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revision 3282 by jfenwick, Mon Oct 11 01:48:14 2010 UTC revision 3283 by gross, Mon Oct 18 22:39:28 2010 UTC
# Line 22  Line 22 
22    
23  /**************************************************************/  /**************************************************************/
24    
25    #define SHOW_TIMING FALSE
26    
27  #include "Paso.h"  #include "Paso.h"
28  #include "Preconditioner.h"  #include "Preconditioner.h"
29  #include "Options.h"  #include "Options.h"
30  #include "PasoUtil.h"  #include "PasoUtil.h"
31  #include "UMFPACK.h"  #include "UMFPACK.h"
32  #include "MKL.h"  #include "MKL.h"
 #include "Coarsening.h"  
33    
34  /**************************************************************/  /**************************************************************/
35    
# Line 37  Line 38 
38  void Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(Paso_Preconditioner_LocalAMG * in) {  void Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(Paso_Preconditioner_LocalAMG * in) {
39       if (in!=NULL) {       if (in!=NULL) {
40      Paso_Preconditioner_LocalSmoother_free(in->Smoother);      Paso_Preconditioner_LocalSmoother_free(in->Smoother);
41        Paso_SparseMatrix_free(in->P);
42        Paso_SparseMatrix_free(in->R);
43        Paso_SparseMatrix_free(in->A_C);
44        Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(in->AMG_C);
45        MEMFREE(in->r);
46        MEMFREE(in->x_C);
47        MEMFREE(in->b_C);
48    
49      /*=========================*/      
50          Paso_SparseMatrix_free(in->A_FC);      MEMFREE(in);
         Paso_SparseMatrix_free(in->A_FF);  
         Paso_SparseMatrix_free(in->W_FC);  
         Paso_SparseMatrix_free(in->A_CF);  
         Paso_SparseMatrix_free(in->P);  
         Paso_SparseMatrix_free(in->R);  
         Paso_SparseMatrix_free(in->A);  
         if(in->coarsest_level==TRUE) {  
         #ifdef MKL  
           Paso_MKL_free1(in->AOffset1);  
           Paso_SparseMatrix_free(in->AOffset1);  
           Paso_SparseMatrix_free(in->AUnrolled);  
         #else  
           #ifdef UMFPACK  
           Paso_UMFPACK1_free((Paso_UMFPACK_Handler*)(in->solver));  
           Paso_SparseMatrix_free(in->AUnrolled);  
           #endif  
         #endif  
         }  
         MEMFREE(in->rows_in_F);  
         MEMFREE(in->rows_in_C);  
         MEMFREE(in->mask_F);  
         MEMFREE(in->mask_C);  
         MEMFREE(in->x_F);  
         MEMFREE(in->b_F);  
         MEMFREE(in->x_C);  
         MEMFREE(in->b_C);  
         in->solver=NULL;  
         Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(in->AMG_of_Coarse);  
         MEMFREE(in->b_C);  
         MEMFREE(in);  
51       }       }
52  }  }
53    
54  /**************************************************************/  /*****************************************************************
   
 /*   constructs the block-block factorization of  
   
         [ A_FF A_FC ]  
    A_p=  
         [ A_CF A_FF ]  
   
 to  
   
   [      I         0  ]  [ A_FF 0 ] [ I    invA_FF*A_FF ]    
   [ A_CF*invA_FF   I  ]  [   0  S ] [ 0          I      ]  
55    
56       constructs AMG
57     where S=A_FF-ACF*invA_FF*A_FC within the shape of S    
58    ******************************************************************/
    then AMG is applied to S again until S becomes empty  
   
 */  
59  Paso_Preconditioner_LocalAMG* Paso_Preconditioner_LocalAMG_alloc(Paso_SparseMatrix *A_p,dim_t level,Paso_Options* options) {  Paso_Preconditioner_LocalAMG* Paso_Preconditioner_LocalAMG_alloc(Paso_SparseMatrix *A_p,dim_t level,Paso_Options* options) {
60    
61    Paso_Preconditioner_LocalAMG* out=NULL;    Paso_Preconditioner_LocalAMG* out=NULL;
   /*  
    Paso_Pattern* temp1=NULL;  
   Paso_Pattern* temp2=NULL;  
   */  
62    bool_t verbose=options->verbose;    bool_t verbose=options->verbose;
   bool_t timing=0;  
63        
64      Paso_SparseMatrix* W_FC=NULL, *Atemp=NULL, *A_C=NULL;
65    const dim_t n=A_p->numRows;    const dim_t n=A_p->numRows;
66    const dim_t n_block=A_p->row_block_size;    const dim_t n_block=A_p->row_block_size;
67        index_t* split_marker=NULL, *counter=NULL, *mask_C=NULL, *rows_in_F=NULL;
68        dim_t n_F=0, n_C=0, i;
   index_t* mis_marker=NULL;    
   index_t* counter=NULL;  
   /*index_t iPtr,*index, *where_p;*/  
   dim_t i,j;  
   Paso_SparseMatrix * A_c=NULL;  
69    double time0=0;    double time0=0;
70    Paso_SparseMatrix * Atemp=NULL;    const double theta = options->coarsening_threshold;
71    double sparsity=0;    const double tau = options->diagonal_dominance_threshold;
     
