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#include "mtx.h"
#include <stdio.h>
#define RECURSIVE_PERMUTATION
#define LDU_VEKTOR
// ==============================================================================
// ==============================================================================
//PUBLIC
// ==============================================================================
// ==============================================================================
// ==============================================================================
/**
\brief Resi rovnici A*x=b
\return x - vektor neznamych
\param[in,out] LDU - matice do ktere bude zapsan ldu soucin
\param[in] b - prava strana
*/
void MTX::solve_Axb(MTX& LDU, VTR& x, VTR& b){
printf("\nMatice pred permutaci\n");
// print_full_mtx();
printf("\nPermutuji matici\n");
// make_symbolic_factorization();
//===========================
make_permutation_ND();
printf("\nAplikuji permutaci\n");
apply_permutation();
printf("\nPermutace aplikovana na matici\n");
b.apply_permutation(MTX::P);
printf("\nPermutace aplikovana na vektor b\n");
//===========================
LDU = *this;
printf("\nMatice po permutaci\n");
// print_full_mtx();
printf("\nRozkladani matice\n");
// try{
make_ldu(LDU);
// }catch(...){
// std::cerr<<"Chyba: LDU Rozklad \n";
// throw;
// }
printf("\n\nMatice rozlozena na LDU\n");
// LDU.print_full_mtx();
printf("\nVstupni vektor b:\n");
// b.print();
VTR z,y;
LDU.solve_Lzb(b,z);
printf("\nVysledny vektor z:\n");
// z.print();
LDU.solve_Dyz(z,y);
printf("\nVysledny vektor y:\n");
// y.print();
LDU.solve_Uxy(y,x);
printf("\nVysledny vektor x:\n");
reverse_permutation_vector();
apply_permutation();
b.apply_permutation(MTX::P);
x.apply_permutation(MTX::P);
// x.print();
}
// ==============================================================================
/**
\brief Najde permutaci podle Nested Dissection Method a prepermutuje matici.
\brief Po kazdem rozpuleni si zapise dalsi pocatecni body pro pulky beg[a], ktere vytvoril a neskonci dokud
neprojde vsechny pulky z predchozicho kroku beg[b].
\brief Toto se vykonava dokud neni zaplnen vektor permutaci.
\in <b>Podfunkce pouzivaji</b> MTX::addit_col
Promenna <b>S</b>(oznamuje status jednotlivych vrcholu)
- 0 - Pocatecni hodnota, jeste s ni nebylo manipulovano
- Ve funkci findsep:
- 1 - Je prohledavana zleva
- -1 - Je prohledavana zprava
- Ve funkci findedge:
- 2 - hleda krajni bod poprve*k
- -2 - hleda krajni bod podruhe*k
- 3 - Vrchol jiz byl zadan k permutaci
*/
void MTX::make_permutation_ND()
{
//Promenne pro funkce find_sep a find_edges - alokovany zde aby byly alokovany jen jednou
long* fl[2];//pro find_sep
long* fr[2];//pro find_sep
long* temp;//Docasne alokovane pole, pouzivano uvnitr find_sep
long ap = row_number-1;//aktualni permutace - pozice kam se ma zapsat nalezena permutace
long i;//index
if(!sa)
S = new long[row_number];
#ifndef RECURSIVE_PERMUTATION
long *beg[2];//beginning - zapisou se vsechny pocatecni hodnoty, ktere maji byt v pristim kroku zapsany
long n[2];//number of beginnings - kolik vrcholu se naslo pri predchozim puleni a kolik ted
long a = 0;//index pole do ktereho se zapisuje
long b = 1;//index pole do ktereho se zapisovalo minule kolo a ted se jenom cte
beg[0] = new long[row_number];
beg[1] = new long[row_number];
#endif
for (i=0;i<row_number;i++)
S[i]=0;
//Alokuj pole permutace jestli neni alokovano
if(!pa){pa = true; P = new long[row_number]; S = new long[row_number];}
//Priprav pole pro MTX::find_sep(). jedno volani si vyzada 4 pole long o delce "row_number"
alloc_addit_l(5);
fl[0] = addit_long[0];
fl[1] = addit_long[1];
fr[0] = addit_long[2];
fr[1] = addit_long[3];
temp = addit_long[4];
#ifdef RECURSIVE_PERMUTATION
find_sep(0, ap, S, fl, fr,temp);
#else
//Priprav hodnoty na prvni zapis:
n[a]=0;
n[b]=1;
beg[b][0]=0;
find_sep(0, beg[a], n[a], ap, S, fl, fr);
while (ap >= 0){//Hlavni smycka pro nalezeni permutace:
for(i=0;i<n[b];i++){//proved puleni na kazde nerozpulene (dostatecne velke) casti. Ne rekurzivne!!!
