/[escript]/trunk/paso/src/Solver_AMG.c
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revision 1872 by jfenwick, Mon Oct 13 00:18:55 2008 UTC revision 1931 by artak, Mon Oct 27 01:31:28 2008 UTC
# Line 25  Line 25 
25  #include "Paso.h"  #include "Paso.h"
26  #include "Solver.h"  #include "Solver.h"
27  #include "PasoUtil.h"  #include "PasoUtil.h"
28    #include "UMFPACK.h"
29    #include "Pattern_coupling.h"
30    
31  /**************************************************************/  /**************************************************************/
32    
# Line 68  to Line 70  to
70     then AMG is applied to S again until S becomes empty     then AMG is applied to S again until S becomes empty
71    
72  */  */
73  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso_SparseMatrix *A_p,bool_t verbose) {  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso_SparseMatrix *A_p,bool_t verbose,dim_t level) {
74    Paso_Solver_AMG* out=NULL;    Paso_Solver_AMG* out=NULL;
75    dim_t n=A_p->numRows;    dim_t n=A_p->numRows;
76    dim_t n_block=A_p->row_block_size;    dim_t n_block=A_p->row_block_size;
77    index_t* mis_marker=NULL;      index_t* mis_marker=NULL;  
78    index_t* counter=NULL;      index_t* counter=NULL;
79    index_t iPtr,*index, *where_p;    index_t iPtr,*index, *where_p, iPtr_s;
80    dim_t i,k;    dim_t i,k,j,j0;
81    Paso_SparseMatrix * schur=NULL;    Paso_SparseMatrix * schur=NULL;
82    double A11,A12,A13,A21,A22,A23,A31,A32,A33,D,time0,time1,time2;    Paso_SparseMatrix * schur_withFillIn=NULL;
83        double time0,time1,time2,S;
84      
85    /* identify independend set of rows/columns */    /* identify independend set of rows/columns */
86    mis_marker=TMPMEMALLOC(n,index_t);    mis_marker=TMPMEMALLOC(n,index_t);
87    counter=TMPMEMALLOC(n,index_t);    counter=TMPMEMALLOC(n,index_t);
# Line 97  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 99  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
99    out->b_F=NULL;    out->b_F=NULL;
100    out->x_C=NULL;    out->x_C=NULL;
101    out->b_C=NULL;    out->b_C=NULL;
102      out->A=Paso_SparseMatrix_getReference(A_p);
103      out->level=level;
104      
105    if ( !(Paso_checkPtr(mis_marker) || Paso_checkPtr(out) || Paso_checkPtr(counter) ) ) {    if ( !(Paso_checkPtr(mis_marker) || Paso_checkPtr(out) || Paso_checkPtr(counter) ) ) {
106       /* identify independend set of rows/columns */       /* identify independend set of rows/columns */
107       time0=Paso_timer();       time0=Paso_timer();
108       #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)       #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
109       for (i=0;i<n;++i) mis_marker[i]=-1;       for (i=0;i<n;++i) mis_marker[i]=-1;
110       Paso_Pattern_mis(A_p->pattern,mis_marker);       Paso_Pattern_RS(A_p,mis_marker,0.25);
111         /*Paso_Pattern_coup(A_p,mis_marker,0.05);*/
112       time2=Paso_timer()-time0;       time2=Paso_timer()-time0;
113       if (Paso_noError()) {       if (Paso_noError()) {
114          #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)          #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
# Line 130  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 135  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
135                          out->mask_F[i]=-1;                          out->mask_F[i]=-1;
136                   }                   }
137                }                }
138                #pragma omp for private(i, where_p,iPtr,A11,A12,A13,A21,A22,A23,A31,A32,A33,D,index) schedule(static)                /* Compute row-sum for getting rs(A_FF)*/
139                  #pragma omp for private(i,iPtr) schedule(static)
140                  for (i = 0; i < out->n_F; ++i) {
141                    out->inv_A_FF[i]=0;
142                    for (iPtr=A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i]];iPtr<A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i] + 1]; ++iPtr) {
143                     out->inv_A_FF[i]+=A_p->val[iPtr];
144                    }
145                  }
146    
147                  #pragma omp for private(i, where_p,iPtr,index) schedule(static)
148                for (i = 0; i < out->n_F; i++) {                for (i = 0; i < out->n_F; i++) {
149                  /* find main diagonal */                  /* find main diagonal */
150                  iPtr=A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i]];                  iPtr=A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i]];
# Line 145  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 159  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
159                  } else {                  } else {
160                      iPtr+=(index_t)(where_p-index);                      iPtr+=(index_t)(where_p-index);
161                      /* get inverse of A_FF block: */                      /* get inverse of A_FF block: */
162                      if (n_block==1) {                        S=out->inv_A_FF[i];
163                         if (ABS(A_p->val[iPtr])>0.) {                        if (ABS(A_p->val[iPtr])>0.) {
164                              out->inv_A_FF[i]=1./A_p->val[iPtr];                              if(ABS(S)>0.)