   /*  
   double *temp,*temp_1;  
   double S;  
   index_t iptr;  
   */  
     
   /*char filename[8];*/  
72        
   /*    
   sprintf(filename,"AMGLevel%d",level);  
73        
74    Paso_SparseMatrix_saveMM(A_p,filename);    /*
75          is the input matrix A suitable for coarsening
76          
77    */    */
78        if ( (A_p->pattern->len >= options->min_coarse_sparsity * n * n ) || (n <= options->min_coarse_matrix_size) || (level > options->level_max) ) {
79    /*Make sure we have block sizes 1*/       if (verbose) printf("Paso: AMG level %d (limit = %d) stopped. sparsity = %e (limit = %e), unknowns = %d (limit = %d)\n",
80    /*if (A_p->col_block_size>1) {      level,  options->level_max, A_p->pattern->len/(1.*n * n), options->min_coarse_sparsity, n, options->min_coarse_matrix_size  );  
      Paso_setError(TYPE_ERROR,"Paso_Solver_getAMG: AMG requires column block size 1.");  
81       return NULL;       return NULL;
82    }    }
83    if (A_p->row_block_size>1) {       /* Start Coarsening : */
      Paso_setError(TYPE_ERROR,"Paso_Solver_getAMG: AMG requires row block size 1.");  
      return NULL;  
   }*/  
   out=MEMALLOC(1,Paso_Preconditioner_LocalAMG);  
   
     
   /* identify independend set of rows/columns */  
   mis_marker=TMPMEMALLOC(n,index_t);  
   counter=TMPMEMALLOC(n,index_t);  
   if ( !( Esys_checkPtr(mis_marker) || Esys_checkPtr(counter) || Esys_checkPtr(out)) ) {  
       
       
      out->post_sweeps=options->post_sweeps;  
      out->pre_sweeps=options->pre_sweeps;  
       
      out->AMG_of_Coarse=NULL;  
      out->A_FF=NULL;  
      out->A_FC=NULL;  
      out->A_CF=NULL;  
      out->W_FC=NULL;  
      out->P=NULL;  
      out->R=NULL;  
      out->rows_in_F=NULL;  
      out->rows_in_C=NULL;  
      out->mask_F=NULL;  
      out->mask_C=NULL;  
      out->x_F=NULL;  
      out->b_F=NULL;  
      out->x_C=NULL;  
      out->b_C=NULL;  
      out->A=Paso_SparseMatrix_getReference(A_p);  
      out->AUnrolled=NULL;  
      out->AOffset1=NULL;  
      out->solver=NULL;  
      out->Smoother=NULL;  
      out->level=level;  
      out->n=n;  
      out->n_F=n+1;  
      out->n_block=n_block;  
   
       
      sparsity=(A_p->len*1.)/(1.*A_p->numRows*A_p->numCols);  
       
      if (verbose) fprintf(stdout,"Stats: Sparsity of the Coarse Matrix with %d non-zeros (%d,%d) in level %d is %.6f\n",A_p->len,A_p->numRows,A_p->numCols,level,sparsity);  
       
       
      if(sparsity>0.05) {  
       level=0;  
      }  
       
           
      if (level==0 || n<=options->min_coarse_matrix_size) {  
          out->coarsest_level=TRUE;  
          #ifdef MKL  
                   out->AUnrolled=Paso_SparseMatrix_unroll(A_p);  
                   out->AOffset1=Paso_SparseMatrix_alloc(MATRIX_FORMAT_BLK1 + MATRIX_FORMAT_OFFSET1, out->AUnrolled->pattern,1,1, FALSE);  
                   #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)  
                   for (i=0;i<out->A->len;++i) {  
                        out->AOffset1->val[i]=out->AUnrolled->val[i];  
                   }  
          #else  
             #ifdef UMFPACK  
                 out->AUnrolled=Paso_SparseMatrix_unroll(A_p);  
                 /*Paso_SparseMatrix_saveMM(out->AUnrolled,"AUnroll.mat");  
                 Paso_SparseMatrix_saveMM(A_p,"Aorg.mat");  
                 */  
             #else  
               out->Smoother=Paso_Preconditioner_LocalSmoother_alloc(A_p, (options->smoother == PASO_JACOBI), verbose);  
             #endif  
          #endif  
           
      } else {  
          out->coarsest_level=FALSE;  
      out->Smoother=Paso_Preconditioner_LocalSmoother_alloc(A_p, (options->smoother == PASO_JACOBI), verbose);  
   