find_sep(beg[b][i], beg[a], n[a], ap, S, fl, fr);
}
(a==0)?a=1:a=0;
(b==0)?b=1:b=0;
n[a] = 0;
}
delete beg[0];
delete beg[1];
#endif
printf("\nHODNOTY, KTERE NEBYLY OZNACENE:\n");
for(i=0;i<row_number;i++){
if(S[i]!=3){
printf("NEOZNACENA HODNOTA: %li\n",S[i]);
// printf("NAVAZUJICI VRCHOLY: \n");
// print_sparse_row(i);
// P[i]=ap--;
}
}
delete[] S;
printf("\n\n Zbyvajicich hodnot k prepermutovani: %li\n", ap+1);
// printf("Tisk permutace: \n\n");
// for (i=0;i<row_number;i++)
// printf("%li ",P[i]);
}
// ==============================================================================
/**
\brief Rozklada se na LDU soucin
\return Rozlozena matice ldu
\param[in,out] LDU - matice do ktere bude zapsan ldu soucin
\todo Predelat aby se matice LDU vytvorila zde a nemusela vytvaret externe - vytvor MTX copy(MTX)
*/
void MTX::make_ldu(MTX& LDU)
{
LDU.value_number_orig = LDU.value_number;
LDU.na = LDU.ns = LDU.nm = LDU.nd = 0;
long j=0;//chodi po ridkem, prave vytvarenem, radku
long ac; //Actual column/index
double d=0; // Diagonalni prvek aktualniho radku
// double l; // Hodnota l pri nasobeni radku - jen pro prehlednost
// ROW u; //nacte se z LDU
#ifdef LDU_VEKTOR
VTR_SPARSE ldu(LDU.column_number);//radek, ktery se nacte z matice a na konci upravy zapise do LDU
for(long i=0; i<LDU.row_number; i++){//pres radky
// if(i%1000==0)
printf("\nJe zpracovavan radek: %li",i);
LDU.set_vtr_sparse(i,ldu);
// printf("\n\nRADEK PO NACTENI:\n");
// ldu.print_full();
ac = ldu.get_first_ac();
// try{
while(ac<i && ac!=-2){//VYTVOR CAST L
LDU.update_ldu_row(ac, ldu);
ldu.get_next_ac(ac);
}
// }catch(...){
// std::cerr<<"Chyba: cast L";
// throw;
// }
//JSI NA DIAGONALNIM PRVKU
d = ldu.values[i]; //PREDELAT
//VYTVOR CAST U
if(ac != -2)
ldu.get_next_ac(ac);
try{
while(ac != -2 /*|| ac < (ldu.value_number)*/){
ldu.values[ac] /= d;
ldu.get_next_ac(ac);
}
}catch(...){
std::cerr<<"Chyba: cast U";
throw;
}
LDU.nd += ldu.value_number-j;//POCET OPERACI
LDU.set_row(ldu,i);
// printf("RADEK PO ROZLOZENI:\n");
// ldu.print_full();
// LDU.print_full_mtx();
//======================
// //SPOCTI POCTY OPERACI
// LDU.nd++;
// LDU.nm++;
//// LDU.nm += u.value_number;
#else
ROW ldu;//radek, ktery se nacte z matice a na konci upravy zapise do LDU // PRO ROW::
for(long i=0; i<LDU.row_number; i++){//pres radky
std::cout<<"\nJe zpracovavan radek: " << i<<std::endl;
ldu = get_row(i); // PRO ROW::
// ldu.print_full();
j = 0;
ac = ldu.index[j];
while(ac<i){//VYTVOR CAST L
//PUVODNI METODA
// l = ldu.values[j] /= LDU.get_diagonal(ac);
//
// u = LDU.get_row(ac,ac+1);
// d = LDU.get_diagonal(ac);
// ldu += u*(-l*d);
// j++;
//===============
//NOVY ZPUSOB - NEVYTVARI ROW "U"
LDU.update_ldu_row(ac, j, ldu);
j++;
ac = ldu.index[j];
// ldu.print_full();
//===============
//======================
//SPOCTI POCTY OPERACI
LDU.nd++;
LDU.nm++;
// LDU.nm += u.value_number;
}
//JSI NA DIAGONALNIM PRVKU
d = ldu.values[j];
j++;
//VYTVOR CAST U
LDU.nd += ldu.value_number-j;//POCET OPERACI
while(j<ldu.value_number){
ldu.values[j] /= d;
j++;
//======================
//SPOCTI POCTY OPERACI
}
// ldu.print_full();
LDU.set_row(ldu,i);
#endif
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Nacte cast L z matice A
*/
void MTX::get_mtx_L(MTX& A)
{
long i,j;
ROW r;
initialize(A.get_row_number(),A.get_column_number(),A.get_values_number());
for(i=0;i<A.get_row_number();i++){
j=0;
r = A.get_row(i,0);
while(r.index[j] < i)
j++;
r.values[j]=1;//nastav diagonalu
r.value_number= ++j;//zkrat radek at se zbytek neopisuje
set_row(r,i);
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Nacte cast D z matice A
*/
void MTX::get_mtx_D(MTX& A)
{
long i;
double* d = new double[1];/// pro pouziti do funkce SPARSE::set_row(const double* v,const long* i,const long& l, const long& r)
long* ii= new long[1];/// pro pouziti do funkce SPARSE::set_row(const double* v,const long* i,const long& l, const long& r)
initialize(A.get_row_number(),A.get_column_number(),A.get_values_number());
for(i=0;i<A.get_row_number();i++){
d[0] = A.get_diagonal(i);
ii[0]=i;
set_row(d,ii,1,i);
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Nacte cast U z matice A
*/
void MTX::get_mtx_U(MTX& A)
{
long i;
ROW r;
initialize(A.get_row_number(),A.get_column_number(),A.get_values_number());
for(i=0;i<A.get_row_number();i++){
r = A.get_row(i,i);
r.values[0]=1;
set_row(r,i);
}
}
// ==============================================================================
/**
*/
const long& MTX::get_column_number()const
{
return column_number;
}
// ==============================================================================
