Branch data Line data Source code
1 : : // *****************************************************************************
2 : : /*!
3 : : \file src/Inciter/DG.cpp
4 : : \copyright 2012-2015 J. Bakosi,
5 : : 2016-2018 Los Alamos National Security, LLC.,
6 : : 2019-2021 Triad National Security, LLC.
7 : : All rights reserved. See the LICENSE file for details.
8 : : \brief DG advances a system of PDEs with the discontinuous Galerkin scheme
9 : : \details DG advances a system of partial differential equations (PDEs) using
10 : : discontinuous Galerkin (DG) finite element (FE) spatial discretization (on
11 : : tetrahedron elements) combined with Runge-Kutta (RK) time stepping.
12 : : \see The documentation in DG.h.
13 : : */
14 : : // *****************************************************************************
15 : :
16 : : #include <algorithm>
17 : : #include <numeric>
18 : : #include <sstream>
19 : :
20 : : #include "DG.hpp"
21 : : #include "Discretization.hpp"
22 : : #include "DGPDE.hpp"
23 : : #include "DiagReducer.hpp"
24 : : #include "DerivedData.hpp"
25 : : #include "ElemDiagnostics.hpp"
26 : : #include "Inciter/InputDeck/InputDeck.hpp"
27 : : #include "Refiner.hpp"
28 : : #include "Limiter.hpp"
29 : : #include "Reorder.hpp"
30 : : #include "Vector.hpp"
31 : : #include "Around.hpp"
32 : : #include "Integrate/Basis.hpp"
33 : : #include "FieldOutput.hpp"
34 : : #include "ChareStateCollector.hpp"
35 : : #include "PDE/MultiMat/MultiMatIndexing.hpp"
36 : :
37 : : #include <fstream>
38 : :
39 : : // ignore old-style-casts required for lapack/blas calls
40 : : #if defined(__clang__)
41 : : #pragma clang diagnostic ignored "-Wold-style-cast"
42 : : #endif
43 : :
44 : : // Lapacke forward declarations
45 : : extern "C" {
46 : :
47 : : using lapack_int = long;
48 : :
49 : : #define LAPACK_ROW_MAJOR 101
50 : :
51 : : extern lapack_int LAPACKE_dgesv( int, lapack_int, lapack_int, double*,
52 : : lapack_int, lapack_int*, double*, lapack_int );
53 : :
54 : : }
55 : :
56 : : namespace inciter {
57 : :
58 : : extern ctr::InputDeck g_inputdeck;
59 : : extern std::vector< DGPDE > g_dgpde;
60 : :
61 : : //! Runge-Kutta coefficients
62 : : static const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 2 >
63 : : rkcoef{{ {{ 0.0, 3.0/4.0, 1.0/3.0 }}, {{ 1.0, 1.0/4.0, 2.0/3.0 }} }};
64 : :
65 : : //! Implicit-Explicit Runge-Kutta Coefficients
66 : : static const tk::real rk_gamma = (2.0-std::sqrt(2.0))/2.0;
67 : : static const tk::real rk_delta = -2.0*std::sqrt(2.0)/3.0;
68 : : static const tk::real c2 =
69 : : (27.0 + std::pow(2187.0-1458.0*std::sqrt(2.0),1.0/3.0)
70 : : + 9.0*std::pow(3.0+2.0*std::sqrt(2.0),1.0/3.0))/54.0;
71 : : static const tk::real c3 = c2/(6.0*std::pow(c2,2.0)-3.0*c2+1.0);
72 : : static const tk::real b2 = (3.0*c2-1.0)/(6.0*std::pow(c2,2.0));
73 : : static const tk::real b3 =
74 : : (6.0*std::pow(c2,2.0)-3.0*c2+1.0)/(6.0*std::pow(c2,2.0));
75 : : static const tk::real a22_impl = c2;
76 : : static const tk::real a21_expl = c2;
77 : : static const tk::real a32_expl = c3;
78 : : static const tk::real a33_impl =
79 : : (1.0/6.0-b2*std::pow(c2,2.0)-b3*c2*c3)/(b3*(c3-c2));
80 : : static const tk::real a32_impl = a33_impl-c3;
81 : : static const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 2 >
82 : : expl_rkcoef{{ {{ 0.0, 0.0, b2 }},
83 : : {{ a21_expl, a32_expl, b3 }} }};
84 : : static const std::array< std::array< tk::real, 3 >, 2>
85 : : impl_rkcoef{{ {{ 0.0, a32_impl, b2 }},
86 : : {{ a22_impl, a33_impl, b3}} }};
87 : :
88 : : } // inciter::
89 : :
90 : : extern tk::CProxy_ChareStateCollector stateProxy;
91 : :
92 : : using inciter::DG;
93 : :
94 : 671 : DG::DG( const CProxy_Discretization& disc,
95 : : const CProxy_Ghosts& ghostsproxy,
96 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
97 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& /* bnode */,
98 : 671 : const std::vector< std::size_t >& triinpoel ) :
99 : : m_disc( disc ),
100 : : m_ghosts( ghostsproxy ),
101 : : m_ndof_NodalExtrm( 3 ), // for the first order derivatives in 3 directions
102 : : m_nsol( 0 ),
103 : : m_ninitsol( 0 ),
104 : : m_nlim( 0 ),
105 : : m_nnod( 0 ),
106 : : m_nrefine( 0 ),
107 : : m_nsmooth( 0 ),
108 : : m_nreco( 0 ),
109 : : m_nnodalExtrema( 0 ),
110 [ + - ]: 671 : m_nstiffeq( g_dgpde[Disc()->MeshId()].nstiffeq() ),
111 [ + - ]: 671 : m_nnonstiffeq( g_dgpde[Disc()->MeshId()].nnonstiffeq() ),
112 : 671 : m_u( Disc()->Inpoel().size()/4,
113 : 1342 : g_inputdeck.get< tag::rdof >()*
114 : 671 : g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ),
115 : : m_un( m_u.nunk(), m_u.nprop() ),
116 : 1342 : m_p( m_u.nunk(), g_inputdeck.get< tag::rdof >()*
117 [ + - ][ + - ]: 671 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].nprim() ),
118 : : m_lhs( m_u.nunk(),
119 : 1342 : g_inputdeck.get< tag::ndof >()*
120 : 671 : g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ),
121 : : m_rhs( m_u.nunk(), m_lhs.nprop() ),
122 : : m_rhsprev( m_u.nunk(), m_lhs.nprop() ),
123 : 1342 : m_stiffrhs( m_u.nunk(), g_inputdeck.get< tag::ndof >()*
124 [ + - ][ + - ]: 671 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].nstiffeq() ),
125 : 1342 : m_stiffrhsprev( m_u.nunk(), g_inputdeck.get< tag::ndof >()*
126 [ + - ][ + - ]: 671 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].nstiffeq() ),
127 [ + - ]: 671 : m_stiffEqIdx( g_dgpde[Disc()->MeshId()].nstiffeq() ),
128 [ + - ]: 671 : m_nonStiffEqIdx( g_dgpde[Disc()->MeshId()].nnonstiffeq() ),
129 : : m_mtInv(
130 : 671 : tk::invMassMatTaylorRefEl(g_inputdeck.get< tag::rdof >()) ),
131 : : m_uNodalExtrm(),
132 : : m_pNodalExtrm(),
133 : : m_uNodalExtrmc(),
134 : : m_pNodalExtrmc(),
135 [ + - ]: 671 : m_npoin( Disc()->Coord()[0].size() ),
136 : : m_diag(),
137 : : m_nstage( 3 ),
138 : : m_stage( 0 ),
139 : : m_ndof(),
140 : : m_interface(),
141 : : m_numEqDof(),
142 : : m_uc(),
143 : : m_pc(),
144 : : m_ndofc(),
145 : : m_interfacec(),
146 : : m_initial( 1 ),
147 : : m_uElemfields( m_u.nunk(),
148 : 671 : g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ),
149 : : m_pElemfields( m_u.nunk(),
150 : 671 : m_p.nprop() / g_inputdeck.get< tag::rdof >() ),
151 : : m_uNodefields( m_npoin,
152 : 671 : g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ),
153 : : m_pNodefields( m_npoin,
154 : 671 : m_p.nprop() / g_inputdeck.get< tag::rdof >() ),
155 : : m_uNodefieldsc(),
156 : : m_pNodefieldsc(),
157 : : m_outmesh(),
158 : : m_boxelems(),
159 [ + - ][ + - ]: 9394 : m_shockmarker(m_u.nunk(), 1)
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
[ + - ][ + - ]
160 : : // *****************************************************************************
161 : : // Constructor
162 : : //! \param[in] disc Discretization proxy
163 : : //! \param[in] bface Boundary-faces mapped to side set ids
164 : : //! \param[in] triinpoel Boundary-face connectivity
165 : : // *****************************************************************************
166 : : {
167 [ + + ][ + + ]: 1304 : if (g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::chare >() ||
168 [ + + ]: 633 : g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::quiescence >())
169 [ + - ][ + - ]: 446 : stateProxy.ckLocalBranch()->insert( "DG", thisIndex, CkMyPe(), Disc()->It(),
[ + - ][ + - ]
[ + - ]
170 : : "DG" );
171 : :
172 : : // assign number of dofs for each equation in all pde systems
173 [ + - ][ + - ]: 671 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].numEquationDofs(m_numEqDof);
174 : :
175 : : // Allocate storage for the vector of nodal extrema
176 [ + - ][ + - ]: 671 : m_uNodalExtrm.resize( Disc()->Bid().size(),
177 : 1342 : std::vector<tk::real>( 2 * m_ndof_NodalExtrm *
178 [ + - ]: 671 : g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ) );
179 [ + - ][ + - ]: 671 : m_pNodalExtrm.resize( Disc()->Bid().size(),
180 : 1342 : std::vector<tk::real>( 2 * m_ndof_NodalExtrm *
181 [ + - ]: 671 : m_p.nprop() / g_inputdeck.get< tag::rdof >() ) );
182 : :
183 : : // Initialization for the buffer vector of nodal extrema
184 [ + - ]: 671 : resizeNodalExtremac();
185 : :
186 : 671 : usesAtSync = true; // enable migration at AtSync
187 : :
188 : 671 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
189 : :
190 : : // Enable SDAG wait for initially building the solution vector and limiting
191 [ + - ]: 671 : if (m_initial) {
192 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4sol();
193 [ + + ][ + - ]: 671 : if (pref) thisProxy[ thisIndex ].wait4refine();
[ + - ]
194 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4smooth();
195 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4lim();
196 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4nod();
197 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4reco();
198 [ + - ][ + - ]: 671 : thisProxy[ thisIndex ].wait4nodalExtrema();
199 : : }
200 : :
201 [ + - ][ + - ]: 1342 : m_ghosts[thisIndex].insert(m_disc, bface, triinpoel, m_u.nunk(),
202 [ + - ][ + - ]: 1342 : CkCallback(CkIndex_DG::resizeSolVectors(), thisProxy[thisIndex]));
[ + - ]
203 : :
204 : : // global-sync to call doneInserting on m_ghosts
205 [ + - ]: 671 : auto meshid = Disc()->MeshId();
206 [ + - ]: 671 : contribute( sizeof(std::size_t), &meshid, CkReduction::nop,
207 [ + - ][ + - ]: 1342 : CkCallback(CkReductionTarget(Transporter,doneInsertingGhosts),
208 [ + - ]: 671 : Disc()->Tr()) );
209 : 671 : }
210 : :
211 : : void
212 : 529 : DG::registerReducers()
213 : : // *****************************************************************************
214 : : // Configure Charm++ reduction types
215 : : //! \details Since this is a [initnode] routine, the runtime system executes the
216 : : //! routine exactly once on every logical node early on in the Charm++ init
217 : : //! sequence. Must be static as it is called without an object. See also:
218 : : //! Section "Initializations at Program Startup" at in the Charm++ manual
219 : : //! http://charm.cs.illinois.edu/manuals/html/charm++/manual.html.
