Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Cleaning up the lagrange model.
[simgrid.git] / src / surf / lagrange.c
index 48cd327..c70af9e 100644 (file)
 #endif
 
 
-XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_lagrange, surf,
-                               "Logging specific to SURF (lagrange)");
+XBT_LOG_NEW_DEFAULT_SUBCATEGORY(surf_lagrange, surf, "Logging specific to SURF (lagrange)");
+
+
+/*
+ * Local prototypes to implement the lagrangian optimization with optimal step, also called dicotomi.
+ */
+//solves the proportional fairness using a lagrange optimizition with dicotomi step
+void   lagrange_solve       (lmm_system_t sys);
+//computes the value of the dicotomi using a initial values, init, with a specific variable or constraint
+double dicotomi(double init, double diff(double, void*), void *var_cnst, double min_error);
+//computes the value of the differential of variable param_var applied to mu  
+double partial_diff_mu      (double mu, void * param_var);
+//computes the value of the differential of constraint param_cnst applied to lambda  
+double partial_diff_lambda  (double lambda, void * param_cnst);
 
-XBT_LOG_NEW_SUBCATEGORY(surf_writelambda, surf,
-                               "Generates the lambda.in file. WARNING: the size of this file might be a few GBs.");
 
-void lagrange_solve(lmm_system_t sys);
 
 void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
 {
-
   /*
    * Lagrange Variables.
    */
-  double epsilon_min_error = 1e-6;
+  int max_iterations= 10;
+  double epsilon_min_error = 1e-10;
   double overall_error = 1;
-  double sigma_step = 1e-3;
-  double capacity_error=0, bound_error=0;
-  
+
 
   /*
    * Variables to manipulate the data structure proposed to model the maxmin
    * fairness. See docummentation for more details.
    */
-  xbt_swag_t elem_list = NULL;
-  lmm_element_t elem1 = NULL;
-  lmm_element_t elem = NULL;
+  xbt_swag_t elem_list  = NULL;
+  lmm_element_t elem    = NULL;
+
 
-  xbt_swag_t cnst_list = NULL;
-  lmm_constraint_t cnst1 = NULL;
-  lmm_constraint_t cnst2 = NULL;
+  xbt_swag_t cnst_list  = NULL;
   lmm_constraint_t cnst = NULL;
-  double sum;
-  xbt_swag_t var_list = NULL;
-  lmm_variable_t var1 = NULL;
-  lmm_variable_t var = NULL;
-  lmm_variable_t var2 = NULL;
+  
+  xbt_swag_t var_list   = NULL;
+  lmm_variable_t var    = NULL;
 
 
   /*
    * Auxiliar variables.
    */
   int iteration=0;
-  int max_iterations= 1000;
-  double mu_partial=0;
-  double lambda_partial=0;
   double tmp=0;
-  int i,j;
-  FILE *gnuplot_file=NULL;
-  char print_buf[1024];
-  char *trace_buf=xbt_malloc0(sizeof(char));
-
-
-
+  int i;
+   
 
+  DEBUG0("Iterative method configuration snapshot =====>");
+  DEBUG1("#### Maximum number of iterations : %d", max_iterations);
+  DEBUG1("#### Minimum error tolerated      : %e", epsilon_min_error);
 
 
   if ( !(sys->modified))
     return;
-  
+
   /* 
    * Initialize the var list variable with only the active variables. 
    * Associate an index in the swag variables. Initialize mu.
    */
   var_list = &(sys->variable_set);
   i=0;
-  xbt_swag_foreach(var1, var_list) {
-    if((var1->bound > 0.0) || (var1->weight <= 0.0)){
-      DEBUG1("## NOTE var1(%d) is a boundless variable", i);
-      var1->mu = -1.0;
-    } else 
-      var1->mu = 1.0;
-    DEBUG2("## var1(%d)->mu:  %e", i, var1->mu);
-    DEBUG2("## var1(%d)->weight: %e", i, var1->weight);
+  xbt_swag_foreach(var, var_list) {
+    if((var->bound > 0.0) || (var->weight <= 0.0)){
+      DEBUG1("#### NOTE var(%d) is a boundless variable", i);
+      var->mu = -1.0;
+    } else{ 
+      var->mu =   1.0;
+      var->new_mu = 2.0;
+    }
+    DEBUG2("#### var(%d)->mu :  %e", i, var->mu);
+    DEBUG2("#### var(%d)->weight: %e", i, var->weight);
     i++;
   }
 
