Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
sanitize the OOP of kernel::profile
[simgrid.git] / src / kernel / lmm / lagrange.cpp
index bebf316..755da62 100644 (file)
@@ -1,4 +1,4 @@
-/* Copyright (c) 2007-2018. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
+/* Copyright (c) 2007-2019. The SimGrid Team. All rights reserved.          */
 
 /* This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  * under the terms of the license (GNU LGPL) which comes with this package. */
@@ -8,48 +8,33 @@
  * "ssh://username@scm.gforge.inria.fr/svn/memo/people/pvelho/lagrange/ppf.ps".
  */
 #include "src/kernel/lmm/maxmin.hpp"
+#include "src/surf/surf_interface.hpp"
 #include "xbt/log.h"
 #include "xbt/sysdep.h"
 
 #include <algorithm>
-#include <cstdlib>
-#ifndef MATH
 #include <cmath>
-#endif
+#include <cstdlib>
 
 XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_lagrange, surf, "Logging specific to SURF (lagrange)");
 XBT_LOG_NEW_SUBCATEGORY(surf_lagrange_dichotomy, surf_lagrange, "Logging specific to SURF (lagrange dichotomy)");
 
-#define SHOW_EXPR(expr) XBT_CDEBUG(surf_lagrange, #expr " = %g", expr);
-#define VEGAS_SCALING 1000.0
-#define RENO_SCALING 1.0
-#define RENO2_SCALING 1.0
+static constexpr double VEGAS_SCALING = 1000.0;
+static constexpr double RENO_SCALING  = 1.0;
+static constexpr double RENO2_SCALING = 1.0;
 
 namespace simgrid {
 namespace kernel {
 namespace lmm {
 
-double (*func_f_def)(const Variable&, double);
-double (*func_fp_def)(const Variable&, double);
-double (*func_fpi_def)(const Variable&, double);
-
 System* make_new_lagrange_system(bool selective_update)
 {
   return new Lagrange(selective_update);
 }
 
-/*
- * Local prototypes to implement the Lagrangian optimization with optimal step, also called dichotomy.
- */
-// computes the value of the dichotomy using a initial values, init, with a specific variable or constraint
-static double dichotomy(double init, double diff(double, const Constraint&), const Constraint& cnst, double min_error);
-// computes the value of the differential of constraint cnst applied to lambda
-static double partial_diff_lambda(double lambda, const Constraint& cnst);
-
-template <class CnstList, class VarList>
-static int __check_feasible(const CnstList& cnst_list, const VarList& var_list, int warn)
+bool Lagrange::check_feasible(bool warn)
 {
-  for (Constraint const& cnst : cnst_list) {
+  for (Constraint const& cnst : active_constraint_set) {
     double tmp = 0;
     for (Element const& elem : cnst.enabled_element_set) {
       Variable* var = elem.variable;
@@ -60,12 +45,12 @@ static int __check_feasible(const CnstList& cnst_list, const VarList& var_list,
     if (double_positive(tmp - cnst.bound, sg_maxmin_precision)) {
       if (warn)
         XBT_WARN("The link (%p) is over-used. Expected less than %f and got %f", &cnst, cnst.bound, tmp);
-      return 0;
+      return false;
     }
     XBT_DEBUG("Checking feasability for constraint (%p): sat = %f, lambda = %f ", &cnst, tmp - cnst.bound, cnst.lambda);
   }
 
-  for (Variable const& var : var_list) {
+  for (Variable const& var : variable_set) {
     if (not var.sharing_weight)
       break;
     if (var.bound < 0)
@@ -75,13 +60,13 @@ static int __check_feasible(const CnstList& cnst_list, const VarList& var_list,
     if (double_positive(var.value - var.bound, sg_maxmin_precision)) {
       if (warn)
         XBT_WARN("The variable (%p) is too large. Expected less than %f and got %f", &var, var.bound, var.value);
-      return 0;
+      return false;
     }
   }
-  return 1;
+  return true;
 }
 