220 : : // *****************************************************************************
221 : : {
222 : 529 : ElemDiagnostics::registerReducers();
223 : 529 : }
224 : :
225 : : void
226 : 12084 : DG::ResumeFromSync()
227 : : // *****************************************************************************
228 : : // Return from migration
229 : : //! \details This is called when load balancing (LB) completes. The presence of
230 : : //! this function does not affect whether or not we block on LB.
231 : : // *****************************************************************************
232 : : {
233 [ - + ][ - - ]: 12084 : if (Disc()->It() == 0) Throw( "it = 0 in ResumeFromSync()" );
[ - - ][ - - ]
234 : :
235 [ + - ]: 12084 : if (!g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::nonblocking >()) next();
236 : 12084 : }
237 : :
238 : : void
239 : 671 : DG::resizeSolVectors()
240 : : // *****************************************************************************
241 : : // Resize solution vectors after extension due to Ghosts and continue with setup
242 : : // *****************************************************************************
243 : : {
244 : : // Resize solution vectors, lhs and rhs by the number of ghost tets
245 [ + - ][ + - ]: 671 : m_u.resize( myGhosts()->m_nunk );
246 [ + - ][ + - ]: 671 : m_un.resize( myGhosts()->m_nunk );
247 [ + - ][ + - ]: 671 : m_p.resize( myGhosts()->m_nunk );
248 [ + - ][ + - ]: 671 : m_lhs.resize( myGhosts()->m_nunk );
249 [ + - ][ + - ]: 671 : m_rhs.resize( myGhosts()->m_nunk );
250 [ + - ][ + - ]: 671 : m_rhsprev.resize( myGhosts()->m_nunk );
251 [ + - ][ + - ]: 671 : m_stiffrhs.resize( myGhosts()->m_nunk );
252 [ + - ][ + - ]: 671 : m_stiffrhsprev.resize( myGhosts()->m_nunk );
253 : :
254 : : // Size communication buffer for solution and number of degrees of freedom
255 [ + + ][ + - ]: 2684 : for (auto& n : m_ndofc) n.resize( myGhosts()->m_bid.size() );
[ + - ]
256 [ + + ][ + - ]: 2684 : for (auto& u : m_uc) u.resize( myGhosts()->m_bid.size() );
[ + - ]
257 [ + + ][ + - ]: 2684 : for (auto& p : m_pc) p.resize( myGhosts()->m_bid.size() );
[ + - ]
258 [ + + ][ + - ]: 1342 : for (auto& i : m_interfacec) i.resize( myGhosts()->m_bid.size() );
[ + - ]
259 : :
260 : : // Initialize number of degrees of freedom in mesh elements
261 : 671 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
262 [ + + ]: 671 : if( pref )
263 : : {
264 : 134 : const auto ndofmax = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::ndofmax >();
265 [ + - ][ + - ]: 134 : m_ndof.resize( myGhosts()->m_nunk, ndofmax );
266 : : }
267 : : else
268 : : {
269 : 537 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
270 [ + - ][ + - ]: 537 : m_ndof.resize( myGhosts()->m_nunk, ndof );
271 : : }
272 [ + - ][ + - ]: 671 : m_interface.resize( myGhosts()->m_nunk, 0 );
273 : :
274 : : // Ensure that we also have all the geometry and connectivity data
275 : : // (including those of ghosts)
276 [ + - ][ - + ]: 671 : Assert( myGhosts()->m_geoElem.nunk() == m_u.nunk(),
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
277 : : "GeoElem unknowns size mismatch" );
278 : :
279 : : // Signal the runtime system that all workers have received their adjacency
280 [ + - ][ + - ]: 671 : std::vector< std::size_t > meshdata{ myGhosts()->m_initial, Disc()->MeshId() };
[ + - ]
281 [ + - ]: 671 : contribute( meshdata, CkReduction::sum_ulong,
282 [ + - ][ + - ]: 1342 : CkCallback(CkReductionTarget(Transporter,comfinal), Disc()->Tr()) );
[ + - ]
283 : 671 : }
284 : :
285 : : void
286 : 671 : DG::setup()
287 : : // *****************************************************************************
288 : : // Set initial conditions, generate lhs, output mesh
289 : : // *****************************************************************************
290 : : {
291 [ + + ][ + + ]: 1304 : if (g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::chare >() ||
292 [ + + ]: 633 : g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::quiescence >())
293 [ + - ][ + - ]: 446 : stateProxy.ckLocalBranch()->insert( "DG", thisIndex, CkMyPe(), Disc()->It(),
[ + - ][ + - ]
294 : : "setup" );
295 : :
296 : 671 : auto d = Disc();
297 : :
298 : : // Basic error checking on sizes of element geometry data and connectivity
299 [ - + ][ - - ]: 671 : Assert( myGhosts()->m_geoElem.nunk() == m_lhs.nunk(),
[ - - ][ - - ]
300 : : "Size mismatch in DG::setup()" );
301 : :
302 : : // Compute left-hand side of discrete PDEs
303 : 671 : lhs();
304 : :
305 : : // Determine elements inside user-defined IC box
306 : 1342 : g_dgpde[d->MeshId()].IcBoxElems( myGhosts()->m_geoElem,
307 : 671 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, m_boxelems );
308 : :
309 : : // Compute volume of user-defined box IC
310 [ + - ]: 671 : d->boxvol( {}, {}, 0 ); // punt for now
311 : :
312 : : // Query time history field output labels from all PDEs integrated
313 : 671 : const auto& hist_points = g_inputdeck.get< tag::history_output, tag::point >();
314 [ - + ]: 671 : if (!hist_points.empty()) {
315 : 0 : std::vector< std::string > histnames;
316 [ - - ]: 0 : auto n = g_dgpde[d->MeshId()].histNames();
317 [ - - ]: 0 : histnames.insert( end(histnames), begin(n), end(n) );
318 [ - - ]: 0 : d->histheader( std::move(histnames) );
319 : : }
320 : :
321 : : // If working with IMEX-RK, Store stiff equations into m_stiffEqIdx
322 [ - + ]: 671 : if (g_inputdeck.get< tag::imex_runge_kutta >())
323 : : {
324 : 0 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].setStiffEqIdx(m_stiffEqIdx);
325 : 0 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].setNonStiffEqIdx(m_nonStiffEqIdx);
326 : : }
327 : 671 : }
328 : :
329 : : void
330 : 671 : DG::box( tk::real v, const std::vector< tk::real >& )
331 : : // *****************************************************************************
332 : : // Receive total box IC volume and set conditions in box
333 : : //! \param[in] v Total volume within user-specified box
334 : : // *****************************************************************************
335 : : {
336 : 671 : auto d = Disc();
337 : :
338 : : // Store user-defined box IC volume
339 : 671 : d->Boxvol() = v;
340 : :
341 : : // Set initial conditions for all PDEs
342 : 2013 : g_dgpde[d->MeshId()].initialize( m_lhs, myGhosts()->m_inpoel,
343 : 671 : myGhosts()->m_coord, m_boxelems, d->ElemBlockId(), m_u, d->T(),
344 : 671 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4 );
345 : 1342 : g_dgpde[d->MeshId()].updatePrimitives( m_u, m_lhs, myGhosts()->m_geoElem, m_p,
346 : 671 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, m_ndof );
347 : :
348 : 671 : m_un = m_u;
349 : :
350 : : // Output initial conditions to file (regardless of whether it was requested)
351 [ + - ][ + - ]: 671 : startFieldOutput( CkCallback(CkIndex_DG::start(), thisProxy[thisIndex]) );
[ + - ]
352 : 671 : }
353 : :
354 : : void
355 : 671 : DG::start()
356 : : // *****************************************************************************
357 : : // Start time stepping
358 : : // *****************************************************************************
359 : : {
360 : : // Free memory storing output mesh
361 : 671 : m_outmesh.destroy();
362 : :
363 : : // Start timer measuring time stepping wall clock time
364 : 671 : Disc()->Timer().zero();
365 : : // Zero grind-timer
366 : 671 : Disc()->grindZero();
367 : : // Start time stepping by computing the size of the next time step)
368 : 671 : next();
369 : 671 : }
370 : :
371 : : void
372 : 13426 : DG::startFieldOutput( CkCallback c )
373 : : // *****************************************************************************
374 : : // Start preparing fields for output to file
375 : : //! \param[in] c Function to continue with after the write
376 : : // *****************************************************************************
377 : : {
378 : : // No field output in benchmark mode or if field output frequency not hit
379 [ + + ][ + + ]: 13426 : if (g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::benchmark >() || !fieldOutput()) {
[ + + ]
380 : :
381 : 12101 : c.send();
382 : :
383 : : } else {
384 : :
385 : : // Optionally refine mesh for field output
386 : 1325 : auto d = Disc();
387 : :
388 [ + + ]: 1325 : if (refinedOutput()) {
389 : :
390 [ + - ][ + - ]: 33 : const auto& tr = tk::remap( myGhosts()->m_fd.Triinpoel(), d->Gid() );
391 [ + - ][ + - ]: 33 : d->Ref()->outref( myGhosts()->m_fd.Bface(), {}, tr, c );
[ + - ]
392 : :
393 : : } else {
394 : :
395 : : // cut off ghosts from mesh connectivity and coordinates