@@ -102,212 +102,107 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
    * Initialize lambda.
    */
   cnst_list=&(sys->active_constraint_set); 
-  xbt_swag_foreach(cnst1, cnst_list) {
-    cnst1->lambda = 1.0;
-    DEBUG2("## cnst1(%p)->lambda:  %e", cnst1, cnst1->lambda);
-  }
-
-  if(XBT_LOG_ISENABLED(surf_writelambda, xbt_log_priority_debug)) {
-    gnuplot_file = fopen("lambda.in", "w");
-    fprintf(gnuplot_file, "# iteration    lambda1  lambda2 lambda3 ... lambdaP");
+  xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
+    cnst->lambda = 1.0;
+    cnst->new_lambda = 2.0;
+    DEBUG2("#### cnst(%p)->lambda :  %e", cnst, cnst->lambda);
   }
-
   
   /*
    * While doesn't reach a minimun error or a number maximum of iterations.
    */
   while(overall_error > epsilon_min_error && iteration < max_iterations){
+   
     iteration++;
-    /*                        d Dual
-     * Compute the value of ----------- (\lambda^k, \mu^k) this portion
-     *                       d \mu_i^k
-     * of code depends on function f(x).
+    
+    /*                       
+     * Compute the value of mu_i
      */
     var_list = &(sys->variable_set);
-    xbt_swag_foreach(var1, var_list) {
-      mu_partial = 0;
-      if((var1->bound > 0) || (var1->weight <=0) ){
-       //for each link with capacity cnsts[i] that uses flow of variable var1 do
-       for(i=0; i<var1->cnsts_number; i++)
-         mu_partial += (var1->cnsts[i].constraint)->lambda;
-       
-        mu_partial = -1.0 / mu_partial + var1->bound;
-       var1->new_mu = var1->mu - sigma_step * mu_partial; 
-       /* Assert that var1->new_mu is positive */
-     }
-    }
-
-    if(XBT_LOG_ISENABLED(surf_writelambda, xbt_log_priority_debug)) {
-      fprintf(gnuplot_file, "\n%d ", iteration);
+    //forall mu_i in mu_1, mu_2, ..., mu_n
+    xbt_swag_foreach(var, var_list) {
+      if((var->bound >= 0) && (var->weight > 0) ){
+       var->mu = dicotomi(var->mu, partial_diff_mu, var, epsilon_min_error);
+       if(var->mu < 0) var->mu = 0;
+      }
     }
+    
 
-    /*                         d Dual
-     * Compute the value of ------------- (\lambda^k, \mu^k) this portion
-     *                      d \lambda_i^k
-     * of code depends on function f(x).
+    /*
+     * Compute the value of lambda_i
      */
-
-    DEBUG1("######Lambda partial at iteration  %d", iteration);
-    cnst_list=&(sys->active_constraint_set);
-    j=0;
-    xbt_swag_foreach(cnst1, cnst_list) {
-      j++;
-
-      lambda_partial = 0;
-      
-      elem_list = &(cnst1->element_set);
-      xbt_swag_foreach(elem1, elem_list) {
-       lambda_partial = 0;
-   
-       var2 = elem1->variable;
-       
-       if(var2->weight<=0) continue;
-
-       tmp = 0;
-
-       //for each link with capacity cnsts[i] that uses flow of variable var1 do
-       if(var2->bound > 0)
-         tmp += var2->mu;
-
-       for(i=0; i<var2->cnsts_number; i++)
-         tmp += (var2->cnsts[i].constraint)->lambda;
-       
-       lambda_partial += -1 / tmp;
-      }
-
-      lambda_partial += cnst1->bound;
-
-      DEBUG2("###########Lambda partial %p : %e", cnst1, lambda_partial);
-
-      cnst1->new_lambda = cnst1->lambda - sigma_step * lambda_partial;
-      
-      if(XBT_LOG_ISENABLED(surf_writelambda, xbt_log_priority_debug)) {
-       fprintf(gnuplot_file, " %f", cnst1->lambda);
-      }
+    //forall lambda_i in lambda_1, lambda_2, ..., lambda_n
+    xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
+      cnst->lambda = dicotomi(cnst->lambda, partial_diff_lambda, cnst, epsilon_min_error);
+      if(cnst->lambda < 0) cnst->lambda = 0;
     }
 
-    /* Updating lambda's and mu's */  
-    var_list = &(sys->variable_set); 
-    xbt_swag_foreach(var1, var_list)
-      if(!((var1->bound > 0.0) || (var1->weight <= 0.0)))
-       var1->mu = var1->new_mu;
-  
 
