Anforderungen  |   Konzepte  |   Entwurf  |   Entwicklung  |   Qualitätssicherung  |   Lebenszyklus  |   Steuerung
 
 
 
 


Quelle  ConjugateGradient.h   Sprache: C

 
// This file is part of Eigen, a lightweight C++ template library
// for linear algebra.
//
// Copyright (C) 2011-2014 Gael Guennebaud <gael.guennebaud@inria.fr>
//
// This Source Code Form is subject to the terms of the Mozilla
// Public License v. 2.0. If a copy of the MPL was not distributed
// with this file, You can obtain one at http://mozilla.org/MPL/2.0/.

#ifndef EIGEN_CONJUGATE_GRADIENT_H
#define EIGEN_CONJUGATE_GRADIENT_H

namespace Eigen { 

namespace internal {

/** \internal Low-level conjugate gradient algorithm
  * \param mat The matrix A
  * \param rhs The right hand side vector b
  * \param x On input and initial solution, on output the computed solution.
  * \param precond A preconditioner being able to efficiently solve for an
  *                approximation of Ax=b (regardless of b)
  * \param iters On input the max number of iteration, on output the number of performed iterations.
  * \param tol_error On input the tolerance error, on output an estimation of the relative error.
  */

template<typename MatrixType, typename Rhs, typename Dest, typename Preconditioner>
EIGEN_DONT_INLINE
void conjugate_gradient(const MatrixType& mat, const Rhs& rhs, Dest& x,
                        const Preconditioner& precond, Index& iters,
                        typename Dest::RealScalar& tol_error)
{
  using std::sqrt;
  using std::abs;
  typedef typename Dest::RealScalar RealScalar;
  typedef typename Dest::Scalar Scalar;
  typedef Matrix<Scalar,Dynamic,1> VectorType;
  
  RealScalar tol = tol_error;
  Index maxIters = iters;
  
  Index n = mat.cols();

  VectorType residual = rhs - mat * x; //initial residual

  RealScalar rhsNorm2 = rhs.squaredNorm();
  if(rhsNorm2 == 0) 
  {
    x.setZero();
    iters = 0;
    tol_error = 0;
    return;
  }
  const RealScalar considerAsZero = (std::numeric_limits<RealScalar>::min)();
  RealScalar threshold = numext::maxi(RealScalar(tol*tol*rhsNorm2),considerAsZero);
  RealScalar residualNorm2 = residual.squaredNorm();
  if (residualNorm2 < threshold)
  {
    iters = 0;
    tol_error = sqrt(residualNorm2 / rhsNorm2);
    return;
  }

  VectorType p(n);
  p = precond.solve(residual);      // initial search direction

  VectorType z(n), tmp(n);
  RealScalar absNew = numext::real(residual.dot(p));  // the square of the absolute value of r scaled by invM
  Index i = 0;
  while(i < maxIters)
  {
    tmp.noalias() = mat * p;                    // the bottleneck of the algorithm

    Scalar alpha = absNew / p.dot(tmp);         // the amount we travel on dir
    x += alpha * p;                             // update solution
    residual -= alpha * tmp;                    // update residual
    
    residualNorm2 = residual.squaredNorm();
    if(residualNorm2 < threshold)
      break;
    
    z = precond.solve(residual);                // approximately solve for "A z = residual"

    RealScalar absOld = absNew;
    absNew = numext::real(residual.dot(z));     // update the absolute value of r
    RealScalar beta = absNew / absOld;          // calculate the Gram-Schmidt value used to create the new search direction
    p = z + beta * p;                           // update search direction
    i++;
  }
  tol_error = sqrt(residualNorm2 / rhsNorm2);
  iters = i;
}

}

templatetypename _MatrixType, int _UpLo=Lower,
          typename _Preconditioner = DiagonalPreconditioner<typename _MatrixType::Scalar> >
class ConjugateGradient;

namespace internal {

templatetypename _MatrixType, int _UpLo, typename _Preconditioner>
struct traits<ConjugateGradient<_MatrixType,_UpLo,_Preconditioner> >
{
  typedef _MatrixType MatrixType;
  typedef _Preconditioner Preconditioner;
};