396 [ + - ][ + - ]: 1292 : const auto& tr = tk::remap( myGhosts()->m_fd.Triinpoel(), d->Gid() );
397 [ + - ]: 2584 : extractFieldOutput( {}, d->Chunk(), d->Coord(), {}, {},
398 [ + - ]: 1292 : d->NodeCommMap(), myGhosts()->m_fd.Bface(), {}, tr, c );
399 : :
400 : : }
401 : :
402 : : }
403 : 13426 : }
404 : :
405 : : void
406 : 38265 : DG::next()
407 : : // *****************************************************************************
408 : : // Advance equations to next time step
409 : : // *****************************************************************************
410 : : {
411 : 38265 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
412 : :
413 : 38265 : auto d = Disc();
414 : :
415 [ + + ][ + + ]: 38265 : if (pref && m_stage == 0 && d->T() > 0)
[ + + ][ + + ]
416 : 3272 : g_dgpde[d->MeshId()].eval_ndof( myGhosts()->m_nunk, myGhosts()->m_coord,
417 : 1636 : myGhosts()->m_inpoel,
418 : 1636 : myGhosts()->m_fd, m_u, m_p,
419 : 1636 : g_inputdeck.get< tag::pref, tag::indicator >(),
420 : 1636 : g_inputdeck.get< tag::ndof >(),
421 : 1636 : g_inputdeck.get< tag::pref, tag::ndofmax >(),
422 : 1636 : g_inputdeck.get< tag::pref, tag::tolref >(),
423 : 1636 : m_ndof );
424 : :
425 : : // communicate solution ghost data (if any)
426 [ + + ]: 38265 : if (myGhosts()->m_sendGhost.empty())
427 : 3390 : comsol_complete();
428 : : else
429 [ + - ][ + + ]: 419925 : for(const auto& [cid, ghostdata] : myGhosts()->m_sendGhost) {
430 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::size_t > tetid( ghostdata.size() );
431 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::vector< tk::real > > u( ghostdata.size() ),
432 [ + - ]: 770100 : prim( ghostdata.size() );
433 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::size_t > interface( ghostdata.size() );
434 [ + - ]: 385050 : std::vector< std::size_t > ndof( ghostdata.size() );
435 : 385050 : std::size_t j = 0;
436 [ + + ]: 6854730 : for(const auto& i : ghostdata) {
437 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( i < myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
438 : : "Sending solution ghost data" );
439 : 6469680 : tetid[j] = i;
440 [ + - ]: 6469680 : u[j] = m_u[i];
441 [ + - ]: 6469680 : prim[j] = m_p[i];
442 [ + + ][ + + ]: 6469680 : if (pref && m_stage == 0) {
443 : 395110 : ndof[j] = m_ndof[i];
444 : 395110 : interface[j] = m_interface[i];
445 : : }
446 : 6469680 : ++j;
447 : : }
448 [ + - ][ + - ]: 385050 : thisProxy[ cid ].comsol( thisIndex, m_stage, tetid, u, prim, interface, ndof );
449 : : }
450 : :
451 : 38265 : ownsol_complete();
452 : 38265 : }
453 : :
454 : : void
455 : 385050 : DG::comsol( int fromch,
456 : : std::size_t fromstage,
457 : : const std::vector< std::size_t >& tetid,
458 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& u,
459 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& prim,
460 : : const std::vector< std::size_t >& interface,
461 : : const std::vector< std::size_t >& ndof )
462 : : // *****************************************************************************
463 : : // Receive chare-boundary solution ghost data from neighboring chares
464 : : //! \param[in] fromch Sender chare id
465 : : //! \param[in] fromstage Sender chare time step stage
466 : : //! \param[in] tetid Ghost tet ids we receive solution data for
467 : : //! \param[in] u Solution ghost data
468 : : //! \param[in] prim Primitive variables in ghost cells
469 : : //! \param[in] interface Interface marker in ghost cells
470 : : //! \param[in] ndof Number of degrees of freedom for chare-boundary elements
471 : : //! \details This function receives contributions to the unlimited solution
472 : : //! from fellow chares.
473 : : // *****************************************************************************
474 : : {
475 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( u.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comsol()" );
[ - - ][ - - ]
476 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( prim.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comsol()" );
[ - - ][ - - ]
477 : :
478 : 385050 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
479 : :
480 [ + + ][ + + ]: 385050 : if (pref && fromstage == 0) {
481 [ - + ][ - - ]: 13280 : Assert( ndof.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comsol()" );
[ - - ][ - - ]
482 [ - + ][ - - ]: 13280 : Assert( interface.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comsol()" );
[ - - ][ - - ]
483 : : }
484 : :
485 : : // Find local-to-ghost tet id map for sender chare
486 : 385050 : const auto& n = tk::cref_find( myGhosts()->m_ghost, fromch );
487 : :
488 [ + + ]: 6854730 : for (std::size_t i=0; i<tetid.size(); ++i) {
489 [ + - ]: 6469680 : auto j = tk::cref_find( n, tetid[i] );
490 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( j >= myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
491 : : "Receiving solution non-ghost data" );
492 [ + - ][ + - ]: 6469680 : auto b = tk::cref_find( myGhosts()->m_bid, j );
493 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_uc[0].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
494 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_pc[0].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
495 [ + - ]: 6469680 : m_uc[0][b] = u[i];
496 [ + - ]: 6469680 : m_pc[0][b] = prim[i];
497 [ + + ][ + + ]: 6469680 : if (pref && fromstage == 0) {
498 [ - + ][ - - ]: 395110 : Assert( b < m_ndofc[0].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
499 : 395110 : m_ndofc[0][b] = ndof[i];
500 [ - + ][ - - ]: 395110 : Assert( b < m_interfacec[0].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
501 : 395110 : m_interfacec[0][b] = interface[i];
502 : : }
503 : : }
504 : :
505 : : // if we have received all solution ghost contributions from neighboring
506 : : // chares (chares we communicate along chare-boundary faces with), and
507 : : // contributed our solution to these neighbors, proceed to reconstructions
508 [ + + ]: 385050 : if (++m_nsol == myGhosts()->m_sendGhost.size()) {
509 : 34875 : m_nsol = 0;
510 : 34875 : comsol_complete();
511 : : }
512 : 385050 : }
513 : :
514 : : void
515 : 1325 : DG::extractFieldOutput(
516 : : const std::vector< std::size_t >& /*ginpoel*/,
517 : : const tk::UnsMesh::Chunk& chunk,
518 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
519 : : const std::unordered_map< std::size_t, tk::UnsMesh::Edge >& /*addedNodes*/,
520 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& addedTets,
521 : : const tk::NodeCommMap& nodeCommMap,
522 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
523 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& /* bnode */,
524 : : const std::vector< std::size_t >& triinpoel,
525 : : CkCallback c )
526 : : // *****************************************************************************
527 : : // Extract field output going to file
528 : : //! \param[in] chunk Field-output mesh chunk (connectivity and global<->local
529 : : //! id maps)
530 : : //! \param[in] coord Field-output mesh node coordinates
531 : : //! \param[in] addedTets Field-output mesh cells and their parents (local ids)
532 : : //! \param[in] nodeCommMap Field-output mesh node communication map
533 : : //! \param[in] bface Field-output meshndary-faces mapped to side set ids
534 : : //! \param[in] triinpoel Field-output mesh boundary-face connectivity
535 : : //! \param[in] c Function to continue with after the write
536 : : // *****************************************************************************
537 : : {
538 : 1325 : m_outmesh.chunk = chunk;
539 : 1325 : m_outmesh.coord = coord;
540 : 1325 : m_outmesh.triinpoel = triinpoel;
541 : 1325 : m_outmesh.bface = bface;
542 : 1325 : m_outmesh.nodeCommMap = nodeCommMap;
543 : :
544 : 1325 : const auto& inpoel = std::get< 0 >( chunk );
545 : :
546 : : // Evaluate element solution on incoming mesh
547 : 1325 : evalSolution( *Disc(), inpoel, coord, addedTets, m_ndof, m_u, m_p,
548 : 1325 : m_uElemfields, m_pElemfields, m_uNodefields, m_pNodefields );
549 : :
550 : : // Send node fields contributions to neighbor chares
551 [ + + ]: 1325 : if (nodeCommMap.empty())
552 : 161 : comnodeout_complete();
553 : : else {
554 : 1164 : const auto& lid = std::get< 2 >( chunk );
555 [ + - ]: 2328 : auto esup = tk::genEsup( inpoel, 4 );
556 [ + + ]: 11544 : for(const auto& [ch,nodes] : nodeCommMap) {
557 : : // Pack node field data in chare boundary nodes
558 : : std::vector< std::vector< tk::real > >
559 [ + - ][ + - ]: 31140 : lu( m_uNodefields.nprop(), std::vector< tk::real >( nodes.size() ) );
560 : : std::vector< std::vector< tk::real > >
561 [ + - ][ + - ]: 31140 : lp( m_pNodefields.nprop(), std::vector< tk::real >( nodes.size() ) );