-    cnst_list=&(sys->active_constraint_set); 
-    xbt_swag_foreach(cnst1, cnst_list)
-      cnst1->lambda = cnst1->new_lambda;
-    
     /*
      * Now computes the values of each variable (\rho) based on
      * the values of \lambda and \mu.
      */
-    var_list = &(sys->variable_set);
-    xbt_swag_foreach(var1, var_list) {
-      if(var1->weight <=0) 
-       var1->value = 0.0;
+    overall_error=0;
+    DEBUG1("Iteration %d ", iteration);
+    xbt_swag_foreach(var, var_list) {
+      if(var->weight <=0) 
+       var->value = 0.0;
       else {
        tmp = 0;
-       if(var1->bound >0) 
-         tmp+=var1->mu;
-       for(i=0; i<var1->cnsts_number; i++)
-         tmp += (var1->cnsts[i].constraint)->lambda;
+       for(i=0; i<var->cnsts_number; i++){
+         tmp += (var->cnsts[i].constraint)->lambda;
+         if(var->bound > 0) 
+           tmp+=var->mu;
+       }
+       
+       //computes de overall_error
+       if(overall_error < fabs(var->value - 1.0/tmp)){
+         overall_error = fabs(var->value - 1.0/tmp);
+       }
 
-       var1->value = 1 / tmp;
+       var->value = 1.0 / tmp;
       }
-       
-      
-      DEBUG2("var1->value (id=%s) : %e", (char *)var1->id, var1->value);
-    }
 
-  /* Printing Objective */
-  var_list = &(sys->variable_set);
-  sprintf(print_buf,"MAX-MIN ( ");
-  trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-  strcat(trace_buf, print_buf);
-  xbt_swag_foreach(var, var_list) {
-    sprintf(print_buf,"'%p'(%f) ",var,var->weight);
-    trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-    strcat(trace_buf, print_buf);
+
+      DEBUG2("======> value of var (%p)  = %e", var, var->value);      
+    }
   }
-  sprintf(print_buf,")");
-  trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-  strcat(trace_buf, print_buf);
-  DEBUG1("%s",trace_buf);
-  trace_buf[0]='\000';
-
-  /* Printing Constraints */
-  cnst_list = &(sys->active_constraint_set);
-  xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
-    sum=0.0;
+
+
+  //verify the KKT property for each link
+  xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list){
+    tmp = 0;
     elem_list = &(cnst->element_set);
-    sprintf(print_buf,"\t");
-    trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-    strcat(trace_buf, print_buf);
     xbt_swag_foreach(elem, elem_list) {
-      sprintf(print_buf,"%f.'%p'(%f) + ",elem->value, 
-             elem->variable,elem->variable->value);
-      trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-      strcat(trace_buf, print_buf);
-      sum += elem->value * elem->variable->value;
+      var = elem->variable;
+      if(var->weight<=0) continue;
+      tmp += var->value;
     }
-    sprintf(print_buf,"0 <= %f ('%p')",cnst->bound,cnst);
-    trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-    strcat(trace_buf, print_buf);
-
-    if(!cnst->shared) {
-      sprintf(print_buf," [MAX-Constraint]");
-      trace_buf = xbt_realloc(trace_buf,strlen(trace_buf)+strlen(print_buf)+1);
-      strcat(trace_buf, print_buf);
-    }
-    DEBUG1("%s",trace_buf);
-    trace_buf[0]='\000';
-    if(!(sum<=cnst->bound))
-      DEBUG3("Incorrect value (%f is not smaller than %f): %g",
-               sum,cnst->bound,sum-cnst->bound);
-  }
-
-  /* Printing Result */
-  xbt_swag_foreach(var, var_list) {
-    if(var->bound>0) {
-      DEBUG4("'%p'(%f) : %f (<=%f)",var,var->weight,var->value, var->bound);
-      if(var->value<=var->bound) 
-       DEBUG0("Incorrect value");
+  
+    tmp = tmp - cnst->bound;
+  
+  
+    if(tmp != 0 ||  cnst->lambda != 0){
+      WARN4("The link %s(%p) doesn't match the KKT property, value expected (=0) got (lambda=%e) (sum_rho=%e)", (char *)cnst->id, cnst, cnst->lambda, tmp);
     }
-    else 
-      DEBUG3("'%p'(%f) : %f",var,var->weight,var->value);
+  
   }
 
+  
+  //verify the KKT property of each flow
+  xbt_swag_foreach(var, var_list){
+    if(var->bound <= 0 || var->weight <= 0) continue;
+    tmp = 0;
+    tmp = (var->value - var->bound);
 
-    /*
-     * Verify for each capacity constraint (lambda) the error associated. 
-     */
-    capacity_error = 0;
-    cnst_list=&(sys->active_constraint_set); 
-    xbt_swag_foreach(cnst1, cnst_list) {
-      cnst2 = xbt_swag_getNext(cnst1,(var_list)->offset);
-      if(cnst2 != NULL){
-       capacity_error += fabs( cnst1->lambda - cnst2->lambda );
-      }
-    }
-
-    /*
-     * Verify for each variable the error of round trip time constraint (mu).
-     */
-    bound_error = 0;
-    var_list = &(sys->variable_set);
-    xbt_swag_foreach(var1, var_list) {
-      var2 = xbt_swag_getNext(var1,(var_list)->offset);
-      if(var2 != NULL){
-       bound_error += fabs( var2->mu - var1->mu);
-      }
+    
+    if(tmp != 0 ||  var->mu != 0){
+      WARN4("The flow %s(%p) doesn't match the KKT property, value expected (=0) got (lambda=%e) (sum_rho=%e)", (char *)var->id, var, var->mu, tmp);
     }
 