          /* Start Coarsening : */  
          time0=Esys_timer();  
      Paso_Coarsening_Local(mis_marker, A_p, options->coarsening_threshold, options->coarsening_method);  
          time0=Esys_timer()-time0;  
      if (timing) fprintf(stdout,"Level %d: timing: Coarsening: %e\n",level,time0);  
84    
85          #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)       split_marker=TMPMEMALLOC(n,index_t);
86          for (i = 0; i < n; ++i) {       counter=TMPMEMALLOC(n,index_t);
87         mis_marker[i]=(mis_marker[i]== PASO_COARSENING_IN_F);       if ( !( Esys_checkPtr(split_marker) || Esys_checkPtr(counter) ) ) {
88         counter[i]=mis_marker[i];       /*
89          }            set splitting of unknows:
90          out->n_F=Paso_Util_cumsum(n,counter);        
91                     */
92          if (out->n_F==0) {       time0=Esys_timer();
93             out->coarsest_level=TRUE;       if (n_block>1) {
94             level=0;          Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening_Block(A_p, split_marker, theta,tau);
95             if (verbose) {       } else {
96                 /*printf("AMG coarsening eliminates all unknowns, switching to Jacobi preconditioner.\n");*/          Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening(A_p, split_marker, theta,tau);
97                 printf("AMG coarsening does not eliminate any of the unknowns, switching to Jacobi preconditioner.\n");       }
98             }       options->coarsening_selection_time=Esys_timer()-time0 + MAX(0, options->coarsening_selection_time);
99          }      
100          else if (out->n_F==n) {       if (Esys_noError() ) {
101            out->coarsest_level=TRUE;          #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
102             level=0;          for (i = 0; i < n; ++i) split_marker[i]= (split_marker[i] == PASO_AMG_IN_F);
103             if (verbose) {      
104                 /*printf("AMG coarsening eliminates all unknowns, switching to Jacobi preconditioner.\n");*/          /*
105                 printf("AMG coarsening eliminates all of the unknowns, switching to Jacobi preconditioner.\n");             count number of unkowns to be eliminated:
106                      */
107              }          n_F=Paso_Util_cumsum_maskedTrue(n,counter, split_marker);
108          } else {          n_C=n-n_F;
109                if (verbose) printf("Paso AMG level %d: %d unknowns are flagged for elimination. %d left.\n",level,n_F,n-n_F);
110                if (Esys_noError()) {      
111                            if ( n_F == 0 ) {  /*  is a nasty case. a direct solver should be used, return NULL */
112                   /*#pragma omp parallel for private(i) schedule(static)             out = NULL;
113                   for (i = 0; i < n; ++i) counter[i]=mis_marker[i];          } else {
114                   out->n_F=Paso_Util_cumsum(n,counter);             out=MEMALLOC(1,Paso_Preconditioner_LocalAMG);
115                   */             mask_C=TMPMEMALLOC(n,index_t);
116                               rows_in_F=TMPMEMALLOC(n_F,index_t);
117                   out->mask_F=MEMALLOC(n,index_t);             if ( !( Esys_checkPtr(mask_C) || Esys_checkPtr(rows_in_F) || Esys_checkPtr(out)) ) {
118                   out->rows_in_F=MEMALLOC(out->n_F,index_t);            out->level = level;
119                   if (! (Esys_checkPtr(out->mask_F) || Esys_checkPtr(out->rows_in_F) ) ) {            out->n = n;
120                      /* creates an index for F from mask */            out->n_F = n_F;
121                      #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)            out->n_block = n_block;
122                      for (i = 0; i < out->n_F; ++i) out->rows_in_F[i]=-1;            out->A_C = NULL;
123                      #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)            out->P = NULL;  
124                      for (i = 0; i < n; ++i) {            out->R = NULL;          
125                 if  (mis_marker[i]) {            out->post_sweeps = options->post_sweeps;
126                                out->rows_in_F[counter[i]]=i;            out->pre_sweeps  = options->pre_sweeps;
127                                out->mask_F[i]=counter[i];            out->r = NULL;
128                         } else {            out->x_C = NULL;
129                                out->mask_F[i]=-1;            out->b_C = NULL;
130                         }            out->AMG_C = NULL;
131                      }            out->Smoother = Paso_Preconditioner_LocalSmoother_alloc(A_p, (options->smoother == PASO_JACOBI), verbose);
132                                  
133                   }            if ( n_F < n ) { /* if nothing is been removed we have a diagonal dominant matrix and we just run a few steps of the smoother */
134                }    
135                               /* creates index for F:*/
136                /* if(level==1) {              #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
137                     printf("##TOTAL: %d, ELIMINATED: %d\n",n,out->n_F);              for (i = 0; i < n; ++i) {
138                     for (i = 0; i < n; ++i) {                 if  (split_marker[i]) rows_in_F[counter[i]]=i;
139                      printf("##%d %d\n",i,!mis_marker[i]);              }          
140                     }              /*  create mask of C nodes with value >-1 gives new id */
141                  }              i=Paso_Util_cumsum_maskedFalse(n,counter, split_marker);
142                */  
143                              #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
144                /*check whether coarsening process actually makes sense to continue.              for (i = 0; i < n; ++i) {
145                if coarse matrix at least smaller by 30% then continue, otherwise we stop.*/                 if  (split_marker[i]) {
146                if ((out->n_F*100/n)<30) {                    mask_C[i]=-1;
147                      level=1;                 } else {
148                  }                    mask_C[i]=counter[i];;
149                               }
150                if ( Esys_noError()) {              }
151                      out->n_C=n-out->n_F;              /*
152                      out->rows_in_C=MEMALLOC(out->n_C,index_t);                    get Restriction : (can we do this in one go?)  
153                      out->mask_C=MEMALLOC(n,index_t);              */
154                      if (! (Esys_checkPtr(out->mask_C) || Esys_checkPtr(out->rows_in_C) ) ) {              time0=Esys_timer();
155                           /* creates an index for C from mask */              W_FC=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p, n_F, n_C, rows_in_F, mask_C);
156                           #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)              if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: get Weights: %e\n",level, Esys_timer()-time0);
157                           for (i = 0; i < n; ++i) counter[i]=! mis_marker[i];              
158                           Paso_Util_cumsum(n,counter);              time0=Esys_timer();
159                           #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)              Paso_SparseMatrix_updateWeights(A_p,W_FC,split_marker);
160                           for (i = 0; i < out->n_C; ++i) out->rows_in_C[i]=-1;              if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: updateWeights: %e\n",level, Esys_timer()-time0);
161                           #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)              
162                           for (i = 0; i < n; ++i) {              time0=Esys_timer();