562 [ + + ]: 69172 : for (std::size_t f=0; f<m_uNodefields.nprop(); ++f) {
563 : 58792 : std::size_t j = 0;
564 [ + + ]: 603358 : for (auto g : nodes)
565 [ + - ][ + - ]: 544566 : lu[f][j++] = m_uNodefields(tk::cref_find(lid,g),f);
566 : : }
567 [ + + ]: 21008 : for (std::size_t f=0; f<m_pNodefields.nprop(); ++f) {
568 : 10628 : std::size_t j = 0;
569 [ + + ]: 120108 : for (auto g : nodes)
570 [ + - ][ + - ]: 109480 : lp[f][j++] = m_pNodefields(tk::cref_find(lid,g),f);
571 : : }
572 : : // Pack (partial) number of elements surrounding chare boundary nodes
573 [ + - ]: 10380 : std::vector< std::size_t > nesup( nodes.size() );
574 : 10380 : std::size_t j = 0;
575 [ + + ]: 107480 : for (auto g : nodes) {
576 [ + - ]: 97100 : auto i = tk::cref_find( lid, g );
577 : 97100 : nesup[j++] = esup.second[i+1] - esup.second[i];
578 : : }
579 [ + - ][ + - ]: 31140 : thisProxy[ch].comnodeout(
580 [ + - ]: 20760 : std::vector<std::size_t>(begin(nodes),end(nodes)), nesup, lu, lp );
581 : : }
582 : : }
583 : :
584 [ + - ]: 1325 : ownnod_complete( c, addedTets );
585 : 1325 : }
586 : :
587 : : void
588 : 671 : DG::lhs()
589 : : // *****************************************************************************
590 : : // Compute left-hand side of discrete transport equations
591 : : // *****************************************************************************
592 : : {
593 : 671 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].lhs( myGhosts()->m_geoElem, m_lhs );
594 : :
595 [ - + ]: 671 : if (!m_initial) stage();
596 : 671 : }
597 : :
598 : 38265 : void DG::p_refine()
599 : : // *****************************************************************************
600 : : // Add the protective layer for ndof refinement
601 : : // *****************************************************************************
602 : : {
603 : 38265 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
604 : :
605 : : // Combine own and communicated contributions of unreconstructed solution and
606 : : // degrees of freedom in cells (if p-adaptive)
607 [ + - ][ + + ]: 6507945 : for (const auto& b : myGhosts()->m_bid) {
608 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_uc[0][b.second].size() == m_u.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
609 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_pc[0][b.second].size() == m_p.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
610 [ + + ]: 173340045 : for (std::size_t c=0; c<m_u.nprop(); ++c) {
611 [ + - ]: 166870365 : m_u(b.first,c) = m_uc[0][b.second][c];
612 : : }
613 [ + + ]: 34324605 : for (std::size_t c=0; c<m_p.nprop(); ++c) {
614 [ + - ]: 27854925 : m_p(b.first,c) = m_pc[0][b.second][c];
615 : : }
616 [ + + ][ + + ]: 6469680 : if (pref && m_stage == 0) {
617 : 395110 : m_ndof[ b.first ] = m_ndofc[0][ b.second ];
618 : 395110 : m_interface[ b.first ] = m_interfacec[0][ b.second ];
619 : : }
620 : : }
621 : :
622 [ + + ][ + + ]: 38265 : if (pref && m_stage==0) refine_ndof();
623 : :
624 [ + + ]: 38265 : if (!pref) {
625 : : // if p-refinement is not configured, proceed directly to reconstructions
626 : 32955 : reco();
627 : : }
628 : : else {
629 : : // if p-refinement is configured, do refine-smoothing before reconstruction
630 [ + + ]: 5310 : if (myGhosts()->m_sendGhost.empty())
631 : 150 : comrefine_complete();
632 : : else
633 [ + - ][ + + ]: 45000 : for(const auto& [cid, ghostdata] : myGhosts()->m_sendGhost) {
634 [ + - ]: 79680 : std::vector< std::size_t > tetid( ghostdata.size() );
635 [ + - ]: 79680 : std::vector< std::vector< tk::real > > u( ghostdata.size() ),
636 [ + - ]: 79680 : prim( ghostdata.size() );
637 [ + - ]: 39840 : std::vector< std::size_t > ndof( ghostdata.size() );
638 : 39840 : std::size_t j = 0;
639 [ + + ]: 1225170 : for(const auto& i : ghostdata) {
640 [ + - ][ - + ]: 1185330 : Assert( i < myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, "Sending refined ndof "
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
641 : : "data" );
642 : 1185330 : tetid[j] = i;
643 [ + - ][ + + ]: 1185330 : if (pref && m_stage == 0) ndof[j] = m_ndof[i];
644 : 1185330 : ++j;
645 : : }
646 [ + - ][ + - ]: 39840 : thisProxy[ cid ].comrefine( thisIndex, tetid, ndof );
647 : : }
648 : :
649 : 5310 : ownrefine_complete();
650 : : }
651 : 38265 : }
652 : :
653 : : void
654 : 39840 : DG::comrefine( int fromch,
655 : : const std::vector< std::size_t >& tetid,
656 : : const std::vector< std::size_t >& ndof )
657 : : // *****************************************************************************
658 : : // Receive chare-boundary ghost data from neighboring chares
659 : : //! \param[in] fromch Sender chare id
660 : : //! \param[in] tetid Ghost tet ids we receive solution data for
661 : : //! \param[in] ndof Number of degrees of freedom for chare-boundary elements
662 : : //! \details This function receives contributions to the refined ndof data
663 : : //! from fellow chares.
664 : : // *****************************************************************************
665 : : {
666 : 39840 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
667 : :
668 [ + - ][ + + ]: 39840 : if (pref && m_stage == 0)
669 [ - + ][ - - ]: 13280 : Assert( ndof.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comrefine()" );
[ - - ][ - - ]
670 : :
671 : : // Find local-to-ghost tet id map for sender chare
672 : 39840 : const auto& n = tk::cref_find( myGhosts()->m_ghost, fromch );
673 : :
674 [ + + ]: 1225170 : for (std::size_t i=0; i<tetid.size(); ++i) {
675 [ + - ]: 1185330 : auto j = tk::cref_find( n, tetid[i] );
676 [ + - ][ - + ]: 1185330 : Assert( j >= myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
677 : : "Receiving solution non-ghost data" );
678 [ + - ][ + - ]: 1185330 : auto b = tk::cref_find( myGhosts()->m_bid, j );
679 [ + - ][ + + ]: 1185330 : if (pref && m_stage == 0) {
680 [ - + ][ - - ]: 395110 : Assert( b < m_ndofc[1].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
681 : 395110 : m_ndofc[1][b] = ndof[i];
682 : : }
683 : : }
684 : :
685 : : // if we have received all solution ghost contributions from neighboring
686 : : // chares (chares we communicate along chare-boundary faces with), and
687 : : // contributed our solution to these neighbors, proceed to limiting
688 [ + + ]: 39840 : if (++m_nrefine == myGhosts()->m_sendGhost.size()) {
689 : 5160 : m_nrefine = 0;
690 : 5160 : comrefine_complete();
691 : : }
692 : 39840 : }
693 : :
694 : : void
695 : 5310 : DG::smooth()
696 : : // *****************************************************************************
697 : : // Smooth the refined ndof distribution
698 : : // *****************************************************************************
699 : : {
700 : 5310 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
701 : :
702 [ + - ][ + + ]: 1190640 : for (const auto& b : myGhosts()->m_bid) {
703 [ + - ][ + + ]: 1185330 : if (pref && m_stage == 0)
704 : 395110 : m_ndof[ b.first ] = m_ndofc[1][ b.second ];
705 : : }
706 : :
707 [ + - ][ + + ]: 5310 : if (pref && m_stage==0) smooth_ndof();
708 : :
709 [ + + ]: 5310 : if (myGhosts()->m_sendGhost.empty())
710 : 150 : comsmooth_complete();
711 : : else
712 [ + - ][ + + ]: 45000 : for(const auto& [cid, ghostdata] : myGhosts()->m_sendGhost) {
713 [ + - ]: 79680 : std::vector< std::size_t > tetid( ghostdata.size() );
714 : 39840 : std::vector< std::size_t > ndof;
715 : 39840 : std::size_t j = 0;
716 [ + + ]: 1225170 : for(const auto& i : ghostdata) {
717 [ + - ][ - + ]: 1185330 : Assert( i < myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, "Sending ndof data" );
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
718 : 1185330 : tetid[j] = i;
719 [ + - ][ + + ]: 1185330 : if (pref && m_stage == 0) ndof.push_back( m_ndof[i] );
[ + - ]
720 : 1185330 : ++j;
721 : : }
722 [ + - ][ + - ]: 39840 : thisProxy[ cid ].comsmooth( thisIndex, tetid, ndof );
723 : : }
724 : :
725 : 5310 : ownsmooth_complete();
726 : 5310 : }
727 : :
728 : : void
729 : 39840 : DG::comsmooth( int fromch,
730 : : const std::vector< std::size_t >& tetid,
731 : : const std::vector< std::size_t >& ndof )
732 : : // *****************************************************************************
733 : : // Receive chare-boundary ghost data from neighboring chares
734 : : //! \param[in] fromch Sender chare id
735 : : //! \param[in] tetid Ghost tet ids we receive solution data for
736 : : //! \param[in] ndof Number of degrees of freedom for chare-boundary elements
737 : : //! \details This function receives contributions to the smoothed ndof data
738 : : //! from fellow chares.
