2012-05-30 6 views
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के साथ रैखिक प्रणाली को हल करना मैं समांतर में समीकरणों की रैखिक प्रणाली को हल करने के लिए पीईटीएससी लाइब्रेरी का उपयोग शुरू कर रहा हूं। मैंने सभी संकुलों को स्थापित किया है, सफलतापूर्वक पालतू जानवरों/src/ksp/ksp/उदाहरण/ट्यूटोरियल/फ़ोल्डर में उदाहरणों को चलाया है, उदाहरण के लिए ex.cपीईटीएससी केएसपी गाइड

लेकिन मुझे समझ में नहीं आया कि मैट्रिक्स ए, एक्स को कैसे भरें उदाहरण के लिए उन्हें फाइल से पढ़कर बी।

यहाँ मैं ex2.c फ़ाइल के भीतर कोड प्रदान करते हैं:

/* Program usage: mpiexec -n <procs> ex2 [-help] [all PETSc options] */ 

static char help[] = "Solves a linear system in parallel with KSP.\n\ 
Input parameters include:\n\ 
    -random_exact_sol : use a random exact solution vector\n\ 
    -view_exact_sol : write exact solution vector to stdout\n\ 
    -m <mesh_x>  : number of mesh points in x-direction\n\ 
    -n <mesh_n>  : number of mesh points in y-direction\n\n"; 

/*T 
    Concepts: KSP^basic parallel example; 
    Concepts: KSP^Laplacian, 2d 
    Concepts: Laplacian, 2d 
    Processors: n 
T*/ 

/* 
    Include "petscksp.h" so that we can use KSP solvers. Note that this file 
    automatically includes: 
    petscsys.h  - base PETSc routines petscvec.h - vectors 
    petscmat.h - matrices 
    petscis.h  - index sets   petscksp.h - Krylov subspace methods 
    petscviewer.h - viewers    petscpc.h - preconditioners 
*/ 
#include <C:\PETSC\include\petscksp.h> 

#undef __FUNCT__ 
#define __FUNCT__ "main" 
int main(int argc,char **args) 
{ 
    Vec   x,b,u; /* approx solution, RHS, exact solution */ 
    Mat   A;  /* linear system matrix */ 
    KSP   ksp;  /* linear solver context */ 
    PetscRandom rctx;  /* random number generator context */ 
    PetscReal  norm;  /* norm of solution error */ 
    PetscInt  i,j,Ii,J,Istart,Iend,m = 8,n = 7,its; 
    PetscErrorCode ierr; 
    PetscBool  flg = PETSC_FALSE; 
    PetscScalar v; 
#if defined(PETSC_USE_LOG) 
    PetscLogStage stage; 
#endif 

    PetscInitialize(&argc,&args,(char *)0,help); 
    ierr = PetscOptionsGetInt(PETSC_NULL,"-m",&m,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = PetscOptionsGetInt(PETSC_NULL,"-n",&n,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    /* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
     Compute the matrix and right-hand-side vector that define 
     the linear system, Ax = b. 
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */ 
    /* 
    Create parallel matrix, specifying only its global dimensions. 
    When using MatCreate(), the matrix format can be specified at 
    runtime. Also, the parallel partitioning of the matrix is 
    determined by PETSc at runtime. 

    Performance tuning note: For problems of substantial size, 
    preallocation of matrix memory is crucial for attaining good 
    performance. See the matrix chapter of the users manual for details. 
    */ 
    ierr = MatCreate(PETSC_COMM_WORLD,&A);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatSetSizes(A,PETSC_DECIDE,PETSC_DECIDE,m*n,m*n);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatSetFromOptions(A);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatMPIAIJSetPreallocation(A,5,PETSC_NULL,5,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatSeqAIJSetPreallocation(A,5,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Currently, all PETSc parallel matrix formats are partitioned by 
    contiguous chunks of rows across the processors. Determine which 
    rows of the matrix are locally owned. 
    */ 
    ierr = MatGetOwnershipRange(A,&Istart,&Iend);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Set matrix elements for the 2-D, five-point stencil in parallel. 
     - Each processor needs to insert only elements that it owns 
     locally (but any non-local elements will be sent to the 
     appropriate processor during matrix assembly). 
     - Always specify global rows and columns of matrix entries. 

    Note: this uses the less common natural ordering that orders first 
    all the unknowns for x = h then for x = 2h etc; Hence you see J = Ii +- n 
    instead of J = I +- m as you might expect. The more standard ordering 
    would first do all variables for y = h, then y = 2h etc. 

