/[escript]/trunk/finley/src/Assemble_LumpedSystem.c
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revision 532 by gross, Wed Feb 15 09:45:53 2006 UTC revision 969 by ksteube, Tue Feb 13 23:02:23 2007 UTC
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1  /*  /*
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11  */  */
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13    
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56  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile* nodes,Finley_ElementFile* elements,Paso_SystemMatrix* S, escriptDataC* F,  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile* nodes,Finley_ElementFile* elements,Paso_SystemMatrix* S, escriptDataC* F,
57               escriptDataC* A, escriptDataC* B, escriptDataC* C, escriptDataC* D, escriptDataC* X, escriptDataC* Y ) {               escriptDataC* A, escriptDataC* B, escriptDataC* C, escriptDataC* D, escriptDataC* X, escriptDataC* Y ) {
58    
59      bool_t reducedIntegrationOrder=FALSE;
60    char error_msg[LenErrorMsg_MAX];    char error_msg[LenErrorMsg_MAX];
   double *EM_S=NULL,*EM_F=NULL,*V=NULL,*dVdv=NULL,*dSdV=NULL,*Vol=NULL,*dvdV=NULL;  
   double time0;  
   dim_t dimensions[ESCRIPT_MAX_DATA_RANK],e,q;  
61    Assemble_Parameters p;    Assemble_Parameters p;
62    index_t *index_row=NULL,*index_col=NULL,color;    double time0;
63      dim_t dimensions[ESCRIPT_MAX_DATA_RANK];
64    
65    Finley_resetError();    Finley_resetError();
66    
67      {
68      int iam, numCPUs;
69    #ifdef Paso_MPI
70      iam = elements->elementDistribution->MPIInfo->rank;
71      numCPUs = elements->elementDistribution->MPIInfo->size;
72      printf("ksteube finley/src/Assemble_PDE.c : Finley_Assemble_PDE\n");
73      printf("ksteube size=%d iam=%d\n", numCPUs,  iam);
74      printf("ksteube iam=%d #elements: L=%d I=%d B=%d\n", iam, elements->elementDistribution->numLocal, elements->elementDistribution->numInternal, elements->elementDistribution->numBoundary);
75    #endif
76      }
77    
78    if (nodes==NULL || elements==NULL) return;    if (nodes==NULL || elements==NULL) return;
79    if (S==NULL && isEmpty(F)) return;    if (S==NULL && isEmpty(F)) return;
80    
81    /* set all parameters in p*/    if (isEmpty(F) && !isEmpty(X) && !isEmpty(F)) {
82    Assemble_getAssembleParameters(nodes,elements,S,F,&p);          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: right hand side coefficients are non-zero bat no right hand side vector given.");
83    if (! Finley_noError()) return;    }
84    
85    /*  this function assumes NS=NN */    if (S==NULL && !isEmpty(A) && !isEmpty(B) && !isEmpty(C) && !isEmpty(D)) {
86    if (p.NN!=p.NS) {          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: coefficients are non-zero but no matrix is given.");
     Finley_setError(SYSTEM_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: for Finley_Assemble_PDE numNodes and numShapes have to be identical.");  
     return;  
   }  
   if (p.numDim!=p.numElementDim) {  
     Finley_setError(SYSTEM_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Finley_Assemble_PDE accepts volume elements only.");  
     return;  
87    }    }
88    /*  get a functionspace */  
89      /*  get the functionspace for this assemblage call */
90    type_t funcspace=UNKNOWN;    type_t funcspace=UNKNOWN;
91    updateFunctionSpaceType(funcspace,A);    updateFunctionSpaceType(funcspace,A);
92    updateFunctionSpaceType(funcspace,B);    updateFunctionSpaceType(funcspace,B);
# Line 92  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 96  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
96    updateFunctionSpaceType(funcspace,Y);    updateFunctionSpaceType(funcspace,Y);
97    if (funcspace==UNKNOWN) return; /* all  data are empty */    if (funcspace==UNKNOWN) return; /* all  data are empty */
98    
   /* check if all function spaces are the same */  
99    
100      /* check if all function spaces are the same */
101    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,A) ) {    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,A) ) {
102          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: unexpected function space type for coefficient A");          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: unexpected function space type for coefficient A");
103    }    }
# Line 112  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 116  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
116    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,Y) ) {    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,Y) ) {
117          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: unexpected function space type for coefficient Y");          Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: unexpected function space type for coefficient Y");
118    }    }
119      if (! Finley_noError()) return;
120    
121      /* check if all function spaces are the same */
122      if (funcspace==FINLEY_ELEMENTS) {
123           reducedIntegrationOrder=FALSE;
124      } else if (funcspace==FINLEY_FACE_ELEMENTS)  {
125           reducedIntegrationOrder=FALSE;
126      } else if (funcspace==FINLEY_CONTACT_ELEMENTS_1)  {
127           reducedIntegrationOrder=FALSE;
128      } else if (funcspace==FINLEY_CONTACT_ELEMENTS_2)  {
129           reducedIntegrationOrder=FALSE;
130      } else {
131           Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: assemblage failed because of illegal function space.");
132      }
133      if (! Finley_noError()) return;
134    
135      /* set all parameters in p*/
136      Assemble_getAssembleParameters(nodes,elements,S,F, reducedIntegrationOrder, &p);
137      if (! Finley_noError()) return;
138    
139    /* check if all function spaces are the same */    /* check if all function spaces are the same */