739 : : // *****************************************************************************
740 : : {
741 : 39840 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
742 : :
743 [ + - ][ + + ]: 39840 : if (pref && m_stage == 0)
744 [ - + ][ - - ]: 13280 : Assert( ndof.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comsmooth()" );
[ - - ][ - - ]
745 : :
746 : 39840 : const auto& n = tk::cref_find( myGhosts()->m_ghost, fromch );
747 : :
748 [ + + ]: 1225170 : for (std::size_t i=0; i<tetid.size(); ++i) {
749 [ + - ]: 1185330 : auto j = tk::cref_find( n, tetid[i] );
750 [ + - ][ - + ]: 1185330 : Assert( j >= myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, "Receiving ndof data" );
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
751 [ + - ][ + - ]: 1185330 : auto b = tk::cref_find( myGhosts()->m_bid, j );
752 [ + - ][ + + ]: 1185330 : if (pref && m_stage == 0) {
753 [ - + ][ - - ]: 395110 : Assert( b < m_ndofc[2].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
754 : 395110 : m_ndofc[2][b] = ndof[i];
755 : : }
756 : : }
757 : :
758 [ + + ]: 39840 : if (++m_nsmooth == myGhosts()->m_sendGhost.size()) {
759 : 5160 : m_nsmooth = 0;
760 : 5160 : comsmooth_complete();
761 : : }
762 : 39840 : }
763 : :
764 : : void
765 : 38265 : DG::reco()
766 : : // *****************************************************************************
767 : : // Compute reconstructions
768 : : // *****************************************************************************
769 : : {
770 : 38265 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
771 : 38265 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
772 : :
773 : : // Combine own and communicated contributions of unreconstructed solution and
774 : : // degrees of freedom in cells (if p-adaptive)
775 [ + + ]: 38265 : if (pref) {
776 [ + - ][ + + ]: 1190640 : for (const auto& b : myGhosts()->m_bid) {
777 [ + + ]: 1185330 : if (m_stage == 0) {
778 : 395110 : m_ndof[ b.first ] = m_ndofc[2][ b.second ];
779 : : }
780 : : }
781 : : }
782 : :
783 : 38265 : auto d = Disc();
784 [ + + ][ + + ]: 38265 : if (pref && m_stage==0) {
785 : 1770 : g_dgpde[d->MeshId()].resetAdapSol( myGhosts()->m_fd, m_u, m_p, m_ndof );
786 : : }
787 : :
788 [ + + ]: 38265 : if (rdof > 1)
789 : : // Reconstruct second-order solution and primitive quantities
790 : 49680 : g_dgpde[d->MeshId()].reconstruct( d->T(), myGhosts()->m_geoFace,
791 : 24840 : myGhosts()->m_geoElem,
792 : 24840 : myGhosts()->m_fd, myGhosts()->m_esup, myGhosts()->m_inpoel,
793 : 24840 : myGhosts()->m_coord, m_u, m_p, pref, m_ndof );
794 : :
795 : : // Send reconstructed solution to neighboring chares
796 [ + + ]: 38265 : if (myGhosts()->m_sendGhost.empty())
797 : 3390 : comreco_complete();
798 : : else
799 [ + - ][ + + ]: 419925 : for(const auto& [cid, ghostdata] : myGhosts()->m_sendGhost) {
800 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::size_t > tetid( ghostdata.size() );
801 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::vector< tk::real > > u( ghostdata.size() ),
802 [ + - ]: 385050 : prim( ghostdata.size() );
803 : 385050 : std::size_t j = 0;
804 [ + + ]: 6854730 : for(const auto& i : ghostdata) {
805 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( i < myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, "Sending reconstructed ghost "
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
806 : : "data" );
807 : 6469680 : tetid[j] = i;
808 [ + - ]: 6469680 : u[j] = m_u[i];
809 [ + - ]: 6469680 : prim[j] = m_p[i];
810 : 6469680 : ++j;
811 : : }
812 [ + - ][ + - ]: 385050 : thisProxy[ cid ].comreco( thisIndex, tetid, u, prim );
813 : : }
814 : :
815 : 38265 : ownreco_complete();
816 : 38265 : }
817 : :
818 : : void
819 : 385050 : DG::comreco( int fromch,
820 : : const std::vector< std::size_t >& tetid,
821 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& u,
822 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& prim )
823 : : // *****************************************************************************
824 : : // Receive chare-boundary reconstructed ghost data from neighboring chares
825 : : //! \param[in] fromch Sender chare id
826 : : //! \param[in] tetid Ghost tet ids we receive solution data for
827 : : //! \param[in] u Reconstructed high-order solution
828 : : //! \param[in] prim Limited high-order primitive quantities
829 : : //! \details This function receives contributions to the reconstructed solution
830 : : //! from fellow chares.
831 : : // *****************************************************************************
832 : : {
833 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( u.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comreco()" );
[ - - ][ - - ]
834 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( prim.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comreco()" );
[ - - ][ - - ]
835 : :
836 : : // Find local-to-ghost tet id map for sender chare
837 : 385050 : const auto& n = tk::cref_find( myGhosts()->m_ghost, fromch );
838 : :
839 [ + + ]: 6854730 : for (std::size_t i=0; i<tetid.size(); ++i) {
840 [ + - ]: 6469680 : auto j = tk::cref_find( n, tetid[i] );
841 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( j >= myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
842 : : "Receiving solution non-ghost data" );
843 [ + - ][ + - ]: 6469680 : auto b = tk::cref_find( myGhosts()->m_bid, j );
844 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_uc[1].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
845 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_pc[1].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
846 [ + - ]: 6469680 : m_uc[1][b] = u[i];
847 [ + - ]: 6469680 : m_pc[1][b] = prim[i];
848 : : }
849 : :
850 : : // if we have received all solution ghost contributions from neighboring
851 : : // chares (chares we communicate along chare-boundary faces with), and
852 : : // contributed our solution to these neighbors, proceed to limiting
853 [ + + ]: 385050 : if (++m_nreco == myGhosts()->m_sendGhost.size()) {
854 : 34875 : m_nreco = 0;
855 : 34875 : comreco_complete();
856 : : }
857 : 385050 : }
858 : :
859 : : void
860 : 38265 : DG::nodalExtrema()
861 : : // *****************************************************************************
862 : : // Compute nodal extrema at chare-boundary nodes. Extrema at internal nodes
863 : : // are calculated in limiter function.