    */ 
    ierr = PetscLogStageRegister("Assembly", &stage);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = PetscLogStagePush(stage);CHKERRQ(ierr); 
    for (Ii=Istart; Ii<Iend; Ii++) { 
    v = -1.0; i = Ii/n; j = Ii - i*n; 
    if (i>0) {J = Ii - n; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr);} 
    if (i<m-1) {J = Ii + n; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr);} 
    if (j>0) {J = Ii - 1; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr);} 
    if (j<n-1) {J = Ii + 1; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr);} 
    v = 4.0; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&Ii,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 
    } 

    /* 
    Assemble matrix, using the 2-step process: 
     MatAssemblyBegin(), MatAssemblyEnd() 
    Computations can be done while messages are in transition 
    by placing code between these two statements. 
    */ 
    ierr = MatAssemblyBegin(A,MAT_FINAL_ASSEMBLY);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatAssemblyEnd(A,MAT_FINAL_ASSEMBLY);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = PetscLogStagePop();CHKERRQ(ierr); 

    /* A is symmetric. Set symmetric flag to enable ICC/Cholesky preconditioner */ 
    ierr = MatSetOption(A,MAT_SYMMETRIC,PETSC_TRUE);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Create parallel vectors. 
     - We form 1 vector from scratch and then duplicate as needed. 
     - When using VecCreate(), VecSetSizes and VecSetFromOptions() 
     in this example, we specify only the 
     vector's global dimension; the parallel partitioning is determined 
     at runtime. 
     - When solving a linear system, the vectors and matrices MUST 
     be partitioned accordingly. PETSc automatically generates 
     appropriately partitioned matrices and vectors when MatCreate() 
     and VecCreate() are used with the same communicator. 
     - The user can alternatively specify the local vector and matrix 
     dimensions when more sophisticated partitioning is needed 
     (replacing the PETSC_DECIDE argument in the VecSetSizes() statement 
     below). 
    */ 
    ierr = VecCreate(PETSC_COMM_WORLD,&u);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecSetSizes(u,PETSC_DECIDE,m*n);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecSetFromOptions(u);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecDuplicate(u,&b);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecDuplicate(b,&x);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Set exact solution; then compute right-hand-side vector. 
    By default we use an exact solution of a vector with all 
    elements of 1.0; Alternatively, using the runtime option 
    -random_sol forms a solution vector with random components. 
    */ 
    ierr = PetscOptionsGetBool(PETSC_NULL,"-random_exact_sol",&flg,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    if (flg) { 
    ierr = PetscRandomCreate(PETSC_COMM_WORLD,&rctx);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = PetscRandomSetFromOptions(rctx);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecSetRandom(u,rctx);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = PetscRandomDestroy(&rctx);CHKERRQ(ierr); 
    } else { 
    ierr = VecSet(u,1.0);CHKERRQ(ierr); 
    } 
    ierr = MatMult(A,u,b);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    View the exact solution vector if desired 
    */ 
    flg = PETSC_FALSE; 
    ierr = PetscOptionsGetBool(PETSC_NULL,"-view_exact_sol",&flg,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    if (flg) {ierr = VecView(u,PETSC_VIEWER_STDOUT_WORLD);CHKERRQ(ierr);} 

    /* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
       Create the linear solver and set various options 
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */ 

    /* 
    Create linear solver context 
    */ 
    ierr = KSPCreate(PETSC_COMM_WORLD,&ksp);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Set operators. Here the matrix that defines the linear system 
    also serves as the preconditioning matrix. 
    */ 
    ierr = KSPSetOperators(ksp,A,A,DIFFERENT_NONZERO_PATTERN);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Set linear solver defaults for this problem (optional). 
    - By extracting the KSP and PC contexts from the KSP context, 
     we can then directly call any KSP and PC routines to set 
     various options. 
    - The following two statements are optional; all of these 
     parameters could alternatively be specified at runtime via 
     KSPSetFromOptions(). All of these defaults can be 
     overridden at runtime, as indicated below. 
    */ 
    ierr = KSPSetTolerances(ksp,1.e-2/((m+1)*(n+1)),1.e-50,PETSC_DEFAULT, 
          PETSC_DEFAULT);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Set runtime options, e.g., 
     -ksp_type <type> -pc_type <type> -ksp_monitor -ksp_rtol <rtol> 
    These options will override those specified above as long as 
    KSPSetFromOptions() is called _after_ any other customization 
    routines. 
    */ 
    ierr = KSPSetFromOptions(ksp);CHKERRQ(ierr); 