140    
# Line 240  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 263  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
263        }        }
264      }      }
265    }    }
   
266    if (Finley_noError()) {    if (Finley_noError()) {
267       time0=Finley_timer();       time0=Finley_timer();
268       #pragma omp parallel private(index_col,index_row,EM_S,EM_F,V,dVdv,dSdV,Vol,dvdV,color,q) \       if (p.numEqu == p. numComp) {
269              firstprivate(elements,nodes,S,F,A,B,C,D,X,Y)          if (p.numEqu > 1) {
270       {            /* system of PDESs */
271           EM_S=EM_F=V=dVdv=dSdV=Vol=dvdV=NULL;            if (p.numDim==3) {
272           index_row=index_col=NULL;              if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
273                   Finley_Assemble_PDE_System2_3D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
274           /* allocate work arrays: */              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
275                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
276           EM_S=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_row*p.NN_col*p.numEqu*p.numComp,double);                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
277           EM_F=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_row*p.numEqu,double);                 } else {
278           V=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NN*p.numDim,double);                    Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
279           dVdv=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numDim*p.numDim*p.numQuad,double);                 }
280           dvdV=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numDim*p.numDim*p.numQuad,double);              } else {
281           dSdV=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NS_row*p.numQuad*p.numDim,double);                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
282           Vol=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numQuad,double);              }
283           index_col=(index_t*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_col,index_t);            } else if (p.numDim==2) {
284           index_row=(index_t*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_row,index_t);              if ((p.row_NS == p.col_NS) && (p.row_NS == p.row_NN) && (p.col_NS == p.col_NN )) {
285                   Finley_Assemble_PDE_System2_2D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
286           if (! (Finley_checkPtr(EM_S) || Finley_checkPtr(EM_F) || Finley_checkPtr(V) || Finley_checkPtr(index_col) ||              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
287                  Finley_checkPtr(index_row) || Finley_checkPtr(dVdv) || Finley_checkPtr(dSdV) || Finley_checkPtr(Vol) ))  {                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
288                      Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
289             /*  open loop over all colors: */                 } else {
290             for (color=elements->minColor;color<=elements->maxColor;color++) {                    Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
291                /*  open loop over all elements: */                 }
292                #pragma omp for private(e) schedule(static)              } else {
293                for(e=0;e<elements->numElements;e++){                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
294                  if (elements->Color[e]==color) {              }
295  //============================            } else if (p.numDim==2) {
296                    for (q=0;q<p.NN_row;q++) index_row[q]=p.label_row[elements->Nodes[INDEX2(p.row_node[q],e,p.NN)]];              if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
297                    /* gather V-coordinates of nodes into V: */                 Finley_Assemble_PDE_System2_1D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
298            Finley_Util_Gather_double(p.NN,&(elements->Nodes[INDEX2(0,e,p.NN)]),p.numDim,nodes->Coordinates,V);              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
299                    /*  calculate dVdv(i,j,q)=V(i,k)*DSDv(k,j,q) */                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
300            Finley_Util_SmallMatMult(p.numDim,p.numDim*p.numQuad,dVdv,p.NS,V,p.referenceElement->dSdv);                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
301                    /*  dvdV=invert(dVdv) inplace */                 } else {
302            Finley_Util_InvertSmallMat(p.numQuad,p.numDim,dVdv,dvdV,Vol);                    Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
303                    /*  calculate dSdV=DSDv*DvDV */                 }
304            Finley_Util_SmallMatSetMult(p.numQuad,p.NS_row,p.numDim,dSdV,p.numDim,p.referenceElement_row->dSdv,dvdV);              } else {
305                    /*  scale volume: */                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
306            for (q=0;q<p.numQuad;q++) Vol[q]=ABS(Vol[q]*p.referenceElement->QuadWeights[q]);              }
307  //============================            } else {
308                    Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports spatial dimensions 1,2,3 only.");
309                     /*   integration for the stiffness matrix: */            }
310                     /*   in order to optimze the number of operations the case of constants coefficience needs a bit more work */          } else {
311                     /*   to make use of some symmetry. */            /* single PDES */
312              if (p.numDim==3) {
313                       if (S!=NULL) {              if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