864 : : // *****************************************************************************
865 : : {
866 [ + - ]: 38265 : auto d = Disc();
867 [ + - ]: 76530 : auto gid = d->Gid();
868 [ + - ]: 76530 : auto bid = d->Bid();
869 : 38265 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
870 : 38265 : const auto ncomp = m_u.nprop() / rdof;
871 : 38265 : const auto nprim = m_p.nprop() / rdof;
872 : :
873 : : // Combine own and communicated contributions of unlimited solution, and
874 : : // if a p-adaptive algorithm is used, degrees of freedom in cells
875 [ + - ][ + + ]: 6507945 : for (const auto& [boundary, localtet] : myGhosts()->m_bid) {
876 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_uc[1][localtet].size() == m_u.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
877 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_pc[1][localtet].size() == m_p.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
878 [ + + ]: 173340045 : for (std::size_t c=0; c<m_u.nprop(); ++c) {
879 [ + - ]: 166870365 : m_u(boundary,c) = m_uc[1][localtet][c];
880 : : }
881 [ + + ]: 34324605 : for (std::size_t c=0; c<m_p.nprop(); ++c) {
882 [ + - ]: 27854925 : m_p(boundary,c) = m_pc[1][localtet][c];
883 : : }
884 : : }
885 : :
886 : : // Initialize nodal extrema vector
887 : 38265 : auto large = std::numeric_limits< tk::real >::max();
888 [ + + ]: 1317765 : for(std::size_t i = 0; i<bid.size(); i++)
889 : : {
890 [ + + ]: 9304560 : for (std::size_t c=0; c<ncomp; ++c)
891 : : {
892 [ + + ]: 32100240 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
893 : : {
894 : 24075180 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
895 : 24075180 : auto min_mark = max_mark + 1;
896 : 24075180 : m_uNodalExtrm[i][max_mark] = -large;
897 : 24075180 : m_uNodalExtrm[i][min_mark] = large;
898 : : }
899 : : }
900 [ + + ]: 3460350 : for (std::size_t c=0; c<nprim; ++c)
901 : : {
902 [ + + ]: 8723400 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
903 : : {
904 : 6542550 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
905 : 6542550 : auto min_mark = max_mark + 1;
906 : 6542550 : m_pNodalExtrm[i][max_mark] = -large;
907 : 6542550 : m_pNodalExtrm[i][min_mark] = large;
908 : : }
909 : : }
910 : : }
911 : :
912 : : // Evaluate the max/min value for the chare-boundary nodes
913 [ + + ]: 38265 : if(rdof > 4) {
914 [ + - ]: 7110 : evalNodalExtrmRefEl(ncomp, nprim, m_ndof_NodalExtrm, d->bndel(),
915 [ + - ][ + - ]: 7110 : myGhosts()->m_inpoel, gid, bid, m_u, m_p, m_uNodalExtrm, m_pNodalExtrm);
916 : : }
917 : :
918 : : // Communicate extrema at nodes to other chares on chare-boundary
919 [ + + ]: 38265 : if (d->NodeCommMap().empty()) // in serial we are done
920 [ + - ]: 3390 : comnodalExtrema_complete();
921 : : else // send nodal extrema to chare-boundary nodes to fellow chares
922 : : {
923 [ + + ]: 419925 : for (const auto& [c,n] : d->NodeCommMap()) {
924 [ + - ][ + - ]: 1155150 : std::vector< std::vector< tk::real > > g1( n.size() ), g2( n.size() );
925 : 385050 : std::size_t j = 0;
926 [ + + ]: 3269040 : for (auto i : n)
927 : : {
928 [ + - ]: 2883990 : auto p = tk::cref_find(d->Bid(),i);
929 [ + - ]: 2883990 : g1[ j ] = m_uNodalExtrm[ p ];
930 [ + - ]: 2883990 : g2[ j++ ] = m_pNodalExtrm[ p ];
931 : : }
932 [ + - ][ + - ]: 385050 : thisProxy[c].comnodalExtrema( std::vector<std::size_t>(begin(n),end(n)),
[ + - ]
933 : : g1, g2 );
934 : : }
935 : : }
936 [ + - ]: 38265 : ownnodalExtrema_complete();
937 : 38265 : }
938 : :
939 : : void
940 : 385050 : DG::comnodalExtrema( const std::vector< std::size_t >& gid,
941 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& G1,
942 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& G2 )
943 : : // *****************************************************************************
944 : : // Receive contributions to nodal extrema on chare-boundaries
945 : : //! \param[in] gid Global mesh node IDs at which we receive grad contributions
946 : : //! \param[in] G1 Partial contributions of extrema for conservative variables to
947 : : //! chare-boundary nodes
948 : : //! \param[in] G2 Partial contributions of extrema for primitive variables to
949 : : //! chare-boundary nodes
950 : : //! \details This function receives contributions to m_uNodalExtrm/m_pNodalExtrm
951 : : //! , which stores nodal extrems at mesh chare-boundary nodes. While
952 : : //! m_uNodalExtrm/m_pNodalExtrm stores own contributions, m_uNodalExtrmc
953 : : //! /m_pNodalExtrmc collects the neighbor chare contributions during
954 : : //! communication.
955 : : // *****************************************************************************
956 : : {
957 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( G1.size() == gid.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
958 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( G2.size() == gid.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
959 : :
960 : 385050 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
961 : 385050 : const auto ncomp = m_u.nprop() / rdof;
962 : 385050 : const auto nprim = m_p.nprop() / rdof;
963 : :
964 [ + + ]: 3269040 : for (std::size_t i=0; i<gid.size(); ++i)
965 : : {
966 : 2883990 : auto& u = m_uNodalExtrmc[gid[i]];
967 : 2883990 : auto& p = m_pNodalExtrmc[gid[i]];
968 [ + + ]: 20524560 : for (std::size_t c=0; c<ncomp; ++c)
969 : : {
970 [ + + ]: 70562280 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
971 : : {
972 : 52921710 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
973 : 52921710 : auto min_mark = max_mark + 1;
974 : 52921710 : u[max_mark] = std::max( G1[i][max_mark], u[max_mark] );
975 : 52921710 : u[min_mark] = std::min( G1[i][min_mark], u[min_mark] );
976 : : }
977 : : }
978 [ + + ]: 7291440 : for (std::size_t c=0; c<nprim; ++c)
979 : : {
980 [ + + ]: 17629800 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
981 : : {
982 : 13222350 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
983 : 13222350 : auto min_mark = max_mark + 1;
984 : 13222350 : p[max_mark] = std::max( G2[i][max_mark], p[max_mark] );
985 : 13222350 : p[min_mark] = std::min( G2[i][min_mark], p[min_mark] );
986 : : }
987 : : }
988 : : }
989 : :
990 [ + + ]: 385050 : if (++m_nnodalExtrema == Disc()->NodeCommMap().size())
991 : : {
992 : 34875 : m_nnodalExtrema = 0;
993 : 34875 : comnodalExtrema_complete();
994 : : }
995 : 385050 : }
996 : :
997 : 38936 : void DG::resizeNodalExtremac()
998 : : // *****************************************************************************
999 : : // Resize the buffer vector of nodal extrema
1000 : : // *****************************************************************************
1001 : : {
1002 : 38936 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
1003 : 38936 : const auto ncomp = m_u.nprop() / rdof;
1004 : 38936 : const auto nprim = m_p.nprop() / rdof;
1005 : :
1006 : 38936 : auto large = std::numeric_limits< tk::real >::max();
1007 [ + - ][ + + ]: 431010 : for (const auto& [c,n] : Disc()->NodeCommMap())
1008 : : {
1009 [ + + ]: 3322548 : for (auto i : n) {
1010 [ + - ]: 2930474 : auto& u = m_uNodalExtrmc[i];
1011 [ + - ]: 2930474 : auto& p = m_pNodalExtrmc[i];
1012 [ + - ]: 2930474 : u.resize( 2*m_ndof_NodalExtrm*ncomp, large );
1013 [ + - ]: 2930474 : p.resize( 2*m_ndof_NodalExtrm*nprim, large );
1014 : :
1015 : : // Initialize the minimum nodal extrema
1016 [ + + ]: 11721896 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
1017 : : {
1018 [ + + ]: 62506722 : for(std::size_t k = 0; k < ncomp; k++)
1019 : 53715300 : u[2*k*m_ndof_NodalExtrm+2*idof] = -large;
1020 [ + + ]: 22160034 : for(std::size_t k = 0; k < nprim; k++)
1021 : 13368612 : p[2*k*m_ndof_NodalExtrm+2*idof] = -large;
1022 : : }
1023 : : }
1024 : : }
1025 : 38936 : }
1026 : :
1027 : 7110 : void DG::evalNodalExtrmRefEl(
1028 : : const std::size_t ncomp,
1029 : : const std::size_t nprim,
1030 : : const std::size_t ndof_NodalExtrm,
1031 : : const std::vector< std::size_t >& bndel,
1032 : : const std::vector< std::size_t >& inpoel,
1033 : : const std::vector< std::size_t >& gid,
1034 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& bid,
1035 : : const tk::Fields& U,
1036 : : const tk::Fields& P,
1037 : : std::vector< std::vector<tk::real> >& uNodalExtrm,
1038 : : std::vector< std::vector<tk::real> >& pNodalExtrm )
1039 : : // *****************************************************************************
1040 : : // Compute the nodal extrema of ref el derivatives for chare-boundary nodes
1041 : : //! \param[in] ncomp Number of conservative variables
1042 : : //! \param[in] nprim Number of primitive variables
1043 : : //! \param[in] ndof_NodalExtrm Degree of freedom for nodal extrema
1044 : : //! \param[in] bndel List of elements contributing to chare-boundary nodes
1045 : : //! \param[in] inpoel Element-node connectivity for element e
1046 : : //! \param[in] gid Local->global node id map
1047 : : //! \param[in] bid Local chare-boundary node ids (value) associated to
1048 : : //! global node ids (key)
1049 : : //! \param[in] U Vector of conservative variables
1050 : : //! \param[in] P Vector of primitive variables
1051 : : //! \param[in,out] uNodalExtrm Chare-boundary nodal extrema for conservative
