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trunk/finley/src/Assemble_PDE.c revision 751 by bcumming, Mon Jun 26 01:46:34 2006 UTC temp_trunk_copy/finley/src/Assemble_PDE.c revision 1384 by phornby, Fri Jan 11 02:29:38 2008 UTC
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 /*  
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  *          Copyright 2006 by ACcESS MNRF                   *  
  *                                                          *  
  *              http://www.access.edu.au                    *  
  *       Primary Business: Queensland, Australia            *  
  *  Licensed under the Open Software License version 3.0    *  
  *     http://www.opensource.org/licenses/osl-3.0.php       *  
  *                                                          *  
  ************************************************************  
 */  
1    
2    /* $Id$ */
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4    /*******************************************************
5     *
6     *           Copyright 2003-2007 by ACceSS MNRF
7     *       Copyright 2007 by University of Queensland
8     *
9     *                http://esscc.uq.edu.au
10     *        Primary Business: Queensland, Australia
11     *  Licensed under the Open Software License version 3.0
12     *     http://www.opensource.org/licenses/osl-3.0.php
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16  /**************************************************************/  /**************************************************************/
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41    
42  /**************************************************************/  /**************************************************************/
43    
 /*  Author: gross@access.edu.au */  
 /*  Version: $Id$ */  
   
 /**************************************************************/  
   
44  #include "Assemble.h"  #include "Assemble.h"
45  #include "Util.h"  #include "Util.h"
46    #include "escript/blocktimer.h"
47  #ifdef _OPENMP  #ifdef _OPENMP
48  #include <omp.h>  #include <omp.h>
49  #endif  #endif
# Line 56  Line 54 
54  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,
55               escriptDataC* A, escriptDataC* B, escriptDataC* C, escriptDataC* D, escriptDataC* X, escriptDataC* Y ) {               escriptDataC* A, escriptDataC* B, escriptDataC* C, escriptDataC* D, escriptDataC* X, escriptDataC* Y ) {
56    
57      bool_t reducedIntegrationOrder=FALSE;
58    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;  
59    Assemble_Parameters p;    Assemble_Parameters p;
60    index_t *index_row=NULL,*index_col=NULL,color;    double time0;
61      dim_t dimensions[ESCRIPT_MAX_DATA_RANK];
62      type_t funcspace;
63      double blocktimer_start = blocktimer_time();
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    #endif
73      }
74    
75    if (nodes==NULL || elements==NULL) return;    if (nodes==NULL || elements==NULL) return;
76    if (S==NULL && isEmpty(F)) return;    if (S==NULL && isEmpty(F)) return;
77    
78    /* set all parameters in p*/    if (isEmpty(F) && !isEmpty(X) && !isEmpty(F)) {
79    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.");
80    if (! Finley_noError()) return;    }
81    
82    /*  this function assumes NS=NN */    if (S==NULL && !isEmpty(A) && !isEmpty(B) && !isEmpty(C) && !isEmpty(D)) {
83    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;  
84    }    }
85    /*  get a functionspace */  
86    type_t funcspace=UNKNOWN;    /*  get the functionspace for this assemblage call */
87      funcspace=UNKNOWN;
88    updateFunctionSpaceType(funcspace,A);    updateFunctionSpaceType(funcspace,A);
89    updateFunctionSpaceType(funcspace,B);    updateFunctionSpaceType(funcspace,B);
90    updateFunctionSpaceType(funcspace,C);    updateFunctionSpaceType(funcspace,C);
# Line 91  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 94  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
94    if (funcspace==UNKNOWN) return; /* all  data are empty */    if (funcspace==UNKNOWN) return; /* all  data are empty */
95    
96    /* check if all function spaces are the same */    /* check if all function spaces are the same */
   