/**
*/
const long& MTX::get_row_number()const
{
return row_number;
}
// ==============================================================================
// OPERATORS
// ==============================================================================
// ==============================================================================
/**
\brief Roznasobeni dvou matic, jen pro testovaci ucely. Velmi pomaly zpusob. Doma nezkouset.
Projede radky a roznasobi hodnotu leve matice v danem sloupci c s c-tym radkem prave matice
*/
void MTX::multiply_matrices(MTX& B, MTX& R)
{
long i,j,ac; // ac - actual column
double v;//value for multiplication of row
ROW l;//row of actual left matrix
ROW r;//row of right matrix
ROW b;//resultant row - will write into this
R = B;
for (i=0;i<row_number;i++){//projdi kazdy radek
// printf("\nRadek: %li\.n",i);
j=0;
l = get_row(i,0);
while(j < l.value_number){//projdi vsechny nenulove hodnoty v radku
if(j==0){
ac = l.index[j];
r = B.get_row(ac,0);
v = l.values[j];
b = r*v;
}else{
ac = l.index[j];
r = B.get_row(ac,0);
v = l.values[j];
b += r*v;
}
j++;
}
R.set_row(b,i);
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief
*/
const VTR MTX::multiply(const VTR& b)
{
ROW a;
double* r = new double[row_number];//return vektor
for(long i=0;i<row_number;i++){
a = get_row(i,0);
r[i] = a*b;
}
return VTR(r,row_number);
}
// ==============================================================================
// ==============================================================================
//PRIVATE
// ==============================================================================
// ==============================================================================
// ==============================================================================
/**
\brief Prestavi MTX::P tak, aby se dalsi permutaci vse vratilo do puvodniho stavu
*/
void MTX::reverse_permutation_vector()
{
long* new_P = new long[row_number];
for(long i=0;i<row_number;i++){
new_P[P[i]] = i;
}
delete[] P;
P = new_P;
}
// ==============================================================================
/**
\brief Resi soustavu L*z = b
\param [in] b - prava strana
\param [out] z - Vysledny vektor
*/
void MTX::solve_Lzb(const VTR& b, VTR& z)
{
double s;//semiresult
ROW l;
long i;
z.initialize(column_number);
for(i=0;i<row_number;i++){
l=get_rowL(i);
s=l*z;
z.val[i]=(b.val[i]-s);
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Resi soustavu D*y = z
\param z - ziskano z solve_Lzb(const VTR& b, VTR& z)
*/
void MTX::solve_Dyz(const VTR& z, VTR& y)
{
y.initialize(row_number);
for(long i=0;i<row_number;i++)
y.val[i]=z.val[i]/get_diagonal(i);
}
// ==============================================================================
/**
\brief Resi soustavu U*x = y
\param y - ziskano z solve_Dyz(const VTR& z, VTR& y)
*/
void MTX::solve_Uxy(const VTR& y, VTR& x)
{
double s;//semiresult
ROW l;
long i;
x.initialize(column_number);
for(i=(row_number-1); i>=0; i--){
l=get_rowU(i);
s=l*x;
x.val[i]=(y.val[i]-s);
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Alokuje dodatecna pole addit_val a addit_col a vynuluje hodnoty
\warning Je obezni, co nejdriv se ji zbavit a tam, kde byla pouzivana nahradit MTX::alloc_addit_d(), nebo MTX::alloc_addit_l()
*/
void MTX::alloc_addit()
{
if(!addit_values){
for (int i=0;i<addit_fields; i++){
addit_val[i] = new double[column_number];
addit_col[i] = new long[column_number];
}
addit_values=true;
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Alokuje n poli addit_long o velikosti MTX::row_number
*/
void MTX::alloc_addit_l(long n)
{
if(n<=addit_long_number && addit_long_bool)//jestli jsou pozadovana pole dostupna
return;
if(addit_long_bool)//nejsou dostupna, ale jsou alokovana
dealloc_addit_l();
addit_long = new long* [n];
for(long i=0;i<n;i++)
addit_long[i] = new long[row_number];
addit_long_bool = true;
addit_long_number = n;
}
// ==============================================================================
/**
\brief Alokuje n poli addit_double o velikosti MTX::row_number
*/
void MTX::alloc_addit_d(long n)
{
if(n<=addit_double_number && addit_double_bool)//jestli jsou pozadovana pole dostupna
return;
if(addit_double_bool)//nejsou dostupna, ale jsou alokovana
dealloc_addit_d();
addit_double = new double* [n];
for(long i=0;i<n;i++)
addit_double[i] = new double[row_number];
addit_double_bool = true;
addit_double_number = n;
}
// ==============================================================================
/**
\brief Odalokuje dodatecna pole addit_val a addit_col.