1052 : : //! variables
1053 : : //! \param[in,out] pNodalExtrm Chare-boundary nodal extrema for primitive
1054 : : //! variables
1055 : : // *****************************************************************************
1056 : : {
1057 : 7110 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
1058 : :
1059 [ + + ]: 653190 : for (auto e : bndel)
1060 : : {
1061 : : // access node IDs
1062 : : const std::vector<std::size_t> N
1063 [ + - ]: 1292160 : { inpoel[e*4+0], inpoel[e*4+1], inpoel[e*4+2], inpoel[e*4+3] };
1064 : :
1065 : : // Loop over nodes of element e
1066 [ + + ]: 3230400 : for(std::size_t ip=0; ip<4; ++ip)
1067 : : {
1068 [ + - ]: 2584320 : auto i = bid.find( gid[N[ip]] );
1069 [ + + ]: 2584320 : if (i != end(bid)) // If ip is the chare boundary point
1070 : : {
1071 : : // If DG(P2) is applied, find the nodal extrema of the gradients of
1072 : : // conservative/primitive variables in the reference element
1073 : :
1074 : : // Vector used to store the first order derivatives for both
1075 : : // conservative and primitive variables
1076 [ + - ]: 3509460 : std::vector< std::array< tk::real, 3 > > gradc(ncomp, {0.0, 0.0, 0.0});
1077 [ + - ]: 3509460 : std::vector< std::array< tk::real, 3 > > gradp(ncomp, {0.0, 0.0, 0.0});
1078 : :
1079 : : // Derivatives of the Dubiner basis
1080 : 1754730 : std::array< tk::real, 3 > center {{0.25, 0.25, 0.25}};
1081 [ + - ]: 3509460 : auto dBdxi = tk::eval_dBdxi(rdof, center);
1082 : :
1083 : : // Evaluate the first order derivative
1084 [ + + ]: 10528380 : for(std::size_t icomp = 0; icomp < ncomp; icomp++)
1085 : : {
1086 : 8773650 : auto mark = icomp * rdof;
1087 [ + + ]: 35094600 : for(std::size_t idir = 0; idir < 3; idir++)
1088 : : {
1089 : 26320950 : gradc[icomp][idir] = 0;
1090 [ + + ]: 263209500 : for(std::size_t idof = 1; idof < rdof; idof++)
1091 [ + - ]: 236888550 : gradc[icomp][idir] += U(e, mark+idof) * dBdxi[idir][idof];
1092 : : }
1093 : : }
1094 [ - + ]: 1754730 : for(std::size_t icomp = 0; icomp < nprim; icomp++)
1095 : : {
1096 : 0 : auto mark = icomp * rdof;
1097 [ - - ]: 0 : for(std::size_t idir = 0; idir < 3; idir++)
1098 : : {
1099 : 0 : gradp[icomp][idir] = 0;
1100 [ - - ]: 0 : for(std::size_t idof = 1; idof < rdof; idof++)
1101 [ - - ]: 0 : gradp[icomp][idir] += P(e, mark+idof) * dBdxi[idir][idof];
1102 : : }
1103 : : }
1104 : :
1105 : : // Store the extrema for the gradients
1106 [ + + ]: 10528380 : for (std::size_t c=0; c<ncomp; ++c)
1107 : : {
1108 [ + + ]: 35094600 : for (std::size_t idof = 0; idof < ndof_NodalExtrm; idof++)
1109 : : {
1110 : 26320950 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
1111 : 26320950 : auto min_mark = max_mark + 1;
1112 : 26320950 : auto& ex = uNodalExtrm[i->second];
1113 : 26320950 : ex[max_mark] = std::max(ex[max_mark], gradc[c][idof]);
1114 : 26320950 : ex[min_mark] = std::min(ex[min_mark], gradc[c][idof]);
1115 : : }
1116 : : }
1117 [ - + ]: 1754730 : for (std::size_t c=0; c<nprim; ++c)
1118 : : {
1119 [ - - ]: 0 : for (std::size_t idof = 0; idof < ndof_NodalExtrm; idof++)
1120 : : {
1121 : 0 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
1122 : 0 : auto min_mark = max_mark + 1;
1123 : 0 : auto& ex = pNodalExtrm[i->second];
1124 : 0 : ex[max_mark] = std::max(ex[max_mark], gradp[c][idof]);
1125 : 0 : ex[min_mark] = std::min(ex[min_mark], gradp[c][idof]);
1126 : : }
1127 : : }
1128 : : }
1129 : : }
1130 : : }
1131 : 7110 : }
1132 : :
1133 : : void
1134 : 38265 : DG::lim()
1135 : : // *****************************************************************************
1136 : : // Compute limiter function
1137 : : // *****************************************************************************
1138 : : {
1139 : 38265 : auto d = Disc();
1140 : 38265 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
1141 : 38265 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
1142 : 38265 : const auto ncomp = m_u.nprop() / rdof;
1143 : 38265 : const auto nprim = m_p.nprop() / rdof;
1144 : :
1145 : : // Combine own and communicated contributions to nodal extrema
1146 [ + + ]: 1317765 : for (const auto& [gid,g] : m_uNodalExtrmc) {
1147 [ + - ]: 1279500 : auto bid = tk::cref_find( d->Bid(), gid );
1148 [ + + ]: 9304560 : for (ncomp_t c=0; c<ncomp; ++c)
1149 : : {
1150 [ + + ]: 32100240 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
1151 : : {
1152 : 24075180 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
1153 : 24075180 : auto min_mark = max_mark + 1;
1154 : 24075180 : m_uNodalExtrm[bid][max_mark] =
1155 : 24075180 : std::max(g[max_mark], m_uNodalExtrm[bid][max_mark]);
1156 : 24075180 : m_uNodalExtrm[bid][min_mark] =
1157 : 24075180 : std::min(g[min_mark], m_uNodalExtrm[bid][min_mark]);
1158 : : }
1159 : : }
1160 : : }
1161 [ + + ]: 1317765 : for (const auto& [gid,g] : m_pNodalExtrmc) {
1162 [ + - ]: 1279500 : auto bid = tk::cref_find( d->Bid(), gid );
1163 [ + + ]: 3460350 : for (ncomp_t c=0; c<nprim; ++c)
1164 : : {
1165 [ + + ]: 8723400 : for(std::size_t idof=0; idof<m_ndof_NodalExtrm; idof++)
1166 : : {
1167 : 6542550 : auto max_mark = 2*c*m_ndof_NodalExtrm + 2*idof;
1168 : 6542550 : auto min_mark = max_mark + 1;
1169 : 6542550 : m_pNodalExtrm[bid][max_mark] =
1170 : 6542550 : std::max(g[max_mark], m_pNodalExtrm[bid][max_mark]);
1171 : 6542550 : m_pNodalExtrm[bid][min_mark] =
1172 : 6542550 : std::min(g[min_mark], m_pNodalExtrm[bid][min_mark]);
1173 : : }
1174 : : }
1175 : : }
1176 : :
1177 : : // clear gradients receive buffer
1178 : 38265 : tk::destroy(m_uNodalExtrmc);
1179 : 38265 : tk::destroy(m_pNodalExtrmc);
1180 : :
1181 [ + + ]: 38265 : if (rdof > 1) {
1182 : 74520 : g_dgpde[d->MeshId()].limit( d->T(), pref, myGhosts()->m_geoFace,
1183 : 24840 : myGhosts()->m_geoElem, myGhosts()->m_fd, myGhosts()->m_esup,
1184 : 24840 : myGhosts()->m_inpoel, myGhosts()->m_coord, m_ndof, d->Gid(),
1185 : 24840 : d->Bid(), m_uNodalExtrm, m_pNodalExtrm, m_mtInv, m_u, m_p,
1186 : 24840 : m_shockmarker );
1187 : :
1188 [ + + ]: 24840 : if (g_inputdeck.get< tag::limsol_projection >())
1189 : 41580 : g_dgpde[d->MeshId()].CPL(m_p, myGhosts()->m_geoElem,
1190 : 20790 : myGhosts()->m_inpoel, myGhosts()->m_coord, m_u,
1191 : 20790 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4);
1192 : : }
1193 : :
1194 : : // Send limited solution to neighboring chares
1195 [ + + ]: 38265 : if (myGhosts()->m_sendGhost.empty())
1196 : 3390 : comlim_complete();
1197 : : else
1198 [ + - ][ + + ]: 419925 : for(const auto& [cid, ghostdata] : myGhosts()->m_sendGhost) {
1199 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::size_t > tetid( ghostdata.size() );
1200 [ + - ]: 770100 : std::vector< std::vector< tk::real > > u( ghostdata.size() ),
1201 [ + - ]: 770100 : prim( ghostdata.size() );
1202 : 385050 : std::vector< std::size_t > ndof;
1203 : 385050 : std::size_t j = 0;
1204 [ + + ]: 6854730 : for(const auto& i : ghostdata) {
1205 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( i < myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
1206 : : "Sending limiter ghost data" );
1207 : 6469680 : tetid[j] = i;
1208 [ + - ]: 6469680 : u[j] = m_u[i];
1209 [ + - ]: 6469680 : prim[j] = m_p[i];
1210 : 6469680 : ++j;
1211 : : }
1212 [ + - ][ + - ]: 385050 : thisProxy[ cid ].comlim( thisIndex, tetid, u, prim );
1213 : : }
1214 : :
1215 : 38265 : ownlim_complete();
1216 : 38265 : }
1217 : :
1218 : : void
1219 : 1770 : DG::refine_ndof()
1220 : : // *****************************************************************************
1221 : : // p-refine all elements that are adjacent to p-refined elements
1222 : : //! \details This function p-refines all the neighbors of an element that has
1223 : : //! been p-refined as a result of an error indicator.
1224 : : // *****************************************************************************
1225 : : {
1226 [ + - ]: 1770 : auto d = Disc();
1227 : 1770 : const auto& coord = d->Coord();
1228 : 1770 : const auto& inpoel = d->Inpoel();
1229 : 1770 : const auto npoin = coord[0].size();
1230 [ + - ]: 1770 : const auto nelem = myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4;
1231 [ + - ]: 3540 : std::vector<std::size_t> node_ndof(npoin, 1);
1232 : :
1233 : : // Mark the max ndof for each node and store in node_ndof
1234 [ + + ]: 188540 : for(std::size_t ip=0; ip<npoin; ip++)
1235 : : {
1236 [ + - ][ + - ]: 186770 : const auto& pesup = tk::cref_find(myGhosts()->m_esup, ip);
1237 [ + + ]: 2641810 : for(auto er : pesup)
1238 : 2455040 : node_ndof[ip] = std::max(m_ndof[er], node_ndof[ip]);
1239 : : }
1240 : :
1241 [ + + ]: 414490 : for(std::size_t e = 0; e < nelem; e++)
1242 : : {
1243 : : // Find if any node of this element has p1/p2 ndofs
1244 : 412720 : std::size_t counter_p2(0);
1245 : 412720 : std::size_t counter_p1(0);
1246 [ + + ]: 2063600 : for(std::size_t inode = 0; inode < 4; inode++)
1247 : : {
1248 : 1650880 : auto node = inpoel[4*e+inode];
1249 [ + + ]: 1650880 : if(node_ndof[node] == 10)
1250 : 320808 : counter_p2++;
1251 [ + + ]: 1330072 : else if (node_ndof[node] == 4)
1252 : 180140 : counter_p1++;
1253 : : }
1254 : :
1255 : : // If there is at least one node with p1/p2 ndofs, all of the elements
1256 : : // around this node are refined to p1/p2.