165                         } else {                                 out->inv_A_FF[i]=1./S;
166    /*                            else
167                                {
168                                   fprintf(stderr,"ROWSUM OF ROW %d is 0\n",out->rows_in_F[i]);
169                                   S=0;
170                                   for (iPtr=A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i]];iPtr<A_p->pattern->ptr[out->rows_in_F[i] + 1]; ++iPtr) {
171                                   if(A_p->val[iPtr]!=0) {
172                                    fprintf(stderr,"A_p[%d,%d]=%f ",out->rows_in_F[i],A_p->pattern->index[iPtr],A_p->val[iPtr]);
173                                    S+=A_p->val[iPtr];
174                                   }
175                                  }
176                                  fprintf(stderr,"\n SUMMMMMMM %f\n",S);
177                                }
178    */                      } else {
179                              Paso_setError(ZERO_DIVISION_ERROR, "Paso_Solver_getAMG: Break-down in AMG decomposition: non-regular main diagonal block.");                              Paso_setError(ZERO_DIVISION_ERROR, "Paso_Solver_getAMG: Break-down in AMG decomposition: non-regular main diagonal block.");
180                         }                        }
181                      } else if (n_block==2) {                  }
                        A11=A_p->val[iPtr*4];  
                        A21=A_p->val[iPtr*4+1];  
                        A12=A_p->val[iPtr*4+2];  
                        A22=A_p->val[iPtr*4+3];  
                        D = A11*A22-A12*A21;  
                        if (ABS(D) > 0 ){  
                             D=1./D;  
                             out->inv_A_FF[i*4]= A22*D;  
                             out->inv_A_FF[i*4+1]=-A21*D;  
                             out->inv_A_FF[i*4+2]=-A12*D;  
                             out->inv_A_FF[i*4+3]= A11*D;  
                        } else {  
                             Paso_setError(ZERO_DIVISION_ERROR, "Paso_Solver_getAMG:Break-down in AMG decomposition: non-regular main diagonal block.");  
                        }  
                     } else if (n_block==3) {  
                        A11=A_p->val[iPtr*9  ];  
                        A21=A_p->val[iPtr*9+1];  
                        A31=A_p->val[iPtr*9+2];  
                        A12=A_p->val[iPtr*9+3];  
                        A22=A_p->val[iPtr*9+4];  
                        A32=A_p->val[iPtr*9+5];  
                        A13=A_p->val[iPtr*9+6];  
                        A23=A_p->val[iPtr*9+7];  
                        A33=A_p->val[iPtr*9+8];  
                        D  =  A11*(A22*A33-A23*A32)+ A12*(A31*A23-A21*A33)+A13*(A21*A32-A31*A22);  
                        if (ABS(D) > 0 ){  
                             D=1./D;  
                             out->inv_A_FF[i*9  ]=(A22*A33-A23*A32)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+1]=(A31*A23-A21*A33)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+2]=(A21*A32-A31*A22)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+3]=(A13*A32-A12*A33)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+4]=(A11*A33-A31*A13)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+5]=(A12*A31-A11*A32)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+6]=(A12*A23-A13*A22)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+7]=(A13*A21-A11*A23)*D;  
                             out->inv_A_FF[i*9+8]=(A11*A22-A12*A21)*D;  
                        } else {  
                             Paso_setError(ZERO_DIVISION_ERROR, "Paso_Solver_getAMG:Break-down in AMG decomposition: non-regular main diagonal block.");  
                        }  
                    }  
                 }  
182                }                }
183             } /* end parallel region */             } /* end parallel region */
184    
185             if( Paso_noError()) {             if( Paso_noError()) {
186                /* if there are no nodes in the coarse level there is no more work to do */                /* if there are no nodes in the coarse level there is no more work to do */
187                out->n_C=n-out->n_F;                out->n_C=n-out->n_F;
188                if (out->n_C>0) {                 if (level>0) {
189                     out->rows_in_C=MEMALLOC(out->n_C,index_t);                     out->rows_in_C=MEMALLOC(out->n_C,index_t);
190                     out->mask_C=MEMALLOC(n,index_t);                     out->mask_C=MEMALLOC(n,index_t);