-static double new_value(const Variable& var)
+double Lagrange::new_value(const Variable& var)
 {
   double tmp = 0;
 
@@ -92,10 +77,10 @@ static double new_value(const Variable& var)
     tmp += var.mu;
   XBT_DEBUG("\t Working on var (%p). cost = %e; Weight = %e", &var, tmp, var.sharing_weight);
   // uses the partial differential inverse function
-  return var.func_fpi(var, tmp);
+  return func_fpi(var, tmp);
 }
 
-static double new_mu(const Variable& var)
+double Lagrange::new_mu(const Variable& var)
 {
   double mu_i    = 0.0;
   double sigma_i = 0.0;
@@ -103,18 +88,17 @@ static double new_mu(const Variable& var)
   for (Element const& elem : var.cnsts) {
     sigma_i += elem.constraint->lambda;
   }
-  mu_i = var.func_fp(var, var.bound) - sigma_i;
+  mu_i = func_fp(var, var.bound) - sigma_i;
   if (mu_i < 0.0)
     return 0.0;
   return mu_i;
 }
 
-template <class VarList, class CnstList>
-static double dual_objective(const VarList& var_list, const CnstList& cnst_list)
+double Lagrange::dual_objective()
 {
   double obj = 0.0;
 
-  for (Variable const& var : var_list) {
+  for (Variable const& var : variable_set) {
     double sigma_i = 0.0;
 
     if (not var.sharing_weight)
@@ -128,13 +112,13 @@ static double dual_objective(const VarList& var_list, const CnstList& cnst_list)
 
     XBT_DEBUG("var %p : sigma_i = %1.20f", &var, sigma_i);
 
-    obj += var.func_f(var, var.func_fpi(var, sigma_i)) - sigma_i * var.func_fpi(var, sigma_i);
+    obj += func_f(var, func_fpi(var, sigma_i)) - sigma_i * func_fpi(var, sigma_i);
 
     if (var.bound > 0)
       obj += var.mu * var.bound;
   }
 
-  for (Constraint const& cnst : cnst_list)
+  for (Constraint const& cnst : active_constraint_set)
     obj += cnst.lambda * cnst.bound;
 
   return obj;
@@ -159,22 +143,20 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
     print();
   }
 
-  if (not modified)
+  if (not modified_)
     return;
 
   /* Initialize lambda. */
-  auto& cnst_list = active_constraint_set;
-  for (Constraint& cnst : cnst_list) {
+  for (Constraint& cnst : active_constraint_set) {
     cnst.lambda     = 1.0;
     cnst.new_lambda = 2.0;
     XBT_DEBUG("#### cnst(%p)->lambda :  %e", &cnst, cnst.lambda);
   }
 
   /*
-   * Initialize the var_list variable with only the active variables. Initialize mu.
+   * Initialize the active variables. Initialize mu.
    */
-  auto& var_list = variable_set;
-  for (Variable& var : var_list) {
+  for (Variable& var : variable_set) {
     if (not var.sharing_weight)
       var.value = 0.0;
     else {
@@ -198,7 +180,7 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
   }
 
   /*  Compute dual objective. */
-  double obj = dual_objective(var_list, cnst_list);
+  double obj = dual_objective();
 
   /* While doesn't reach a minimum error or a number maximum of iterations. */
   int iteration = 0;
@@ -208,14 +190,14 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
     XBT_DEBUG("-------------- Gradient Descent ----------");
 
     /* Improve the value of mu_i */
-    for (Variable& var : var_list) {
+    for (Variable& var : variable_set) {
       if (var.sharing_weight && var.bound >= 0) {
         XBT_DEBUG("Working on var (%p)", &var);
         var.new_mu = new_mu(var);
         XBT_DEBUG("Updating mu : var->mu (%p) : %1.20f -> %1.20f", &var, var.mu, var.new_mu);
         var.mu = var.new_mu;
 