-    overall_error = capacity_error + bound_error;
   }
 
 
-
-
   if(overall_error <= epsilon_min_error){
     DEBUG1("The method converge in %d iterations.", iteration);
   }else{
@@ -315,28 +210,116 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
   }
 
 
-  if(XBT_LOG_ISENABLED(surf_writelambda, xbt_log_priority_debug)) {
-    fclose(gnuplot_file);
-  }
 
+}
 
-  /*
-   * Now computes the values of each variable (\rho) based on
-   * the values of \lambda and \mu.
-   */
-  var_list = &(sys->variable_set);
-  xbt_swag_foreach(var1, var_list) {
-    tmp = 0;
-    for(i=0; i<var1->cnsts_number; i++){
-      elem1 = &(var1->cnsts[i]);
-      tmp += (elem1->constraint)->lambda + var1->mu;
-    }
-    var1->weight = 1 / tmp;
+/*
+ * Returns a double value corresponding to the result of a dicotomi proccess 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. 
+ *
+ * @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 minimun error tolerated
+ *
+ * @return a double correponding to the result of the dicotomial process
+ */
+double dicotomi(double init, double diff(double, void*), void *var_cnst, double min_error){
+  double min, max;
+  double overall_error;
+  double middle;
 
-    DEBUG2("var1->weight (id=%s) : %e", (char *)var1->id, var1->weight);
+  min = max = init;
+  overall_error = 1;
+
+  DEBUG0("STARTING DICOTOMI... Debuggin, format used [min, max], [D(min),D(max)]");
+
+  while(overall_error > min_error){
+    DEBUG4("====> [%e, %e] , [%e,%e]", min, max, diff(min, var_cnst), diff(max, var_cnst));
+
+    if( diff(min, var_cnst) > 0 && diff(max, var_cnst) > 0 ){
+      if(min == max){
+       min = min / 2.0;
+      }else{
+       max = min;
+      }
+    }else if( diff(min, var_cnst) < 0 && diff(max, var_cnst) < 0 ){
+      if(min == max){
+       max = max * 2.0;
+      }else{
+       min = max;
+      }
+    }else if( diff(min, var_cnst) < 0 && diff(max, var_cnst) > 0 ){
+      middle = (max + min)/2.0;
+      
+      if( diff(middle, var_cnst) < 0 ){
+       min = middle;
+      }else if( diff(middle, var_cnst) > 0 ){
+       max = middle;
+      }else{
+       WARN0("Found an optimal solution with 0 error!");
+       overall_error = 0;
+      }
+      overall_error = fabs(min - max);
+    }else{
+      WARN0("The impossible happened, partial_diff(min) >0 && partial_diff(max) < 0");
+    }
   }
 
+  return ((min+max)/2.0);
+}
 
+double partial_diff_mu(double mu, void *param_var){
+  double mu_partial=0.0;
+  lmm_variable_t var = (lmm_variable_t)param_var;
+  int i;
 
+  //for each link with capacity cnsts[i] that uses flow of variable var do
+  for(i=0; i<var->cnsts_number; i++)
+    mu_partial += (var->cnsts[i].constraint)->lambda + mu;
+  
+  mu_partial = (-1.0/mu_partial) + var->bound;
 
+  return mu_partial;
 }
+
+
+double partial_diff_lambda(double lambda, void *param_cnst){
+
+  double tmp=0.0;
+  int i;
+  xbt_swag_t elem_list = NULL;
+  lmm_element_t elem = NULL;
+  lmm_variable_t var = NULL;
+  lmm_constraint_t cnst= (lmm_constraint_t) param_cnst;
+  double lambda_partial=0.0;
+
+
+  elem_list = &(cnst->element_set);
+  
+  xbt_swag_foreach(elem, elem_list) {
+    var = elem->variable;
+    if(var->weight<=0) continue;
+    
+    tmp = 0;
+    for(i=0; i<var->cnsts_number; i++){
+      tmp += (var->cnsts[i].constraint)->lambda;
+    }
+       
+    if(var->bound > 0)
+      tmp += var->mu;
+    
+    tmp = tmp - cnst->lambda + lambda;
+    
+    //avoid a disaster value of lambda
+    if(tmp==0) lambda_partial = 10e-8;
+    
+    lambda_partial += (-1.0 /tmp);
+  }
+
+  lambda_partial += cnst->bound;
+
+  return lambda_partial;
+}
+