191                     if (! (Paso_checkPtr(out->mask_C) || Paso_checkPtr(out->rows_in_C) ) ) {                     if (! (Paso_checkPtr(out->mask_C) || Paso_checkPtr(out->rows_in_C) ) ) {
# Line 226  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 212  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
212                        if (Paso_noError()) {                        if (Paso_noError()) {
213                           /* get A_FC block: */                           /* get A_FC block: */
214                           out->A_FC=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_F,out->n_C,out->rows_in_F,out->mask_C);                           out->A_FC=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_F,out->n_C,out->rows_in_F,out->mask_C);
215                           /* get A_FF block: */                           /* get A_CC block: */
216                           if (Paso_noError()) {                           if (Paso_noError()) {
217                              schur=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_C,out->n_C,out->rows_in_C,out->mask_C);                              schur=Paso_SparseMatrix_getSubmatrix(A_p,out->n_C,out->n_C,out->rows_in_C,out->mask_C);
218                              time0=Paso_timer()-time0;                              
219                                /*find the pattern of the schur complement with fill in*/
220                                schur_withFillIn=Paso_SparseMatrix_alloc(A_p->type,Paso_Pattern_binop(PATTERN_FORMAT_DEFAULT, schur->pattern, Paso_Pattern_multiply(PATTERN_FORMAT_DEFAULT,out->A_CF->pattern,out->A_FC->pattern)),1,1);
221    
222                                /* copy values over*/
223                                #pragma omp for private(i,iPtr,iPtr_s,j,j0) schedule(static)
224                                for (i = 0; i < schur_withFillIn->numRows; ++i) {
225                                  for (iPtr=schur_withFillIn->pattern->ptr[i];iPtr<schur_withFillIn->pattern->ptr[i + 1]; ++iPtr) {
226                                    j=schur_withFillIn->pattern->index[iPtr];
227                                    schur_withFillIn->val[iPtr]=0.;
228                                    for (iPtr_s=schur->pattern->ptr[i];iPtr_s<schur->pattern->ptr[i + 1]; ++iPtr_s){
229                                        j0=schur->pattern->index[iPtr_s];
230                                        if (j==j0) {
231                                          schur_withFillIn->val[iPtr]=schur->val[iPtr_s];
232                                          break;
233                                        }
234                                    }
235                                  }
236                                }
237                               time0=Paso_timer()-time0;
238                              
239                              if (Paso_noError()) {                              if (Paso_noError()) {
240                                  time1=Paso_timer();                                  time1=Paso_timer();
241                                  /* update A_CC block to get Schur complement and then apply AMG to it */                                  /* update A_CC block to get Schur complement and then apply AMG to it */
242                                  Paso_Solver_updateIncompleteSchurComplement(schur,out->A_CF,out->inv_A_FF,out->A_FF_pivot,out->A_FC);                                  Paso_Solver_updateIncompleteSchurComplement(schur_withFillIn,out->A_CF,out->inv_A_FF,out->A_FF_pivot,out->A_FC);
243                                  time1=Paso_timer()-time1;                                  time1=Paso_timer()-time1;
244                                  out->AMG_of_Schur=Paso_Solver_getAMG(schur,verbose);                                  out->AMG_of_Schur=Paso_Solver_getAMG(schur_withFillIn,verbose,level-1);
245                                  Paso_SparseMatrix_free(schur);                                  
246                                    /*Paso_SparseMatrix_free(schur);*/
247                                    /* Paso_SparseMatrix_free(schur_withFillIn);*/
248                              }                              }
249                              /* allocate work arrays for AMG application */                              /* allocate work arrays for AMG application */
250                              if (Paso_noError()) {                              if (Paso_noError()) {
# Line 244  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 252  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
252                                out->b_F=MEMALLOC(n_block*out->n_F,double);                                out->b_F=MEMALLOC(n_block*out->n_F,double);