163                  if  (! mis_marker[i]) {              out->P=Paso_SparseMatrix_getProlongation(W_FC,split_marker);
164                                        out->rows_in_C[counter[i]]=i;              if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: getProlongation: %e\n",level, Esys_timer()-time0);
165                                        out->mask_C[i]=counter[i];              
166                                     } else {              Paso_SparseMatrix_free(W_FC);
167                                        out->mask_C[i]=-1;              /*      
168                                     }                 construct Prolongation operator as transposed of restriction operator:
169                           }              */
170                      }              time0=Esys_timer();
171                }              out->R=Paso_SparseMatrix_getTranspose(out->P);
172                if ( Esys_noError()) {              if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: Paso_SparseMatrix_getTranspose: %e\n",level,Esys_timer()-time0);
173                        /* get A_FF block: */              /*
174                        /*              constrPaso AMG level 2: 4 unknowns are flagged for elimination.
175                         out->A_FF=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_F,out->n_F,out->rows_in_F,out->mask_F);              timing: Gauss-Seidel preparation: elemination : 8.096400e-05
176                        out->A_CF=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_C,out->n_F,out->rows_in_C,out->mask_F);              AMG: level 2: 4 unknowns eliminated.
177                        out->A_FC=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_F,out->n_C,out->rows_in_F,out->mask_C);              uct coarse level matrix (can we do this in one call?)
178                        */              */
179                                      time0=Esys_timer();
180                        /*Compute W_FC*/              Atemp=Paso_SparseMatrix_MatrixMatrix(A_p,out->P);
181                        /*initialy W_FC=A_FC*/              A_C=Paso_SparseMatrix_MatrixMatrix(out->R,Atemp);
182                        out->W_FC=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_F,out->n_C,out->rows_in_F,out->mask_C);              Paso_SparseMatrix_free(Atemp);
183                                      /*A_c=Paso_Solver_getCoarseMatrix(A_p,out->R,out->P);*/
184                        /*sprintf(filename,"W_FCbefore_%d",level);              if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d : getCoarseMatrix: %e\n",level,Esys_timer()-time0);
185                        Paso_SparseMatrix_saveMM(out->W_FC,filename);              
186                        */              /* allocate helpers :*/
187                        /* for (i = 0; i < n; ++i) {              out->x_C=MEMALLOC(n_block*n_C,double);
188                                    printf("##mis_marker[%d]=%d\n",i,mis_marker[i]);              out->b_C=MEMALLOC(n_block*n_C,double);
189                         }              out->r=MEMALLOC(n_block*n,double);
190                        */                                
191                        time0=Esys_timer();              Esys_checkPtr(out->r);
192                        Paso_SparseMatrix_updateWeights(A_p,out->W_FC,mis_marker);              Esys_checkPtr(out->Smoother);
193                        time0=Esys_timer()-time0;              Esys_checkPtr(out->x_C);
194                        if (timing) fprintf(stdout,"timing: updateWeights: %e\n",time0);              Esys_checkPtr(out->b_C);
195                        
196                        /*              /*
197                        sprintf(filename,"W_FCafter_%d",level);                 constructe courser level:
198                        Paso_SparseMatrix_saveMM(out->W_FC,filename);                
199                        */              */
200                                      out->AMG_C=Paso_Preconditioner_LocalAMG_alloc(A_C,level+1,options);
201                        /* get Prolongation and Restriction */              
202                        time0=Esys_timer();              if ( Esys_noError()) {
203                        out->P=Paso_SparseMatrix_getProlongation(out->W_FC,mis_marker);                 if ( out->AMG_C == NULL ) {
204                        time0=Esys_timer()-time0;                    out->reordering = options->reordering;
205                        if (timing) fprintf(stdout,"timing: getProlongation: %e\n",time0);                    out->refinements = options->coarse_matrix_refinements;
206                        /*out->P=Paso_SparseMatrix_loadMM_toCSR("P1.mtx");*/                    /* no coarse level matrix has been constructed. use direct solver */
207                                            #ifdef MKL
208                        /*                      Atemp=Paso_SparseMatrix_unroll(A_C);
209                        sprintf(filename,"P_%d",level);                      Paso_SparseMatrix_free(A_C);
210                        Paso_SparseMatrix_saveMM(out->P,filename);                      out->A_C=Paso_SparseMatrix_alloc(MATRIX_FORMAT_BLK1 + MATRIX_FORMAT_OFFSET1, Atemp->pattern,1,1, FALSE);
211                        */                      #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
212                                              for (i=0;i<out->A->len;++i) {
213                        time0=Esys_timer();                         out->A_C->val[i]=Atemp->val[i];
214                        out->R=Paso_SparseMatrix_getRestriction(out->P);                      }
215                        time0=Esys_timer()-time0;                      Paso_SparseMatrix_free(Atemp);
216                        if (timing) fprintf(stdout,"timing: getRestriction: %e\n",time0);                      out->A_C->solver_package = PASO_MKL;
217                        /*out->R=Paso_SparseMatrix_loadMM_toCSR("R1.mtx");*/                    #else
218                                              #ifdef UMFPACK
219                        /*                         out->A_C=Paso_SparseMatrix_unroll(A_C);
220                        sprintf(filename,"R_%d",level);                         Paso_SparseMatrix_free(A_C);
221                        Paso_SparseMatrix_saveMM(out->R,filename);                         out->A_C->solver_package = PASO_UMFPACK;
222                        */                      #else
223                                               out->A_C=A_C;
224                }                         out->A_C->solver_p=Paso_Preconditioner_LocalSmoother_alloc(out->A_C, (options->smoother == PASO_JACOBI), verbose);
225                if ( Esys_noError()) {                         out->A_C->solver_package = PASO_SMOOTHER;
226                                            #endif
227                      time0=Esys_timer();                    #endif
228                                       } else {
229                      Atemp=Paso_SparseMatrix_MatrixMatrix(A_p,out->P);                    /* finally we set some helpers for the solver step */
230                                          out->A_C=A_C;
231                      A_c=Paso_SparseMatrix_MatrixMatrix(out->R,Atemp);                 }
232                                    }        
233                      /*A_c=Paso_SparseMatrix_loadMM_toCSR("A_C1.mtx");*/            }
234                                   }
235                      Paso_SparseMatrix_free(Atemp);             TMPMEMFREE(mask_C);
236                                   TMPMEMFREE(rows_in_F);
237                      /*A_c=Paso_Solver_getCoarseMatrix(A_p,out->R,out->P);*/          }
238                      time0=Esys_timer()-time0;       }
                     if (timing) fprintf(stdout,"timing: getCoarseMatrix: %e\n",time0);  
                       