    /* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
         Solve the linear system 
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */ 

    ierr = KSPSolve(ksp,b,x);CHKERRQ(ierr); 

    /* - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 
         Check solution and clean up 
    - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - */ 

    /* 
    Check the error 
    */ 
    ierr = VecAXPY(x,-1.0,u);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecNorm(x,NORM_2,&norm);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = KSPGetIterationNumber(ksp,&its);CHKERRQ(ierr); 
    /* Scale the norm */ 
    /* norm *= sqrt(1.0/((m+1)*(n+1))); */ 

    /* 
    Print convergence information. PetscPrintf() produces a single 
    print statement from all processes that share a communicator. 
    An alternative is PetscFPrintf(), which prints to a file. 
    */ 
    ierr = PetscPrintf(PETSC_COMM_WORLD,"Norm of error %A iterations %D\n", 
        norm,its);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Free work space. All PETSc objects should be destroyed when they 
    are no longer needed. 
    */ 
    ierr = KSPDestroy(&ksp);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecDestroy(&u);CHKERRQ(ierr); ierr = VecDestroy(&x);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = VecDestroy(&b);CHKERRQ(ierr); ierr = MatDestroy(&A);CHKERRQ(ierr); 

    /* 
    Always call PetscFinalize() before exiting a program. This routine 
     - finalizes the PETSc libraries as well as MPI 
     - provides summary and diagnostic information if certain runtime 
     options are chosen (e.g., -log_summary). 
    */ 
    ierr = PetscFinalize(); 
    return 0; 
} 

कोई जानता है कि कैसे उदाहरण के भीतर खुद मैट्रिक्स को भरने के लिए?

उत्तर

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हाँ, जब आप शुरू कर रहे हैं तो यह थोड़ा मुश्किल हो सकता है। 2006 से thisACTS ट्यूटोरियल में प्रक्रिया का एक अच्छा चलना है; PetSC वेब पेज पर tutorials listed आमतौर पर काफी अच्छा है।

इस के मुख्य भागों हैं:

ierr = MatCreate(PETSC_COMM_WORLD,&A);CHKERRQ(ierr); 

असल PetSC मैट्रिक्स वस्तु, Mat A बनाएँ;

ierr = MatSetSizes(A,PETSC_DECIDE,PETSC_DECIDE,m*n,m*n);CHKERRQ(ierr); 

आकार सेट करें; यहाँ, मैट्रिक्स, m*n x m*n है, क्योंकि यह एक m x n 2 डी ग्रिड पर संचालन के लिए एक स्टेंसिल है

ierr = MatSetFromOptions(A);CHKERRQ(ierr); 

यह सिर्फ किसी भी PetSC आदेश पंक्ति विकल्प है कि आप रन टाइम पर आपूर्ति की है हो सकता है और उन्हें मैट्रिक्स के लिए लागू लेता है, यदि आप यह नियंत्रित करना चाहता था कि ए कैसे स्थापित किया गया था; अन्यथा, उदाहरण के लिए, उदाहरण के लिए, MatCreateMPIAIJ() का उपयोग इसे एआईजे-प्रारूप मैट्रिक्स (डिफ़ॉल्ट), MatCreateMPIDense() के रूप में बनाने के लिए किया जा सकता है यदि यह घने मैट्रिक्स होने वाला था।

ierr = MatMPIAIJSetPreallocation(A,5,PETSC_NULL,5,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatSeqAIJSetPreallocation(A,5,PETSC_NULL);CHKERRQ(ierr); 

अब जब हम एक AIJ मैट्रिक्स मिल गया है, इन कॉल सिर्फ विरल मैट्रिक्स पूर्व आबंटित करता है, यह सोचते हैं प्रति पंक्ति 5 गैर शून्य। यह प्रदर्शन के लिए है। ध्यान दें कि MPI और Seq फ़ंक्शंस दोनों को यह सुनिश्चित करने के लिए बुलाया जाना चाहिए कि यह 1 प्रोसेसर और एकाधिक प्रोसेसर दोनों के साथ काम करता है; यह हमेशा अजीब लग रहा था, लेकिन वहां आप जाते हैं।

ठीक है, अब मैट्रिक्स सभी सेट अप है, यहां हम इस मामले के वास्तविक मांस में प्रवेश करना शुरू कर देते हैं।

सबसे पहले, हम पाते हैं कि इस विशेष प्रक्रिया की कौन सी पंक्तियां हैं। वितरण पंक्तियों से है, जो ठेठ स्पैस मैट्रिस के लिए एक अच्छा वितरण है।

ierr = MatGetOwnershipRange(A,&Istart,&Iend);CHKERRQ(ierr); 