253                                out->x_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);                                out->x_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);
254                                out->b_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);                                out->b_C=MEMALLOC(n_block*out->n_C,double);
255    
256                                if (! (Paso_checkPtr(out->x_F) || Paso_checkPtr(out->b_F) || Paso_checkPtr(out->x_C) || Paso_checkPtr(out->b_C) ) ) {                                if (! (Paso_checkPtr(out->x_F) || Paso_checkPtr(out->b_F) || Paso_checkPtr(out->x_C) || Paso_checkPtr(out->b_C) ) ) {
257                                    #pragma omp parallel                                    #pragma omp parallel
258                                    {                                    {
# Line 315  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso Line 324  Paso_Solver_AMG* Paso_Solver_getAMG(Paso
324  */  */
325    
326  void Paso_Solver_solveAMG(Paso_Solver_AMG * amg, double * x, double * b) {  void Paso_Solver_solveAMG(Paso_Solver_AMG * amg, double * x, double * b) {
327       dim_t i,k;       dim_t i,k,oldsweeps;
328       dim_t n_block=amg->n_block;       dim_t n_block=amg->n_block;
329         double *r=MEMALLOC(amg->n,double);
330         Paso_Solver_GS* GS=NULL;
331         double *bold=MEMALLOC(amg->n*amg->n_block,double);
332         double *bnew=MEMALLOC(amg->n*amg->n_block,double);
333            
334       if (amg->n_C==0) {       if (amg->level==0) {
335          /* x=invA_FF*b  */          Paso_UMFPACK1(amg->A,x,b,1);
         Paso_Solver_applyBlockDiagonalMatrix(n_block,amg->n_F,amg->inv_A_FF,amg->A_FF_pivot,x,b);  
336       } else {       } else {
337    
338            /* presmoothing */
339             GS=Paso_Solver_getGS(amg->A,-1);
340             Paso_Solver_solveGS(GS,x,b);
341             oldsweeps=GS->sweeps;
342             if (GS->sweeps>1) {
343              
344               #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
345               for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bold[i]=b[i];
346              
347               while(GS->sweeps>1) {
348                   #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
349                   for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bnew[i]=bold[i]+b[i];
350                    /* Compute the residual b=b-Ax*/
351                   Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(DBLE(-1), amg->A, x, DBLE(1), bnew);
352                   /* Go round again*/
353                   Paso_Solver_solveGS(GS,x,bnew);
354                   #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
355                   for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bold[i]=bnew[i];
356                   GS->sweeps=GS->sweeps-1;
357               }
358               }
359               GS->sweeps=oldsweeps;
360            /* end of presmoothing */
361    
362             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
363             for (i=0;i<amg->n;++i) r[i]=b[i];
364            
365             /*r=b-Ax*/
366             Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A,x,1.,r);
367    
368          /* b->[b_F,b_C]     */          /* b->[b_F,b_C]     */
369          if (n_block==1) {          if (n_block==1) {
370             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
371             for (i=0;i<amg->n_F;++i) amg->b_F[i]=b[amg->rows_in_F[i]];             for (i=0;i<amg->n_F;++i) amg->b_F[i]=r[amg->rows_in_F[i]];  
372             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)            #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
373             for (i=0;i<amg->n_C;++i) amg->b_C[i]=b[amg->rows_in_C[i]];             for (i=0;i<amg->n_C;++i) amg->b_C[i]=r[amg->rows_in_C[i]];
374          } else {          } else {
375             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)
376             for (i=0;i<amg->n_F;++i)             for (i=0;i<amg->n_F;++i)
377                   for (k=0;k<n_block;k++) amg->b_F[amg->n_block*i+k]=b[n_block*amg->rows_in_F[i]+k];                   for (k=0;k<n_block;k++) amg->b_F[amg->n_block*i+k]=r[n_block*amg->rows_in_F[i]+k];
378             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)
379             for (i=0;i<amg->n_C;++i)             for (i=0;i<amg->n_C;++i)
