Logo AND Algorithmique Numérique Distribuée

Public GIT Repository
Using relative error to approximate the values of lambda and mu.
[simgrid.git] / src / surf / lagrange.c
index 786a4c9..8190dfb 100644 (file)
@@ -1,10 +1,7 @@
 /*     $Id$     */
-
 /* Copyright (c) 2007 Arnaud Legrand, Pedro Velho. 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. */
-
 /*
  * Modelling the proportional fairness using the Lagrange Optimization 
  * Approach. For a detailed description see:
@@ -23,7 +20,6 @@
 
 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.
  */
@@ -35,7 +31,8 @@ double dicotomi(double init, double diff(double, void*), void *var_cnst, double
 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);
-
+//auxiliar function to compute the partial_diff
+double diff_aux(lmm_variable_t var, double x);
 
 
 void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
@@ -43,12 +40,11 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
   /*
    * Lagrange Variables.
    */
-  int max_iterations= 100;
-  double epsilon_min_error = 1e-4;
+  int max_iterations= 10000;
+  double epsilon_min_error  = 1e-4;
   double dicotomi_min_error = 1e-8;
   double overall_error = 1;
 
-
   /*
    * Variables to manipulate the data structure proposed to model the maxmin
    * fairness. See docummentation for more details.
@@ -56,14 +52,12 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
   xbt_swag_t elem_list  = NULL;
   lmm_element_t elem    = NULL;
 
-
   xbt_swag_t cnst_list  = NULL;
   lmm_constraint_t cnst = NULL;
   
   xbt_swag_t var_list   = NULL;
   lmm_variable_t var    = NULL;
 
-
   /*
    * Auxiliar variables.
    */
@@ -77,7 +71,6 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
   DEBUG1("#### Minimum error tolerated            : %e", epsilon_min_error);  
   DEBUG1("#### Minimum error tolerated (dicotomi) : %e", dicotomi_min_error);
 
-
   if ( !(sys->modified))
     return;
 
@@ -87,23 +80,24 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
    */
   var_list = &(sys->variable_set);
   i=0;
-  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++;
+  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++;
   }
 
   /* 
    * Initialize lambda.
    */
   cnst_list=&(sys->active_constraint_set); 
-  xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
+  xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list){
     cnst->lambda = 1.0;
     cnst->new_lambda = 2.0;
     DEBUG2("#### cnst(%p)->lambda :  %e", cnst, cnst->lambda);
@@ -117,7 +111,6 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
     iteration++;
     DEBUG1("************** ITERATION %d **************", iteration);    
 
-
     /*                       
      * Compute the value of mu_i
      */
@@ -126,6 +119,7 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
       if((var->bound >= 0) && (var->weight > 0) ){
        var->new_mu = dicotomi(var->mu, partial_diff_mu, var, dicotomi_min_error);
        if(var->new_mu < 0) var->new_mu = 0;
+       var->mu = var->new_mu;
       }
     }
 
@@ -135,24 +129,10 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
     //forall lambda_i in lambda_1, lambda_2, ..., lambda_n
     xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
       cnst->new_lambda = dicotomi(cnst->lambda, partial_diff_lambda, cnst, dicotomi_min_error);
-      if(cnst->new_lambda < 0) cnst->new_lambda = 0;
-    }
-
-
-    /*                       
-     * Update values of mu and lambda
-     */
-    //forall mu_i in mu_1, mu_2, ..., mu_n
-    xbt_swag_foreach(var, var_list) {
-      var->mu = var->new_mu ;
-    }
-  
-    //forall lambda_i in lambda_1, lambda_2, ..., lambda_n
-    xbt_swag_foreach(cnst, cnst_list) {
+      DEBUG2("====> cnst->lambda (%p) = %e", cnst, cnst->new_lambda);      
       cnst->lambda = cnst->new_lambda;
     }
 
-
     /*
      * Now computes the values of each variable (\rho) based on
      * the values of \lambda and \mu.
@@ -162,17 +142,23 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
       if(var->weight <=0) 
        var->value = 0.0;
       else {
+       //compute sigma_i + mu_i
        tmp = 0;
        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);
+
+       //uses the partial differential inverse function
+       tmp = var->func_fpi(var, tmp);
+
+       //computes de overall_error using normalized value
+       if(overall_error <  (fabs(var->value - tmp)/tmp) ){
+         overall_error = (fabs(var->value - tmp)/tmp);
        }
-       var->value = 1.0 / tmp;
+       
+       var->value = tmp;
       }
       DEBUG4("======> value of var %s (%p)  = %e, overall_error = %e", (char *)var->id, var, var->value, overall_error);       
     }
@@ -196,7 +182,6 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
     }
   
   }
-
   
   //verify the KKT property of each flow
   xbt_swag_foreach(var, var_list){
@@ -211,7 +196,6 @@ void lagrange_solve(lmm_system_t sys)
 