}

/** \ingroup IterativeLinearSolvers_Module
  * \brief A conjugate gradient solver for sparse (or dense) self-adjoint problems
  *
  * This class allows to solve for A.x = b linear problems using an iterative conjugate gradient algorithm.
  * The matrix A must be selfadjoint. The matrix A and the vectors x and b can be either dense or sparse.
  *
  * \tparam _MatrixType the type of the matrix A, can be a dense or a sparse matrix.
  * \tparam _UpLo the triangular part that will be used for the computations. It can be Lower,
  *               \c Upper, or \c Lower|Upper in which the full matrix entries will be considered.
  *               Default is \c Lower, best performance is \c Lower|Upper.
  * \tparam _Preconditioner the type of the preconditioner. Default is DiagonalPreconditioner
  *
  * \implsparsesolverconcept
  *
  * The maximal number of iterations and tolerance value can be controlled via the setMaxIterations()
  * and setTolerance() methods. The defaults are the size of the problem for the maximal number of iterations
  * and NumTraits<Scalar>::epsilon() for the tolerance.
  * 
  * The tolerance corresponds to the relative residual error: |Ax-b|/|b|
  * 
  * \b Performance: Even though the default value of \c _UpLo is \c Lower, significantly higher performance is
  * achieved when using a complete matrix and \b Lower|Upper as the \a _UpLo template parameter. Moreover, in this
  * case multi-threading can be exploited if the user code is compiled with OpenMP enabled.
  * See \ref TopicMultiThreading for details.
  * 
  * This class can be used as the direct solver classes. Here is a typical usage example:
    \code
    int n = 10000;
    VectorXd x(n), b(n);
    SparseMatrix<double> A(n,n);
    // fill A and b
    ConjugateGradient<SparseMatrix<double>, Lower|Upper> cg;
    cg.compute(A);
    x = cg.solve(b);
    std::cout << "#iterations:     " << cg.iterations() << std::endl;
    std::cout << "estimated error: " << cg.error()      << std::endl;
    // update b, and solve again
    x = cg.solve(b);
    \endcode
  * 
  * By default the iterations start with x=0 as an initial guess of the solution.
  * One can control the start using the solveWithGuess() method.
  * 
  * ConjugateGradient can also be used in a matrix-free context, see the following \link MatrixfreeSolverExample example \endlink.
  *
  * \sa class LeastSquaresConjugateGradient, class SimplicialCholesky, DiagonalPreconditioner, IdentityPreconditioner
  */

templatetypename _MatrixType, int _UpLo, typename _Preconditioner>
class ConjugateGradient : public IterativeSolverBase<ConjugateGradient<_MatrixType,_UpLo,_Preconditioner> >
{
  typedef IterativeSolverBase<ConjugateGradient> Base;
  using Base::matrix;
  using Base::m_error;
  using Base::m_iterations;
  using Base::m_info;
  using Base::m_isInitialized;
public:
  typedef _MatrixType MatrixType;
  typedef typename MatrixType::Scalar Scalar;
  typedef typename MatrixType::RealScalar RealScalar;
  typedef _Preconditioner Preconditioner;

  enum {
    UpLo = _UpLo
  };

public:

  /** Default constructor. */
  ConjugateGradient() : Base() {}

  /** Initialize the solver with matrix \a A for further \c Ax=b solving.
    * 
    * This constructor is a shortcut for the default constructor followed
    * by a call to compute().
    * 
    * \warning this class stores a reference to the matrix A as well as some
    * precomputed values that depend on it. Therefore, if \a A is changed
    * this class becomes invalid. Call compute() to update it with the new
    * matrix A, or modify a copy of A.
    */

  template<typename MatrixDerived>
  explicit ConjugateGradient(const EigenBase<MatrixDerived>& A) : Base(A.derived()) {}

  ~ConjugateGradient() {}

  /** \internal */
  template<typename Rhs,typename Dest>
  void _solve_vector_with_guess_impl(const Rhs& b, Dest& x) const
  {
    typedef typename Base::MatrixWrapper MatrixWrapper;
    typedef typename Base::ActualMatrixType ActualMatrixType;
    enum {
      TransposeInput  =   (!MatrixWrapper::MatrixFree)
                      &&  (UpLo==(Lower|Upper))
                      &&  (!MatrixType::IsRowMajor)
                      &&  (!NumTraits<Scalar>::IsComplex)
    };
    typedef typename internal::conditional<TransposeInput,Transpose<const ActualMatrixType>, ActualMatrixType const&>::type RowMajorWrapper;
    EIGEN_STATIC_ASSERT(EIGEN_IMPLIES(MatrixWrapper::MatrixFree,UpLo==(Lower|Upper)),MATRIX_FREE_CONJUGATE_GRADIENT_IS_COMPATIBLE_WITH_UPPER_UNION_LOWER_MODE_ONLY);
    typedef typename internal::conditional<UpLo==(Lower|Upper),
                                           RowMajorWrapper,
                                           typename MatrixWrapper::template ConstSelfAdjointViewReturnType<UpLo>::Type
                                          >::type SelfAdjointWrapper;

    m_iterations = Base::maxIterations();
    m_error = Base::m_tolerance;

    RowMajorWrapper row_mat(matrix());
    internal::conjugate_gradient(SelfAdjointWrapper(row_mat), b, x, Base::m_preconditioner, m_iterations, m_error);
    m_info = m_error <= Base::m_tolerance ? Success : NoConvergence;
  }

protected:

};

// end namespace Eigen

#endif // EIGEN_CONJUGATE_GRADIENT_H

100%


¤ Dauer der Verarbeitung: 0.1 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤

*© Formatika GbR, Deutschland






Wurzel

Suchen

Beweissystem der NASA

Beweissystem Isabelle

NIST Cobol Testsuite

Cephes Mathematical Library

Wiener Entwicklungsmethode

Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.

Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.






                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     


Neuigkeiten

     Aktuelles
     Motto des Tages

Software

     Produkte
     Quellcodebibliothek

Aktivitäten

     Artikel über Sicherheit
     Anleitung zur Aktivierung von SSL

Muße

     Gedichte
     Musik
     Bilder

Jenseits des Üblichen ....

Besucherstatistik

Besucherstatistik

Monitoring

Montastic status badge