-        double new_obj = dual_objective(var_list, cnst_list);
+        double new_obj = dual_objective();
         XBT_DEBUG("Improvement for Objective (%g -> %g) : %g", obj, new_obj, obj - new_obj);
         xbt_assert(obj - new_obj >= -epsilon_min_error, "Our gradient sucks! (%1.20f)", obj - new_obj);
         obj = new_obj;
@@ -223,22 +205,22 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
     }
 
     /* Improve the value of lambda_i */
-    for (Constraint& cnst : cnst_list) {
+    for (Constraint& cnst : active_constraint_set) {
       XBT_DEBUG("Working on cnst (%p)", &cnst);
       cnst.new_lambda = dichotomy(cnst.lambda, partial_diff_lambda, cnst, dichotomy_min_error);
       XBT_DEBUG("Updating lambda : cnst->lambda (%p) : %1.20f -> %1.20f", &cnst, cnst.lambda, cnst.new_lambda);
       cnst.lambda = cnst.new_lambda;
 
-      double new_obj = dual_objective(var_list, cnst_list);
+      double new_obj = dual_objective();
       XBT_DEBUG("Improvement for Objective (%g -> %g) : %g", obj, new_obj, obj - new_obj);
       xbt_assert(obj - new_obj >= -epsilon_min_error, "Our gradient sucks! (%1.20f)", obj - new_obj);
       obj = new_obj;
     }
 
-    /* Now computes the values of each variable (\rho) based on the values of \lambda and \mu. */
+    /* Now computes the values of each variable (@rho) based on the values of @lambda and @mu. */
     XBT_DEBUG("-------------- Check convergence ----------");
     overall_modification = 0;
-    for (Variable& var : var_list) {
+    for (Variable& var : variable_set) {
       if (var.sharing_weight <= 0)
         var.value = 0.0;
       else {
@@ -252,12 +234,12 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
     }
 
     XBT_DEBUG("-------------- Check feasability ----------");
-    if (not __check_feasible(cnst_list, var_list, 0))
+    if (not check_feasible(false))
       overall_modification = 1.0;
     XBT_DEBUG("Iteration %d: overall_modification : %f", iteration, overall_modification);
   }
 
-  __check_feasible(cnst_list, var_list, 1);
+  check_feasible(true);
 
   if (overall_modification <= epsilon_min_error) {
     XBT_DEBUG("The method converges in %d iterations.", iteration);
@@ -273,16 +255,17 @@ void Lagrange::lagrange_solve()
 
 /*
  * Returns a double value corresponding to the result of a dichotomy process with respect to a given
- * variable/constraint (\mu in the case of a variable or \lambda in case of a constraint) and a initial value init.
+ * variable/constraint (@mu in the case of a variable or @lambda in case of a constraint) and a initial value init.
  *
- * @param init initial value for \mu or \lambda
- * @param diff a function that computes the differential of with respect a \mu or \lambda
+ * @param init initial value for @mu or @lambda
+ * @param diff a function that computes the differential of with respect a @mu or @lambda
  * @param var_cnst a pointer to a variable or constraint
  * @param min_erro a minimum error tolerated
  *
  * @return a double corresponding to the result of the dichotomy process
  */
-static double dichotomy(double init, double diff(double, const Constraint&), const Constraint& cnst, double min_error)
+double Lagrange::dichotomy(double init, double diff(double, const Constraint&), const Constraint& cnst,
+                           double min_error)
 {
   double min = init;
   double max = init;
@@ -382,7 +365,7 @@ static double dichotomy(double init, double diff(double, const Constraint&), con
   return ((min + max) / 2.0);
 }
 
-static double partial_diff_lambda(double lambda, const Constraint& cnst)
+double Lagrange::partial_diff_lambda(double lambda, const Constraint& cnst)
 {
   double diff           = 0.0;
 
@@ -408,7 +391,7 @@ static double partial_diff_lambda(double lambda, const Constraint& cnst)
     // replace value of cnst.lambda by the value of parameter lambda
     sigma_i = (sigma_i - cnst.lambda) + lambda;
 