97    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,A) ) {    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,A) ) {
98          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");
99    }    }
# Line 110  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 112  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
112    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,Y) ) {    if (! functionSpaceTypeEqual(funcspace,Y) ) {
113          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");
114    }    }
115      if (! Finley_noError()) return;
116    
117      /* check if all function spaces are the same */
118      if (funcspace==FINLEY_ELEMENTS) {
119           reducedIntegrationOrder=FALSE;
120      } else if (funcspace==FINLEY_FACE_ELEMENTS)  {
121           reducedIntegrationOrder=FALSE;
122      } else if (funcspace==FINLEY_CONTACT_ELEMENTS_1)  {
123           reducedIntegrationOrder=FALSE;
124      } else if (funcspace==FINLEY_CONTACT_ELEMENTS_2)  {
125           reducedIntegrationOrder=FALSE;
126      } else if (funcspace==FINLEY_REDUCED_ELEMENTS) {
127           reducedIntegrationOrder=TRUE;
128      } else if (funcspace==FINLEY_REDUCED_FACE_ELEMENTS)  {
129           reducedIntegrationOrder=TRUE;
130      } else if (funcspace==FINLEY_REDUCED_CONTACT_ELEMENTS_1)  {
131           reducedIntegrationOrder=TRUE;
132      } else if (funcspace==FINLEY_REDUCED_CONTACT_ELEMENTS_2)  {
133           reducedIntegrationOrder=TRUE;
134      } else {
135           Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: assemblage failed because of illegal function space.");
136      }
137      if (! Finley_noError()) return;
138    
139      /* set all parameters in p*/
140      Assemble_getAssembleParameters(nodes,elements,S,F, reducedIntegrationOrder, &p);
141      if (! Finley_noError()) return;
142    
143    /* check if all function spaces are the same */    /* check if all function spaces are the same */
144    
# Line 144  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 173  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
173    }    }
174    
175    /*  check the dimensions: */    /*  check the dimensions: */
176      
177    if (p.numEqu==1 && p.numComp==1) {    if (p.numEqu==1 && p.numComp==1) {
178      if (!isEmpty(A)) {      if (!isEmpty(A)) {
179        dimensions[0]=p.numDim;        dimensions[0]=p.numDim;
# Line 184  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 213  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
213         if (!isDataPointShapeEqual(Y,0,dimensions)) {         if (!isDataPointShapeEqual(Y,0,dimensions)) {
214            Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: coefficient Y, rank 0 expected.");            Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: coefficient Y, rank 0 expected.");
215         }         }
216      }      }
217    } else {    } else {
218      if (!isEmpty(A)) {      if (!isEmpty(A)) {
219        dimensions[0]=p.numEqu;        dimensions[0]=p.numEqu;
# Line 238  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile Line 267  void Finley_Assemble_PDE(Finley_NodeFile
267        }        }
268      }      }
269    }    }
   
270    if (Finley_noError()) {    if (Finley_noError()) {
271       time0=Finley_timer();       time0=Finley_timer();
272       #pragma omp parallel private(index_col,index_row,EM_S,EM_F,V,dVdv,dSdV,Vol,dvdV,color,q) \       if (p.numEqu == p. numComp) {
273              firstprivate(elements,nodes,S,F,A,B,C,D,X,Y)          if (p.numEqu > 1) {
274       {            /* system of PDESs */
275           EM_S=EM_F=V=dVdv=dSdV=Vol=dvdV=NULL;            if (p.numDim==3) {
276           index_row=index_col=NULL;              if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
277                   Finley_Assemble_PDE_System2_3D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
278           /* 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 ) {
279                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
280           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.");
281           EM_F=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_row*p.numEqu,double);                 } else {
282           V=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.NN*p.numDim,double);                    Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
283           dVdv=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numDim*p.numDim*p.numQuad,double);                 }
284           dvdV=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numDim*p.numDim*p.numQuad,double);              } else {
285           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.");
          Vol=(double*) THREAD_MEMALLOC(p.numQuad,double);  
          index_col=(index_t*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_col,index_t);  
          index_row=(index_t*) THREAD_MEMALLOC(p.NN_row,index_t);  
   
          if (! (Finley_checkPtr(EM_S) || Finley_checkPtr(EM_F) || Finley_checkPtr(V) || Finley_checkPtr(index_col) ||  
                 Finley_checkPtr(index_row) || Finley_checkPtr(dVdv) || Finley_checkPtr(dSdV) || Finley_checkPtr(Vol) ))  {  
   