380                   for (k=0;k<n_block;k++) amg->b_C[amg->n_block*i+k]=b[n_block*amg->rows_in_C[i]+k];                   for (k=0;k<n_block;k++) amg->b_C[amg->n_block*i+k]=r[n_block*amg->rows_in_C[i]+k];
381          }          }
382    
383          /* x_F=invA_FF*b_F  */          /* x_F=invA_FF*b_F  */
384          Paso_Solver_applyBlockDiagonalMatrix(n_block,amg->n_F,amg->inv_A_FF,amg->A_FF_pivot,amg->x_F,amg->b_F);          Paso_Solver_applyBlockDiagonalMatrix(n_block,amg->n_F,amg->inv_A_FF,amg->A_FF_pivot,amg->x_F,amg->b_F);
385            
386          /* b_C=b_C-A_CF*x_F */          /* b_C=b_C-A_CF*x_F */
387          Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A_CF,amg->x_F,1.,amg->b_C);          Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A_CF,amg->x_F,1.,amg->b_C);
388            
389          /* x_C=AMG(b_C)     */          /* x_C=AMG(b_C)     */
390          Paso_Solver_solveAMG(amg->AMG_of_Schur,amg->x_C,amg->b_C);          Paso_Solver_solveAMG(amg->AMG_of_Schur,amg->x_C,amg->b_C);
391            
392          /* b_F=b_F-A_FC*x_C */          /* b_F=b_F-A_FC*x_C */
393          Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A_FC,amg->x_C,1.,amg->b_F);          Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(-1.,amg->A_FC,amg->x_C,1.,amg->b_F);
394          /* x_F=invA_FF*b_F  */          /* x_F=invA_FF*b_F  */
395          Paso_Solver_applyBlockDiagonalMatrix(n_block,amg->n_F,amg->inv_A_FF,amg->A_FF_pivot,amg->x_F,amg->b_F);          Paso_Solver_applyBlockDiagonalMatrix(n_block,amg->n_F,amg->inv_A_FF,amg->A_FF_pivot,amg->x_F,amg->b_F);
396          /* x<-[x_F,x_C]     */          /* x<-[x_F,x_C]     */
397            
398          if (n_block==1) {          if (n_block==1) {
399             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)             #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
400             for (i=0;i<amg->n;++i) {             for (i=0;i<amg->n;++i) {
401                if (amg->mask_C[i]>-1) {                if (amg->mask_C[i]>-1) {
402                    x[i]=amg->x_C[amg->mask_C[i]];                    x[i]+=amg->x_C[amg->mask_C[i]];
403                } else {                } else {
404                    x[i]=amg->x_F[amg->mask_F[i]];                    x[i]+=amg->x_F[amg->mask_F[i]];
405                }                }
406             }             }
407          } else {          } else {
408             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)             #pragma omp parallel for private(i,k) schedule(static)
409             for (i=0;i<amg->n;++i) {             for (i=0;i<amg->n;++i) {
410                   if (amg->mask_C[i]>-1) {                   if (amg->mask_C[i]>-1) {
411                       for (k=0;k<n_block;k++) x[n_block*i+k]=amg->x_C[n_block*amg->mask_C[i]+k];                       for (k=0;k<n_block;k++) x[n_block*i+k]+=amg->x_C[n_block*amg->mask_C[i]+k];
412                   } else {                   } else {
413                       for (k=0;k<n_block;k++) x[n_block*i+k]=amg->x_F[n_block*amg->mask_F[i]+k];                       for (k=0;k<n_block;k++) x[n_block*i+k]+=amg->x_F[n_block*amg->mask_F[i]+k];
414                   }                   }
415             }             }
416          }          }
417          /* all done */  
418         /*postsmoothing*/
419         Paso_Solver_solveGS1(GS,x,b);
420         if (GS->sweeps>1) {
421               #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
422               for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bold[i]=b[i];
423              
424               while(GS->sweeps>1) {
425                   #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
426                   for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bnew[i]=bold[i]+b[i];
427                    /* Compute the residual b=b-Ax*/
428                   Paso_SparseMatrix_MatrixVector_CSR_OFFSET0(DBLE(-1), amg->A, x, DBLE(1), bnew);
429                   /* Go round again*/
430                   Paso_Solver_solveGS(GS,x,bnew);
431                   #pragma omp parallel for private(i) schedule(static)
432                   for (i=0;i<GS->n*GS->n_block;++i) bold[i]=bnew[i];
433                   GS->sweeps=GS->sweeps-1;
434               }
435               }
436         /*end of postsmoothing*/
437        
438         Paso_Solver_GS_free(GS);
439       }       }
440       return;       MEMFREE(r);
441         MEMFREE(bold);
442         MEMFREE(bnew);
443        return;
444  }  }
445    
446  /*  /*

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