                                           
                     /*Paso_Solver_getCoarseMatrix(A_c, A_p,out->R,out->P);*/  
                     /*                      
                     sprintf(filename,"A_C_%d",level);  
                     Paso_SparseMatrix_saveMM(A_c,filename);  
                     */  
                                           
             out->AMG_of_Coarse=Paso_Preconditioner_LocalAMG_alloc(A_c,level-1,options);  
               }  
   
               /* allocate work arrays for AMG application */  
               if (Esys_noError()) {  
                          /*  
                           out->x_F=MEMALLOC(n_block*out->n_F,double);  
                          out->b_F=MEMALLOC(n_block*out->n_F,double);  
                          */  
                          out->x_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);  
                          out->b_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);  
         
                          /*if (! (Esys_checkPtr(out->x_F) || Esys_checkPtr(out->b_F) || Esys_checkPtr(out->x_C) || Esys_checkPtr(out->b_C) ) ) {*/  
                          if ( ! ( Esys_checkPtr(out->x_C) || Esys_checkPtr(out->b_C) ) ) {  
                               
                              /*  
                               #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)  
                              for (i = 0; i < out->n_F; ++i) {  
                                          out->x_F[i]=0.;  
                                          out->b_F[i]=0.;  
                               }  
                              */  
                               
                               #pragma omp parallel for private(i,j) schedule(static)  
                               for (i = 0; i < out->n_C; ++i) {  
                                      for(j=0;j<n_block;++j) {  
                                         out->x_C[i*n_block+j]=0.;  
                                         out->b_C[i*n_block+j]=0.;  
                                      }  
                               }  
                          }  
               }  
             Paso_SparseMatrix_free(A_c);  
          }  
      }  
239    }    }
   TMPMEMFREE(mis_marker);  
240    TMPMEMFREE(counter);    TMPMEMFREE(counter);
241      TMPMEMFREE(split_marker);
242    
243    if (Esys_noError()) {    if (Esys_noError()) {
244        if (verbose && level>0 && !out->coarsest_level) {        if (verbose) printf("AMG: level %d: %d unknowns eliminated.\n",level, n_F);
          printf("AMG: level: %d: %d unknowns eliminated. %d left.\n",level, out->n_F,out->n_C);  
      }  
245       return out;       return out;
246    } else  {    } else  {
247       Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(out);       Paso_Preconditioner_LocalAMG_free(out);
# Line 428  Paso_Preconditioner_LocalAMG* Paso_Preco Line 249  Paso_Preconditioner_LocalAMG* Paso_Preco
249    }    }
250  }  }
251    
 /**************************************************************/  
   