            /*  open loop over all colors: */  
 #ifndef PASO_MPI  
            for (color=elements->minColor;color<=elements->maxColor;color++) {  
               /*  open loop over all elements: */  
               #pragma omp for private(e) schedule(static)  
               for(e=0;e<elements->numElements;e++){  
                 if (elements->Color[e]==color) {  
 #else  
            for(e=0;e<elements->numElements;e++){  
 #endif    
 //============================  
                   for (q=0;q<p.NN_row;q++) index_row[q]=p.label_row[elements->Nodes[INDEX2(p.row_node[q],e,p.NN)]];  
                   /* gather V-coordinates of nodes into V: */  
           Finley_Util_Gather_double(p.NN,&(elements->Nodes[INDEX2(0,e,p.NN)]),p.numDim,nodes->Coordinates,V);  
                   /*  calculate dVdv(i,j,q)=V(i,k)*DSDv(k,j,q) */  
           Finley_Util_SmallMatMult(p.numDim,p.numDim*p.numQuad,dVdv,p.NS,V,p.referenceElement->dSdv);  
                   /*  dvdV=invert(dVdv) inplace */  
           Finley_Util_InvertSmallMat(p.numQuad,p.numDim,dVdv,dvdV,Vol);  
                   /*  calculate dSdV=DSDv*DvDV */  
           Finley_Util_SmallMatSetMult(p.numQuad,p.NS_row,p.numDim,dSdV,p.numDim,p.referenceElement_row->dSdv,dvdV);  
                   /*  scale volume: */  
           for (q=0;q<p.numQuad;q++) Vol[q]=ABS(Vol[q]*p.referenceElement->QuadWeights[q]);  
 //============================  
       
                    /*   integration for the stiffness matrix: */  
                    /*   in order to optimze the number of operations the case of constants coefficience needs a bit more work */  
                    /*   to make use of some symmetry. */  
   