-    diff += -var.func_fpi(var, sigma_i);
+    diff += -func_fpi(var, sigma_i);
   }
 
   diff += cnst.bound;
@@ -418,30 +401,34 @@ static double partial_diff_lambda(double lambda, const Constraint& cnst)
   return diff;
 }
 
-/** \brief Attribute the value bound to var->bound.
+/** @brief Attribute the value bound to var->bound.
  *
- *  \param func_fpi  inverse of the partial differential of f (f prime inverse, (f')^{-1})
- *
- *  Set default functions to the ones passed as parameters. This is a polymorphism in C pure, enjoy the roots of
- *  programming.
+ *  @param func_f    function (f)
+ *  @param func_fp   partial differential of f (f prime, (f'))
+ *  @param func_fpi  inverse of the partial differential of f (f prime inverse, (f')^{-1})
  *
+ *  Set default functions to the ones passed as parameters.
  */
-void set_default_protocol_function(double (*func_f)(const Variable& var, double x),
-                                   double (*func_fp)(const Variable& var, double x),
-                                   double (*func_fpi)(const Variable& var, double x))
+void Lagrange::set_default_protocol_function(double (*func_f)(const Variable& var, double x),
+                                             double (*func_fp)(const Variable& var, double x),
+                                             double (*func_fpi)(const Variable& var, double x))
 {
-  func_f_def   = func_f;
-  func_fp_def  = func_fp;
-  func_fpi_def = func_fpi;
+  Lagrange::func_f   = func_f;
+  Lagrange::func_fp  = func_fp;
+  Lagrange::func_fpi = func_fpi;
 }
 
+double (*Lagrange::func_f)(const Variable&, double);
+double (*Lagrange::func_fp)(const Variable&, double);
+double (*Lagrange::func_fpi)(const Variable&, double);
+
 /**************** Vegas and Reno functions *************************/
 /* NOTE for Reno: all functions consider the network coefficient (alpha) equal to 1. */
 
 /*
- * For Vegas: $f(x) = \alpha D_f\ln(x)$
- * Therefore: $fp(x) = \frac{\alpha D_f}{x}$
- * Therefore: $fpi(x) = \frac{\alpha D_f}{x}$
+ * For Vegas: $f(x) = @alpha D_f@ln(x)$
+ * Therefore: $fp(x) = @frac{@alpha D_f}{x}$
+ * Therefore: $fpi(x) = @frac{@alpha D_f}{x}$
  */
 double func_vegas_f(const Variable& var, double x)
 {
@@ -462,9 +449,9 @@ double func_vegas_fpi(const Variable& var, double x)
 }
 
 /*
- * For Reno:  $f(x) = \frac{\sqrt{3/2}}{D_f} atan(\sqrt{3/2}D_f x)$
- * Therefore: $fp(x)  = \frac{3}{3 D_f^2 x^2+2}$
- * Therefore: $fpi(x)  = \sqrt{\frac{1}{{D_f}^2 x} - \frac{2}{3{D_f}^2}}$
+ * For Reno:  $f(x) = @frac{@sqrt{3/2}}{D_f} atan(@sqrt{3/2}D_f x)$
+ * Therefore: $fp(x)  = @frac{3}{3 D_f^2 x^2+2}$
+ * Therefore: $fpi(x)  = @sqrt{@frac{1}{{D_f}^2 x} - @frac{2}{3{D_f}^2}}$
  */
 double func_reno_f(const Variable& var, double x)
 {
@@ -493,7 +480,7 @@ double func_reno_fpi(const Variable& var, double x)
 }
 
 /* Implementing new Reno-2
- * For Reno-2:  $f(x)   = U_f(x_f) = \frac{{2}{D_f}}*ln(2+x*D_f)$
+ * For Reno-2:  $f(x)   = U_f(x_f) = @frac{{2}{D_f}}*ln(2+x*D_f)$
  * Therefore:   $fp(x)  = 2/(Weight*x + 2)
  * Therefore:   $fpi(x) = (2*Weight)/x - 4
  */