 /* apply AMG precondition b-> x                                
252    
253       in fact it solves  void Paso_Preconditioner_LocalAMG_solve(Paso_SparseMatrix* A, Paso_Preconditioner_LocalAMG * amg, double * x, double * b) {
254         const dim_t n = amg->n * amg->n_block;
255    [      I         0  ]  [ A_FF 0 ] [ I    invA_FF*A_FC ]  [ x_F ]  = [b_F]       double time0=0;
256    [ A_CF*invA_FF   I  ]  [   0  S ] [ 0          I      ]  [ x_C ]  = [b_C]       const dim_t post_sweeps=amg->post_sweeps;
257         const dim_t pre_sweeps=amg->pre_sweeps;
  in the form  
   
    b->[b_F,b_C]  
    x_F=invA_FF*b_F  
    b_C=b_C-A_CF*x_F  
    x_C=AMG(b_C)  
    b_F=b_F-A_FC*x_C  
    x_F=invA_FF*b_F  
    x<-[x_F,x_C]  
258    
259   should be called within a parallel region                                                     /* presmoothing */
260   barrier synconization should be performed to make sure that the input vector available       time0=Esys_timer();
261         Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(A, amg->Smoother, x, b, pre_sweeps, FALSE);
262         time0=Esys_timer()-time0;
263         if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: Presmooting: %e\n",amg->level, time0);
264         /* end of presmoothing */
265        
266         if (amg->n_F < amg->n) { /* is there work on the coarse level? */
267             time0=Esys_timer();
268         Paso_Copy(n, amg->r, b);                            /*  r <- b */
269         Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,A,x,1.,amg->r); /*r=r-Ax*/
270             Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(1.,amg->R,amg->r,0.,amg->b_C);  /* b_c = R*r  */
271             time0=Esys_timer()-time0;
272         /* coarse level solve */
273         if ( amg->AMG_C == NULL) {
274            time0=Esys_timer();
275            /*  A_C is the coarsest level */
276            switch (amg->A_C->solver_package) {
277               case (PASO_MKL):
278              Paso_MKL(amg->A_C, amg->x_C,amg->b_C, amg->reordering, amg->refinements, SHOW_TIMING);
279              break;
280               case (PASO_UMFPACK):
281              Paso_UMFPACK(amg->A_C, amg->x_C,amg->b_C, amg->refinements, SHOW_TIMING);
282              break;
283               case (PASO_SMOOTHER):
284              Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(amg->A_C, amg->Smoother,amg->x_C,amg->b_C,pre_sweeps, FALSE);
285              break;
286            }
287            if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: DIRECT SOLVER: %e\n",amg->level,Esys_timer()-time0);
288         } else {
289            Paso_Preconditioner_LocalAMG_solve(amg->A_C, amg->AMG_C,amg->x_C,amg->b_C); /* x_C=AMG(b_C)     */
290         }  
291         time0=time0+Esys_timer();
292         Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(1.,amg->P,amg->x_C,1.,x);       /* x = x + P*x_c */
293        
294             /*postsmoothing*/
295          
296            /*solve Ax=b with initial guess x */
297            time0=Esys_timer();
298            Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(A, amg->Smoother, x, b, post_sweeps, TRUE);
299            time0=Esys_timer()-time0;
300            if (SHOW_TIMING) printf("timing: level %d: Postsmoothing: %e\n",amg->level,time0);
301            /*end of postsmoothing*/
302        
303         }
304         return;
305    }
306    
307  */  /* theta = threshold for strong connections */
308    /* tau = threshold for diagonal dominance */
309    
310  void Paso_Preconditioner_LocalAMG_solve(Paso_Preconditioner_LocalAMG * amg, double * x, double * b) {  void Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening(Paso_SparseMatrix* A, index_t* split_marker, const double theta, const double tau)
311       dim_t i,j;  {
312       double time0=0;     const dim_t n=A->numRows;
313       double *r=NULL, *x0=NULL;     dim_t *degree=NULL;   /* number of naighbours in strong connection graph */
314       bool_t timing=0;     index_t *S=NULL, iptr, i,j;
315           dim_t kdeg;
316       dim_t post_sweeps=amg->post_sweeps;     double max_offdiagonal, threshold, sum_row, main_row, fnorm;
317       dim_t pre_sweeps=amg->pre_sweeps;    
318           degree=TMPMEMALLOC(n, dim_t);
319       #ifdef UMFPACK     S=TMPMEMALLOC(A->pattern->len, index_t);
320            Paso_UMFPACK_Handler * ptr=NULL;  
321       #endif     if ( !( Esys_checkPtr(degree) || Esys_checkPtr(S) ) )  {
322          /*S_i={j \in N_i; i strongly coupled to j}
323      
324         in the sense that |A_{ij}| >= theta * max_k |A_{ik}|
325          */
326          #pragma omp parallel for private(i,iptr,max_offdiagonal, threshold,j, kdeg, sum_row, main_row, fnorm) schedule(static)
327          for (i=0;i<n;++i) {
328                        
329       r=MEMALLOC(amg->n*amg->n_block,double);       max_offdiagonal = 0.;
330       x0=MEMALLOC(amg->n*amg->n_block,double);       sum_row=0;
331             main_row=0;
332       if (amg->coarsest_level) {       #pragma ivdep
333         for (iptr=A->pattern->ptr[i];iptr<A->pattern->ptr[i+1]; ++iptr) {
334            j=A->pattern->index[iptr];
335            fnorm=ABS(A->val[iptr]);
336            