तो इस कॉल के बाद, प्रत्येक प्रोसेसर Istart अंत समाप्त होने पर शुरू पंक्तियों को अद्यतन करने के Istart और Iend, और अपनी इस प्रोसेसर काम का अपना संस्करण सिर्फ Iend से पहले है, जैसा कि आप पाश के लिए इस में देखें:

for (Ii=Istart; Ii<Iend; Ii++) { 
    v = -1.0; i = Ii/n; j = Ii - i*n; 

ठीक है, यदि ऐसा है तो हम पंक्ति Ii पर काम कर रहे हैं, इस ग्रिड स्थान (i,j) जहां i = Ii/n और j = Ii % n से मेल खाती है। उदाहरण के लिए, ग्रिड स्थान (i,j) पंक्ति Ii = i*n + j से मेल खाता है। समझ में आता है?

मैं यहां बयानों को तोड़ने जा रहा हूं क्योंकि वे महत्वपूर्ण हैं लेकिन वे केवल सीमा मूल्यों से निपट रहे हैं और वे चीजों को और अधिक जटिल बनाते हैं।

इस पंक्ति में, वहाँ विकर्ण पर एक 4 हो, और , (i+1,j), (i,j-1), और (i,j+1) करने के लिए इसी कॉलम में -1s होगा। यह मानते हुए कि हम इन के लिए ग्रिड (जैसे, 1 < i < m-1 और 1 < j < n-1) के अंत बंद नहीं गए, इसका मतलब है

J = Ii - n; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 
    J = Ii + n; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 
    J = Ii - 1; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 
    J = Ii + 1; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&J,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 

    v = 4.0; ierr = MatSetValues(A,1,&Ii,1,&Ii,&v,INSERT_VALUES);CHKERRQ(ierr); 
    } 

बयान मैं बाहर ले सिर्फ उन मूल्यों की स्थापना अगर वे मौजूद नहीं है से बचने के हैं, और CHKERRQ मैक्रो ierr != 0 पर एक उपयोगी त्रुटि प्रिंट करता है, उदाहरण के लिए सेट मान कॉल विफल (क्योंकि हमने एक अवैध मान सेट करने का प्रयास किया)।

अब हमने स्थानीय मान निर्धारित किए हैं; MatAssembly कॉल प्रोसेसर के बीच किसी आवश्यक मूल्य का आदान-प्रदान सुनिश्चित करने के लिए संचार शुरू करते हैं। शुरू और संचार और अभिकलन ओवरलैप करने की कोशिश करने के लिए अंत आपको बस इतना करना किसी भी असंबंधित काम है, तो यह बीच अटक जा सकता है:

ierr = MatAssemblyBegin(A,MAT_FINAL_ASSEMBLY);CHKERRQ(ierr); 
    ierr = MatAssemblyEnd(A,MAT_FINAL_ASSEMBLY);CHKERRQ(ierr); 

और अब आपका काम हो गया और अपने समाधानकर्ताओं कॉल कर सकते हैं।

तो एक ठेठ कार्यप्रवाह है:

  • अपने मैट्रिक्स बनाएँ (MatCreate)
  • इसके आकार सेट (MatSetSizes)
  • सेट विभिन्न मैट्रिक्स विकल्प (MatSetFromOptions एक अच्छा विकल्प है, बल्कि बातें हार्डकोड से है)
  • स्पैर मैट्रिस के लिए, प्रति पंक्ति गैर-शून्य की संख्या के लिए उचित अनुमानों के लिए प्रीलोकेशन सेट करें; आप इसे एक वैल्यू (यहां के रूप में) के साथ कर सकते हैं, या प्रति पंक्ति गैर-शून्य की संख्या का प्रतिनिधित्व करने वाले सरणी के साथ (यहां PETSC_NULL से भरा हुआ है): (MatMPIAIJSetPreallocation, MatSeqAIJSetPreallocation)
  • पता लगाएं कि आपकी कौन सी पंक्तियां आपकी जिम्मेदारी हैं:
  • फिर विधानसभा (MatAssemblyBegin, MatAssemblyEnd) करते हैं, (MatGetOwnershipRange)
  • मूल्यों (INSERT_VALUES सेट नए तत्व, ADD_VALUES वेतन वृद्धि किसी भी मौजूदा तत्वों MatSetValues या तो मूल्य प्रति एक बार बुला, या मूल्यों का एक हिस्सा में गुजर) सेट करें।

अन्य जटिल उपयोग के मामले संभव हैं।

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