183   PRINT_VAR(R_3);
 184
 185   Sys->variable_free(R_1_2_3);
 186   Sys->variable_free(R_1);
 187   Sys->variable_free(R_2);
 188   Sys->variable_free(R_3);
 189   delete Sys;
 190 }
 191
 192 static void test2(method_t method)
 193 {
 194   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 195     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp,
 196                                   simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
 197   if (method == LAGRANGE_RENO)
 198     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fp,
 199                                   simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 200
 201   simgrid::kernel::lmm::System* Sys = new_system(method, true);
 202
 203   simgrid::kernel::lmm::Constraint* CPU1 = Sys->constraint_new(nullptr, 200.0);
 204   simgrid::kernel::lmm::Constraint* CPU2 = Sys->constraint_new(nullptr, 100.0);
 205
 206   simgrid::kernel::lmm::Variable* T1 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 207   simgrid::kernel::lmm::Variable* T2 = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 1);
 208
 209   Sys->update_variable_weight(T1, 1.0);
 210   Sys->update_variable_weight(T2, 1.0);
 211
 212   Sys->expand(CPU1, T1, 1.0);
 213   Sys->expand(CPU2, T2, 1.0);
 214
 215   Sys->solve();
 216
 217   PRINT_VAR(T1);
 218   PRINT_VAR(T2);
 219
 220   Sys->variable_free(T1);
 221   Sys->variable_free(T2);
 222   delete Sys;
 223 }
 224
 225 static void test3(method_t method)
 226 {
 227   int flows = 11;
 228   int links = 10;
 229
 230   double** A = new double*[links + 5];
 231   /* array to add the constraints of fictitious variables */
 232   double B[15] = { 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 1, 1, 1, 1, 1 };
 233
 234   for (int i = 0; i < links + 5; i++) {
 235     A[i] = new double[flows + 5];
 236     for (int j = 0; j < flows + 5; j++) {
 237       A[i][j] = 0.0;
 238
 239       if (i >= links || j >= flows) {
 240         A[i][j] = 0.0;
 241       }
 242     }
 243   }
 244
 245   /*matrix that store the constraints/topology */
 246   A[0][1] = A[0][7] =                                1.0;
 247   A[1][1] = A[1][7] = A[1][8] =                      1.0;
 248   A[2][1] = A[2][8] =                                1.0;
 249   A[3][8] =                                          1.0;
 250   A[4][0] = A[4][3] = A[4][9] =                      1.0;
 251   A[5][0] = A[5][3] = A[5][4] = A[5][9] =            1.0;
 252   A[6][0] = A[6][4] = A[6][9] = A[6][10] =           1.0;
 253   A[7][2] = A[7][4] = A[7][6] = A[7][9] = A[7][10] = 1.0;
 254   A[8][2] = A[8][10] =                               1.0;
 255   A[9][5] = A[9][6] = A[9][9] =                      1.0;
 256   A[10][11] =                                        1.0;
 257   A[11][12] =                                        1.0;
 258   A[12][13] =                                        1.0;
 259   A[13][14] =                                        1.0;
 260   A[14][15] =                                        1.0;
 261
 262   if (method == LAGRANGE_VEGAS)
 263     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_vegas_f, simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fp,
 264                                   simgrid::kernel::lmm::func_vegas_fpi);
 265   if (method == LAGRANGE_RENO)
 266     set_default_protocol_function(simgrid::kernel::lmm::func_reno_f, simgrid::kernel::lmm::func_reno_fp,
 267                                   simgrid::kernel::lmm::func_reno_fpi);
 268
 269   simgrid::kernel::lmm::System* Sys = new_system(method, true);
 270
 271   /* Creates the constraints */
 272   simgrid::kernel::lmm::Constraint** tmp_cnst = new simgrid::kernel::lmm::Constraint*[15];
 273   for (int i = 0; i < 15; i++)
 274     tmp_cnst[i] = Sys->constraint_new(nullptr, B[i]);
 275
 276   /* Creates the variables */
 277   simgrid::kernel::lmm::Variable** tmp_var = new simgrid::kernel::lmm::Variable*[16];
 278   for (int j = 0; j < 16; j++) {
 279     tmp_var[j] = Sys->variable_new(nullptr, 1.0, -1.0, 15);
 280     Sys->update_variable_weight(tmp_var[j], 1.0);
 281   }
 282
 283   /* Link constraints and variables */
 284   for (int i = 0; i < 15; i++)
 285     for (int j = 0; j < 16; j++)
 286       if (A[i][j])
 287         Sys->expand(tmp_cnst[i], tmp_var[j], 1.0);
 288
 289   Sys->solve();
 290
 291   for (int j = 0; j < 16; j++)
 292     PRINT_VAR(tmp_var[j]);
 293
 294   for (int j = 0; j < 16; j++)
 295     Sys->variable_free(tmp_var[j]);
 296   delete[] tmp_var;
 297   delete[] tmp_cnst;
 298   delete Sys;
 299   for (int i = 0; i < links + 5; i++)
 300     delete[] A[i];
 301   delete[] A;
 302 }
 303
 304 int main(int argc, char** argv)
 305 {
 306   MSG_init(&argc, argv);
 307   XBT_INFO("***** Test 1 (Max-Min)");
 308   test1(MAXMIN);
 309   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Vegas)");
 310   test1(LAGRANGE_VEGAS);
 311   XBT_INFO("***** Test 1 (Lagrange - Reno)");
 312   test1(LAGRANGE_RENO);
 313
 314   XBT_INFO("***** Test 2 (Max-Min)");
 315   test2(MAXMIN);
 316   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Vegas)");
 317   test2(LAGRANGE_VEGAS);
 318   XBT_INFO("***** Test 2 (Lagrange - Reno)");
 319   test2(LAGRANGE_RENO);
 320
 321   XBT_INFO("***** Test 3 (Max-Min)");
 322   test3(MAXMIN);
 323   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Vegas)");
 324   test3(LAGRANGE_VEGAS);
 325   XBT_INFO("***** Test 3 (Lagrange - Reno)");
 326   test3(LAGRANGE_RENO);
 327
 328   return 0;
 329 }