337            if( j != i) {
338               max_offdiagonal = MAX(max_offdiagonal,fnorm);
339               sum_row+=fnorm;
340            } else {
341               main_row=fnorm;
342            }
343         }
344         threshold = theta*max_offdiagonal;
345         kdeg=0;
346         if (tau*main_row < sum_row) { /* no diagonal domainance */
347            #pragma ivdep
348            for (iptr=A->pattern->ptr[i];iptr<A->pattern->ptr[i+1]; ++iptr) {
349               j=A->pattern->index[iptr];
350               if(ABS(A->val[iptr])>threshold && i!=j) {
351              S[A->pattern->ptr[i]+kdeg] = j;
352              kdeg++;
353               }
354            }
355         }
356         degree[i]=kdeg;
357          }
358                
359        time0=Esys_timer();        Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening_search(n, A->pattern->ptr, degree, S, split_marker);
360        /*If all unknown are eliminated then Jacobi is the best preconditioner*/        
361       }
362       TMPMEMFREE(degree);
363       TMPMEMFREE(S);
364    }
365    
366        if (amg->n_F==0 || amg->n_F==amg->n) {  /* theta = threshold for strong connections */
367         Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(amg->A, amg->Smoother,x,b,1, FALSE);  /* tau = threshold for diagonal dominance */
368        }  void Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening_Block(Paso_SparseMatrix* A, index_t* split_marker, const double theta, const double tau)
369         else {  
370         #ifdef MKL  {
371            Paso_MKL1(amg->AOffset1,x,b,timing);     const dim_t n_block=A->row_block_size;
372         #else     const dim_t n=A->numRows;
373            #ifdef UMFPACK     dim_t *degree=NULL;   /* number of naighbours in strong connection graph */
374               ptr=(Paso_UMFPACK_Handler *)(amg->solver);     index_t *S=NULL, iptr, i,j, bi;
375               Paso_UMFPACK1(&ptr,amg->AUnrolled,x,b,timing);     dim_t kdeg, max_deg;
376               amg->solver=(void*) ptr;     register double max_offdiagonal, threshold, fnorm, sum_row, main_row;
377            #else           double *rtmp;
378            Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(amg->A, amg->Smoother,x,b,1, FALSE);    
379           #endif    
380         #endif     degree=TMPMEMALLOC(n, dim_t);
381         }     S=TMPMEMALLOC(A->pattern->len, index_t);
382      
383       if ( !( Esys_checkPtr(degree) || Esys_checkPtr(S)  ) ) {
384          /*S_i={j \in N_i; i strongly coupled to j}
385      
386          in the sense that |A_{ij}|_F >= theta * max_k |A_{ik}|_F
387          */
388          #pragma omp parallel private(i,iptr,max_offdiagonal, kdeg, threshold,j, max_deg, fnorm, sum_row, main_row, rtmp)
389          {
390         max_deg=0;
391         #pragma omp for schedule(static)
392         for (i=0;i<n;++i) max_deg=MAX(max_deg, A->pattern->ptr[i+1]-A->pattern->ptr[i]);
393                
394         time0=Esys_timer()-time0;       rtmp=TMPMEMALLOC(max_deg, double);
395         if (timing) fprintf(stdout,"timing: DIRECT SOLVER: %e\n",time0);        
396               #pragma omp for schedule(static)
397       } else {       for (i=0;i<n;++i) {
         /* presmoothing */  
          time0=Esys_timer();  
      Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(amg->A, amg->Smoother, x, b, pre_sweeps, FALSE);  
          time0=Esys_timer()-time0;  
          if (timing) fprintf(stdout,"timing: Presmooting: %e\n",time0);  
398            
399           /* end of presmoothing */          max_offdiagonal = 0.;
400                    sum_row=0;
401           time0=Esys_timer();          main_row=0;
402            #pragma omp parallel for private(i,j) schedule(static)          for (iptr=A->pattern->ptr[i];iptr<A->pattern->ptr[i+1]; ++iptr) {
403             for (i=0;i<amg->n;++i) {             j=A->pattern->index[iptr];
404              for (j=0;j<amg->n_block;++j) {             fnorm=0;
405                r[i*amg->n_block+j]=b[i*amg->n_block+j];               #pragma ivdep
406              }             for(bi=0;bi<n_block*n_block;++bi) fnorm+=A->val[iptr*n_block*n_block+bi]*A->val[iptr*n_block*n_block+bi];
407             }             fnorm=sqrt(fnorm);
408                      
409           /*r=b-Ax*/             if( j != i) {
410           Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A,x,1.,r);            rtmp[iptr-A->pattern->ptr[i]]=fnorm;
411                      max_offdiagonal = MAX(max_offdiagonal,fnorm);
412          /* b_c = R*r  */            sum_row+=fnorm;
413           Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(1.,amg->R,r,0.,amg->b_C);             } else {
414                      main_row=fnorm;
415          time0=Esys_timer()-time0;             }
416          if (timing) fprintf(stdout,"timing: Before next level: %e\n",time0);          }
417                    threshold = theta*max_offdiagonal;
         /* x_C=AMG(b_C)     */  
     Paso_Preconditioner_LocalAMG_solve(amg->AMG_of_Coarse,amg->x_C,amg->b_C);  
           
         time0=Esys_timer();  
           
         /* x_0 = P*x_c */  
         Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(1.,amg->P,amg->x_C,0.,x0);  
           