*/
void MTX::dealloc_addit()
{
if(addit_values){
for (int i=0;i<addit_fields; i++){
delete addit_val[i];
delete addit_col[i];
}
M_aloc = false;
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Odalokuje dodatecna pole addit_long
*/
void MTX::dealloc_addit_l()
{
if(addit_long_bool){
for(int i=0;i<addit_long_number; i++)
delete addit_long[i];
delete[] addit_long;
addit_long_bool=false;
}
}
// ==============================================================================
/**
\brief Odalokuje dodatecna pole addit_double
*/
void MTX::dealloc_addit_d()
{
if(addit_double_bool){
for(int i=0;i<addit_double_number; i++)
delete addit_double[i];
delete[] addit_double;
addit_double_bool=false;
}
}
// ==============================================================================
// ==============================================================================
//PROTECTED
// ==============================================================================
// ==============================================================================
// ==============================================================================
/** \brief Bubble sort of a ordinary long*
Shakersort from book Algorithm and Data Structures by N. Wirth (1995) applied
\param n - Delka pole ktere se ma setridit
\param a - Pole, ktere se ma setridit
\param key - pole do ktereho se zaznamenaji zmeny
\warning Neni radne otestovan
*/
void MTX::BB_sortl(long n, long* a, long* key)
{
long L = 0; /// \param L -
long R = n-1; /// \param R -
long k = R; /// \param k - index of last changed value
long i;
for(i=0;i<n; i++)
key[i]=i;
while (L<R){
for (i=R; i>L; i--){
if (a[i-1]>a[i]){
swap(a[i-1],a[i]);
swap(key[i-1],key[i]);
k = i;
}
}
L=k;
for(i = L; i<=R; i++){
if (a[i-1]>a[i]){
swap(a[i-1],a[i]);
swap(key[i-1],key[i]);
k = i;
}
}
R=k-1;
}
}
// ==============================================================================
/** \brief Bubble sort of a ordinary double*
Shakersort from book Algorithm and Data Structures by N. Wirth (1995) applied
\warning Neni radne otestovan
*/
void MTX::BB_sortd(long n, double* a)
{
long L = 0; /// \param L -
long R = n-1; /// \param R -
long k = R; /// \param k - index of last changed value
long i;
while (L<R){
for (i=R; i>L; i--){
if (a[i-1]>a[i]){
swap(a[i-1],a[i]);
k = i;
}
}
L=k+1;
for(i = L; i<=R; i++){
if (a[i-1]>a[i]){
swap(a[i-1],a[i]);
k = i;
}
}
R=k-1;
}
}
// ==============================================================================
/** \brief Setridi pole *a o velikosti n podle klice *k. Funguje jen na pole mensi nez plna delka radku
*/
void MTX::update_field_L_by_key(const long n, long* a, long* k)
{
int i;
alloc_addit_l(1);
for (i=0;i<n;i++)//srovnej hodnoty do jineho pole
addit_long[0][k[i]]=a[i];
for (i=0;i<n;i++)//zkopiruj hodnoty do puvodniho pole
a[i] = addit_long[0][k[i]];
}
// ==============================================================================
/** \brief Setridi pole *a o velikosti n podle klice *k. Funguje jen na pole mensi nez plna delka radku
*/
void MTX::update_field_D_by_key(const long n, double* a, long* k)
{
long i;
alloc_addit_d(1);
for (i=0;i<n;i++)//srovnej hodnoty do jineho pole
addit_double[0][i] = a[k[i]];
for (i=0;i<n;i++)//zkopiruj hodnoty do puvodniho pole
a[i] = addit_double[0][i];
}