   }
 
-
   if(overall_error <= epsilon_min_error){
     DEBUG1("The method converge in %d iterations.", iteration);
   }else{
@@ -235,97 +219,165 @@ double dicotomi(double init, double diff(double, void*), void *var_cnst, double
   double min, max;
   double overall_error;
   double middle;
-
+  double min_diff, max_diff, middle_diff;
+  
   min = max = init;
+
+  if(init == 0){
+    min = max = 1;
+  }
+
+  min_diff = max_diff = middle_diff = 0.0;
   overall_error = 1;
 
-  //DEBUG0("STARTING DICOTOMI... Debugging, format used [min, max], [D(min),D(max)]");
+  if(diff(0.0, var_cnst) > 0){
+    DEBUG1("====> returning 0.0 (diff = %e)", diff(0.0, var_cnst));
+    return 0.0;
+  }
+
+  DEBUG0("====> not detected positive diff in 0");
 
   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 ){
+    min_diff = diff(min, var_cnst);
+    max_diff = diff(max, var_cnst);
+
+    DEBUG2("DICOTOMI ===> min = %e , max = %e", min, max);
+    DEBUG2("DICOTOMI ===> diffmin = %e , diffmax = %e", min_diff, max_diff);
+
+    if( min_diff > 0 && max_diff > 0 ){
       if(min == max){
        min = min / 2.0;
       }else{
        max = min;
       }
-    }else if( diff(min, var_cnst) < 0 && diff(max, var_cnst) < 0 ){
+    }else if( min_diff < 0 && max_diff < 0 ){
       if(min == max){
        max = max * 2.0;
       }else{
        min = max;
       }
-    }else if( diff(min, var_cnst) < 0 && diff(max, var_cnst) > 0 ){
+    }else if( min_diff < 0 && max_diff > 0 ){
       middle = (max + min)/2.0;
-      
-      if( diff(middle, var_cnst) < 0 ){
+      middle_diff = diff(middle, var_cnst);
+      overall_error = fabs(min - max);
+
+      if( middle_diff < 0 ){
        min = middle;
-      }else if( diff(middle, var_cnst) > 0 ){
+      }else if( middle_diff > 0 ){
        max = middle;
       }else{
        WARN0("Found an optimal solution with 0 error!");
        overall_error = 0;
+       return middle;
       }
-      overall_error = fabs(min - max);
-    }else{
-      WARN0("The impossible happened, partial_diff(min) >0 && partial_diff(max) < 0");
+
+    }else if(min_diff == 0){
+      return min;
+    }else if(max_diff == 0){
+      return max;
+    }else if(min_diff > 0 && max_diff < 0){
+      WARN0("The impossible happened, partial_diff(min) > 0 && partial_diff(max) < 0");
     }
   }
 
+
+  DEBUG1("====> returning %e", (min+max)/2.0);
   return ((min+max)/2.0);
 }
 
+/*
+ *
+ */
 double partial_diff_mu(double mu, void *param_var){
   double mu_partial=0.0;
+  double sigma_mu=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
+  //compute sigma_i
   for(i=0; i<var->cnsts_number; i++)
-    mu_partial += (var->cnsts[i].constraint)->lambda + mu;
+    sigma_mu += (var->cnsts[i].constraint)->lambda;
+  
+  //compute sigma_i + mu_i
+  sigma_mu += var->mu;
   
-  mu_partial = (-1.0/mu_partial) + var->bound;
+  //use auxiliar function passing (sigma_i + mu_i)
+  mu_partial = diff_aux(var, sigma_mu) ;
+  //add the RTT limit
+  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;
-
+  double sigma_mu=0.0;
 
   elem_list = &(cnst->element_set);
+
+  DEBUG2("Computting diff of cnst (%p) %s", cnst, (char *)cnst->id);
   
   xbt_swag_foreach(elem, elem_list) {
     var = elem->variable;
     if(var->weight<=0) continue;
     
-    tmp = 0;
+    //initilize de sumation variable
+    sigma_mu = 0.0;
+
+    //compute sigma_i of variable var
     for(i=0; i<var->cnsts_number; i++){
-      tmp += (var->cnsts[i].constraint)->lambda;
+      sigma_mu += (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;
+    //add mu_i if this flow has a RTT constraint associated
+    if(var->bound > 0) sigma_mu += var->mu;
+
+    //replace value of cnst->lambda by the value of parameter lambda
+    sigma_mu = (sigma_mu - cnst->lambda) + lambda;
     
-    lambda_partial += (-1.0 /tmp);
+    //use the auxiliar function passing (\sigma_i + \mu_i)
+    lambda_partial += diff_aux(var, sigma_mu);
   }
 
   lambda_partial += cnst->bound;
 
   return lambda_partial;
 }
+
+
+double diff_aux(lmm_variable_t var, double x){
+  double tmp_fp, tmp_fpi, tmp_fpip, result;
+
+  xbt_assert0(var->func_fp, "Initialize the protocol functions first create variables before.");
+
+  tmp_fp = var->func_fp(var, x);
+  tmp_fpi = var->func_fpi(var, x);
+  tmp_fpip = var->func_fpip(var, x);
+
+  result = tmp_fpip*(var->func_fp(var, tmp_fpi));
   
+  result = result - tmp_fpi;
+
+  result = result - (tmp_fpip * x);
+
+  return result;
+}  
+
+
+
+
+
+
+