         /* x=x+x0 */  
          #pragma omp parallel for private(i,j) schedule(static)  
            for (i=0;i<amg->n;++i) {  
             for (j=0;j<amg->n_block;++j) {  
               x[i*amg->n_block+j]+=x0[i*amg->n_block+j];    
             }  
            }  
           
       /*postsmoothing*/  
418                
419        /*solve Ax=b with initial guess x */          kdeg=0;
420        time0=Esys_timer();          if (tau*main_row < sum_row) { /* no diagonal domainance */
421        Paso_Preconditioner_LocalSmoother_solve(amg->A, amg->Smoother, x, b, post_sweeps, TRUE);             #pragma ivdep
422        time0=Esys_timer()-time0;             for (iptr=A->pattern->ptr[i];iptr<A->pattern->ptr[i+1]; ++iptr) {
423        if (timing) fprintf(stdout,"timing: Postsmoothing: %e\n",time0);            j=A->pattern->index[iptr];
424              if(rtmp[iptr-A->pattern->ptr[i]] > threshold && i!=j) {
425        /*end of postsmoothing*/               S[A->pattern->ptr[i]+kdeg] = j;
426                     kdeg++;
427       }            }
428       MEMFREE(r);             }
429       MEMFREE(x0);          }
430            degree[i]=kdeg;
431         }      
432         TMPMEMFREE(rtmp);
433          } /* end of parallel region */
434          Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening_search(n, A->pattern->ptr, degree, S, split_marker);
435       }
436       TMPMEMFREE(degree);
437       TMPMEMFREE(S);  
438    }  
439    
440    /* the runge stueben coarsening algorithm: */
441    void Paso_Preconditioner_AMG_RSCoarsening_search(const dim_t n, const index_t* offset, const dim_t* degree, const index_t* S,
442                             index_t*split_marker)
443    {
444       index_t *lambda=NULL, j, *ST=NULL;
445       dim_t i,k, p, q, *degreeT=NULL, itmp;
446      
447       if (n<=0) return; /* make sure that the return of Paso_Util_arg_max is not pointing to nirvana */
448      
449       lambda=TMPMEMALLOC(n, index_t);
450       degreeT=TMPMEMALLOC(n, dim_t);
451       ST=TMPMEMALLOC(offset[n], index_t);
452      
453       if (! ( Esys_checkPtr(lambda) || Esys_checkPtr(degreeT) || Esys_checkPtr(ST) ) ) {
454          /* initialize  split_marker and split_marker :*/
455          /* those unknows which are not influenced go into F, the rest is available for F or C */
456          #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
457          for (i=0;i<n;++i) {
458         degreeT[i]=0;
459         if (degree[i]>0) {
460            lambda[i]=0;
461            split_marker[i]=PASO_AMG_UNDECIDED;
462         } else {
463            split_marker[i]=PASO_AMG_IN_F;
464            lambda[i]=-1;
465         }
466          }
467          /* create transpose :*/
468          for (i=0;i<n;++i) {
469            for (p=0; p<degree[i]; ++p) {
470               j=S[offset[i]+p];
471               ST[offset[j]+degreeT[j]]=i;
472               degreeT[j]++;
473            }
474          }
475          /* lambda[i] = |undecided k in ST[i]| + 2 * |F-unknown in ST[i]| */
476          #pragma omp parallel for private(i, j, itmp) schedule(static)
477          for (i=0;i<n;++i) {
478         if (split_marker[i]==PASO_AMG_UNDECIDED) {
479            itmp=lambda[i];
480            for (p=0; p<degreeT[i]; ++p) {
481               j=ST[offset[i]+p];
482               if (split_marker[j]==PASO_AMG_UNDECIDED) {
483              itmp++;
484               } else {  /* at this point there are no C points */
485              itmp+=2;
486               }
487            }
488            lambda[i]=itmp;
489         }
490          }
491    
492       return;        /* start search :*/
493          i=Paso_Util_arg_max(n,lambda);
494          while (lambda[i]>-1) { /* is there any undecided unknowns? */
495        
496         /* the unknown i is moved to C */
497         split_marker[i]=PASO_AMG_IN_C;
498         lambda[i]=-1;  /* lambda fro unavailable unknowns is set to -1 */
499        
500         /* all undecided unknown strongly coupled to i are moved to F */
501         for (p=0; p<degreeT[i]; ++p) {
502            j=ST[offset[i]+p];
503        
504            if (split_marker[j]==PASO_AMG_UNDECIDED) {
505          
506               split_marker[j]=PASO_AMG_IN_F;
507               lambda[j]=-1;
508          
509               for (q=0; q<degreeT[j]; ++q) {
510              k=ST[offset[j]+q];
511              if (split_marker[k]==PASO_AMG_UNDECIDED) lambda[k]++;
512               }
513    
514            }
515         }
516         for (p=0; p<degree[i]; ++p) {
517            j=S[offset[i]+p];
518            if(split_marker[j]==PASO_AMG_UNDECIDED) lambda[j]--;
519         }
520        
521         i=Paso_Util_arg_max(n,lambda);
522          }
523       }
524       TMPMEMFREE(lambda);
525       TMPMEMFREE(ST);
526       TMPMEMFREE(degreeT);
527  }  }
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