                      if (S!=NULL) {  
                        for (q=0;q<p.NN_row*p.NN_col*p.numEqu*p.numComp;q++) EM_S[q]=0;  
                        if (p.numEqu==1 && p.numComp==1) {  
                        Finley_Assemble_PDEMatrix_Single2(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,  
                                                                      p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_S,  
                                                                      getSampleData(A,e),isExpanded(A),  
                                                                      getSampleData(B,e),isExpanded(B),  
                                                                      getSampleData(C,e),isExpanded(C),  
                                                                      getSampleData(D,e),isExpanded(D));  
                        } else {  
                        Finley_Assemble_PDEMatrix_System2(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,p.numEqu,p.numComp,  
                                                                      p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_S,  
                                                                      getSampleData(A,e),isExpanded(A),  
                                                                      getSampleData(B,e),isExpanded(B),  
                                                                      getSampleData(C,e),isExpanded(C),  
                                                                      getSampleData(D,e),isExpanded(D));  
                        }  
                        for (q=0;q<p.NN_col;q++) index_col[q]=p.label_col[elements->Nodes[INDEX2(p.col_node[q],e,p.NN)]];  
                        Finley_Assemble_addToSystemMatrix(S,p.NN_row,index_row,p.numEqu,p.NN_col,index_col,p.numComp,EM_S);  
                      }  
                      if (!isEmpty(F)) {  
                        for (q=0;q<p.NN_row*p.numEqu;q++) EM_F[q]=0;  
                        if (p.numEqu==1) {  
                        Finley_Assemble_RHSMatrix_Single(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,  
                                                                  p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_F,  
                                                                  getSampleData(X,e),isExpanded(X),  
                                                                  getSampleData(Y,e),isExpanded(Y));  
                        } else {  
                        Finley_Assemble_RHSMatrix_System(p.NS_row,p.numDim,p.numQuad,  
                                                                  p.numEqu,p.referenceElement_row->S,dSdV,Vol,p.NN_row,EM_F,  
                                                                  getSampleData(X,e),isExpanded(X),  
                                                                  getSampleData(Y,e),isExpanded(Y));  
                        }  
                        /* add  */  
 #ifndef PASO_MPI  
                        Finley_Util_AddScatter(p.NN_row,index_row,p.numEqu,EM_F,getSampleData(F,0));  
 #else  
                        Finley_Util_AddScatter_upperBound(p.NN_row,index_row,p.numEqu,EM_F,getSampleData(F,0),p.degreeOfFreedomUpperBound);  
 #endif                                        
                     }  
                 }  
               }  
 #ifndef PASO_MPI  
286              }              }
287           }            } else if (p.numDim==2) {
288  #endif              if ((p.row_NS == p.col_NS) && (p.row_NS == p.row_NN) && (p.col_NS == p.col_NN )) {
289           /* clean up */                 Finley_Assemble_PDE_System2_2D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
290           THREAD_MEMFREE(EM_S);              } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
291           THREAD_MEMFREE(EM_F);                 if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
292           THREAD_MEMFREE(V);                    Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
293           THREAD_MEMFREE(dVdv);                 } else {
294           THREAD_MEMFREE(dvdV);                    Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
295           THREAD_MEMFREE(dSdV);                 }
296           THREAD_MEMFREE(Vol);              } else {
297           THREAD_MEMFREE(index_col);                 Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
298           THREAD_MEMFREE(index_row);              }
299              } else if (p.numDim==2) {
300                if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
301                   Finley_Assemble_PDE_System2_1D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
302                } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
303                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
304                      Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
305                   } else {
306                      Finley_Assemble_PDE_System2_C(p,elements,S,F,D,Y);
307                   }
308                } else {
309                   Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
310                }
311              } else {
312                Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports spatial dimensions 1,2,3 only.");
313              }
314            } else {
315              /* single PDES */
316              if (p.numDim==3) {
317                if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
318                   Finley_Assemble_PDE_Single2_3D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
319                } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
320                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
321                      Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
322                   } else {
323                      Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
324                   }
325                } else {
326                   Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
327                }
328              } else if (p.numDim==2) {
329                if ((p.row_NS == p.col_NS) && (p.row_NS == p.row_NN) && (p.col_NS == p.col_NN )) {
330                   Finley_Assemble_PDE_Single2_2D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
331                } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
332                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
333                      Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
334                   } else {
335                      Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
336                   }
337                } else {
338                   Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
339                }
340              } else if (p.numDim==2) {
341                if (p.row_NS == p.col_NS && p.row_NS == p.row_NN && p.col_NS == p.col_NN ) {
342                   Finley_Assemble_PDE_Single2_1D(p,elements,S,F,A,B,C,D,X,Y);
343                } else if ( p.row_NS == p.col_NS &&  2*p.row_NS == p.row_NN && 2*p.col_NS == p.col_NN ) {
344                   if ( !isEmpty(A) || !isEmpty(B) || !isEmpty(C) || !isEmpty(X) ) {
345                      Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE: Contact elements require A, B, C and X to be empty.");
346                   } else {
347                      Finley_Assemble_PDE_Single2_C(p,elements,S,F,D,Y);
348                   }
349                } else {
350                   Finley_setError(TYPE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports numShape=NumNodes or 2*numShape=NumNodes only.");
351                }
352              } else {
353                Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE supports spatial dimensions 1,2,3 only.");
354              }
355            }
356         } else {
357              Finley_setError(VALUE_ERROR,"Finley_Assemble_PDE requires number of equations == number of solutions  .");
358       }       }
359       #ifdef Finley_TRACE       #ifdef Finley_TRACE
360       printf("timing: assemblage PDE: %.4e sec\n",Finley_timer()-time0);       printf("timing: assemblage PDE: %.4e sec\n",Finley_timer()-time0);
361       #endif       #endif
362    }    }
363      blocktimer_increment("Finley_Assemble_PDE()", blocktimer_start);
364  }  }
365  /*  /*
366   * $Log$   * $Log$

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