314                         for (q=0;q<p.NN_row*p.NN_col*p.numEqu*p.numComp;q++) EM_S[q]=0;                 Finley_Assemble_PDE_Single2_3D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
315                         if (p.numEqu==1 && p.numComp==1) {              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
316                         Finley_Assemble_PDEMatrix_Single2(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
317                                                                       p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_S,                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
318                                                                       getSampleData(A,e),isExpanded(A),                 } else {
319                                                                       getSampleData(B,e),isExpanded(B),                    Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
320                                                                       getSampleData(C,e),isExpanded(C),                 }
321                                                                       getSampleData(D,e),isExpanded(D));              } else {
322                         } else {                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
323                         Finley_Assemble_PDEMatrix_System2(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,p.numEqu,p.numComp,              }
324                                                                       p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_S,            } else if (p.numDim==2) {
325                                                                       getSampleData(A,e),isExpanded(A),              if ((p.row_NS == p.col_NS) && (p.row_NS == p.row_NN) && (p.col_NS == p.col_NN )) {
326                                                                       getSampleData(B,e),isExpanded(B),                 Finley_Assemble_PDE_Single2_2D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
327                                                                       getSampleData(C,e),isExpanded(C),              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
328                                                                       getSampleData(D,e),isExpanded(D));                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
329                         }                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
330                         for (q=0;q<p.NN_col;q++) index_col[q]=p.label_col[elements->Nodes[INDEX2(p.col_node[q],e,p.NN)]];                 } else {
331                         Finley_Assemble_addToSystemMatrix(S,p.NN_row,index_row,p.numEqu,p.NN_col,index_col,p.numComp,EM_S);                    Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
332                       }                 }
333                       if (!isEmpty(F)) {              } else {
334                         for (q=0;q<p.NN_row*p.numEqu;q++) EM_F[q]=0;                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
335                         if (p.numEqu==1) {              }
336                         Finley_Assemble_RHSMatrix_Single(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,            } else if (p.numDim==2) {
337                                                                   p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_F,              if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
338                                                                   getSampleData(X,e),isExpanded(X),                 Finley_Assemble_PDE_Single2_1D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
339                                                                   getSampleData(Y,e),isExpanded(Y));              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
340                         } else {                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
341                         Finley_Assemble_RHSMatrix_System(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
342                                                                   p.numEqu,p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_F,                 } else {
343                                                                   getSampleData(X,e),isExpanded(X),                    Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
344                                                                   getSampleData(Y,e),isExpanded(Y));                 }
345                         }              } else {
346                         /* add  */                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
                        Finley_Util_AddScatter(p.NN_row,index_row,p.numEqu,EM_F,getSampleData(F,0));  
                     }  
                 }  
               }  
347              }              }
348           }            } else {
349           /* clean up */              Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports spatial dimensions 1,2,3 only.");
350           THREAD_MEMFREE(EM_S);            }
351           THREAD_MEMFREE(EM_F);          }
352           THREAD_MEMFREE(V);       } else {
353           THREAD_MEMFREE(dVdv);            Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE requires number of equations == number of solutions  .");
          THREAD_MEMFREE(dvdV);  
          THREAD_MEMFREE(dSdV);  
          THREAD_MEMFREE(Vol);  
          THREAD_MEMFREE(index_col);  
          THREAD_MEMFREE(index_row);  
354       }       }
355       #ifdef Finley_TRACE       #ifdef Finley_TRACE
356       printf("timing: assemblage PDE: %.4e sec\n",Finley_timer()-time0);       printf("timing: assemblage PDE: %.4e sec\n",Finley_timer()-time0);

Legend:
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