1257 [ + + ][ + + ]: 412720 : if(counter_p2 > 0 && m_ndof[e] < 10)
[ + + ]
1258 : : {
1259 [ + + ]: 16717 : if(m_ndof[e] == 4)
1260 : 15693 : m_ndof[e] = 10;
1261 [ + + ]: 16717 : if(m_ndof[e] == 1)
1262 : 1024 : m_ndof[e] = 4;
1263 : : }
1264 [ + + ][ + + ]: 396003 : else if(counter_p1 > 0 && m_ndof[e] < 4)
[ + + ]
1265 : 13452 : m_ndof[e] = 4;
1266 : : }
1267 : 1770 : }
1268 : :
1269 : 1770 : void DG::smooth_ndof()
1270 : : // *****************************************************************************
1271 : : // Smooth the refined ndof distribution to avoid zigzag refinement
1272 : : // *****************************************************************************
1273 : : {
1274 [ + - ]: 1770 : auto d = Disc();
1275 : 1770 : const auto& inpoel = d->Inpoel();
1276 : 1770 : const auto& coord = d->Coord();
1277 : 1770 : const auto npoin = coord[0].size();
1278 [ + - ]: 1770 : const auto nelem = myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4;
1279 [ + - ]: 3540 : std::vector<std::size_t> node_ndof(npoin, 1);
1280 : :
1281 : : // Mark the max ndof for each node and store in node_ndof
1282 [ + + ]: 188540 : for(std::size_t ip=0; ip<npoin; ip++)
1283 : : {
1284 [ + - ][ + - ]: 186770 : const auto& pesup = tk::cref_find(myGhosts()->m_esup, ip);
1285 [ + + ]: 2641810 : for(auto er : pesup)
1286 : 2455040 : node_ndof[ip] = std::max(m_ndof[er], node_ndof[ip]);
1287 : : }
1288 : :
1289 [ + + ]: 414490 : for(std::size_t e = 0; e < nelem; e++)
1290 : : {
1291 : : // Find if any node of this element has p1/p2 ndofs
1292 : 412720 : std::size_t counter_p2(0);
1293 : 412720 : std::size_t counter_p1(0);
1294 [ + + ]: 2063600 : for(std::size_t inode = 0; inode < 4; inode++)
1295 : : {
1296 : 1650880 : auto node = inpoel[4*e+inode];
1297 [ + + ]: 1650880 : if(node_ndof[node] == 10)
1298 : 382503 : counter_p2++;
1299 [ + + ]: 1268377 : else if (node_ndof[node] == 4)
1300 : 182564 : counter_p1++;
1301 : : }
1302 : :
1303 : : // If all the nodes in the element are p1/p2, this element is refined to
1304 : : // p1/p2.
1305 [ + + ][ + + ]: 412720 : if(counter_p2 == 4 && m_ndof[e] == 4)
[ + + ]
1306 : 1469 : m_ndof[e] = 10;
1307 [ + + ][ + + ]: 411251 : else if(counter_p1 == 4 && m_ndof[e] == 1)
[ + + ]
1308 : 1553 : m_ndof[e] = 4;
1309 : : }
1310 : 1770 : }
1311 : :
1312 : : void
1313 : 385050 : DG::comlim( int fromch,
1314 : : const std::vector< std::size_t >& tetid,
1315 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& u,
1316 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& prim )
1317 : : // *****************************************************************************
1318 : : // Receive chare-boundary limiter ghost data from neighboring chares
1319 : : //! \param[in] fromch Sender chare id
1320 : : //! \param[in] tetid Ghost tet ids we receive solution data for
1321 : : //! \param[in] u Limited high-order solution
1322 : : //! \param[in] prim Limited high-order primitive quantities
1323 : : //! \details This function receives contributions to the limited solution from
1324 : : //! fellow chares.
1325 : : // *****************************************************************************
1326 : : {
1327 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( u.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comlim()" );
[ - - ][ - - ]
1328 [ - + ][ - - ]: 385050 : Assert( prim.size() == tetid.size(), "Size mismatch in DG::comlim()" );
[ - - ][ - - ]
1329 : :
1330 : : // Find local-to-ghost tet id map for sender chare
1331 : 385050 : const auto& n = tk::cref_find( myGhosts()->m_ghost, fromch );
1332 : :
1333 [ + + ]: 6854730 : for (std::size_t i=0; i<tetid.size(); ++i) {
1334 [ + - ]: 6469680 : auto j = tk::cref_find( n, tetid[i] );
1335 [ + - ][ - + ]: 6469680 : Assert( j >= myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4,
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
1336 : : "Receiving solution non-ghost data" );
1337 [ + - ][ + - ]: 6469680 : auto b = tk::cref_find( myGhosts()->m_bid, j );
1338 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_uc[2].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
1339 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( b < m_pc[2].size(), "Indexing out of bounds" );
[ - - ][ - - ]
1340 [ + - ]: 6469680 : m_uc[2][b] = u[i];
1341 [ + - ]: 6469680 : m_pc[2][b] = prim[i];
1342 : : }
1343 : :
1344 : : // if we have received all solution ghost contributions from neighboring
1345 : : // chares (chares we communicate along chare-boundary faces with), and
1346 : : // contributed our solution to these neighbors, proceed to limiting
1347 [ + + ]: 385050 : if (++m_nlim == myGhosts()->m_sendGhost.size()) {
1348 : 34875 : m_nlim = 0;
1349 : 34875 : comlim_complete();
1350 : : }
1351 : 385050 : }
1352 : :
1353 : : void
1354 : 38265 : DG::dt()
1355 : : // *****************************************************************************
1356 : : // Compute time step size
1357 : : // *****************************************************************************
1358 : : {
1359 [ + - ]: 38265 : auto d = Disc();
1360 : :
1361 : : // Combine own and communicated contributions of limited solution and degrees
1362 : : // of freedom in cells (if p-adaptive)
1363 [ + - ][ + + ]: 6507945 : for (const auto& b : myGhosts()->m_bid) {
1364 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_uc[2][b.second].size() == m_u.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1365 [ - + ][ - - ]: 6469680 : Assert( m_pc[2][b.second].size() == m_p.nprop(), "ncomp size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1366 [ + + ]: 173340045 : for (std::size_t c=0; c<m_u.nprop(); ++c) {
1367 [ + - ]: 166870365 : m_u(b.first,c) = m_uc[2][b.second][c];
1368 : : }
1369 [ + + ]: 34324605 : for (std::size_t c=0; c<m_p.nprop(); ++c) {
1370 [ + - ]: 27854925 : m_p(b.first,c) = m_pc[2][b.second][c];
1371 : : }
1372 : : }
1373 : :
1374 : 38265 : auto mindt = std::numeric_limits< tk::real >::max();
1375 : :
1376 [ + + ]: 38265 : if (m_stage == 0)
1377 : : {
1378 : 12755 : auto const_dt = g_inputdeck.get< tag::dt >();
1379 : 12755 : auto eps = std::numeric_limits< tk::real >::epsilon();
1380 : :
1381 : : // use constant dt if configured
1382 [ + + ]: 12755 : if (std::abs(const_dt) > eps) {
1383 : :
1384 : 9925 : mindt = const_dt;
1385 : :
1386 : : } else { // compute dt based on CFL
1387 : :
1388 : : // find the minimum dt across all PDEs integrated
1389 : : auto eqdt =
1390 [ + - ][ + - ]: 5660 : g_dgpde[d->MeshId()].dt( myGhosts()->m_coord, myGhosts()->m_inpoel,
1391 [ + - ]: 2830 : myGhosts()->m_fd,
1392 [ + - ][ + - ]: 2830 : myGhosts()->m_geoFace, myGhosts()->m_geoElem, m_ndof, m_u, m_p,
[ + - ]
1393 [ + - ]: 2830 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4 );
1394 [ + - ]: 2830 : if (eqdt < mindt) mindt = eqdt;
1395 : :
1396 : : // time-step suppression for unsteady problems
1397 : 2830 : tk::real coeff(1.0);
1398 [ - + ][ - - ]: 2830 : if (g_inputdeck.get< tag::cfl_ramping >() && d->It() < 100) coeff = 0.01 * static_cast< tk::real >(d->It()+1);
[ - + ]
1399 : :
1400 : 2830 : mindt *= coeff * g_inputdeck.get< tag::cfl >();
1401 : : }
1402 : : }
1403 : : else
1404 : : {
1405 : 25510 : mindt = d->Dt();
1406 : : }
1407 : :
1408 : : // Resize the buffer vector of nodal extrema
1409 [ + - ]: 38265 : resizeNodalExtremac();
1410 : :
1411 : : // Contribute to minimum dt across all chares then advance to next step
1412 [ + - ]: 38265 : contribute( sizeof(tk::real), &mindt, CkReduction::min_double,
1413 [ + - ][ + - ]: 76530 : CkCallback(CkReductionTarget(DG,solve), thisProxy) );
1414 : 38265 : }
1415 : :
1416 : : void
1417 : 38265 : DG::solve( tk::real newdt )
1418 : : // *****************************************************************************
1419 : : // Compute right-hand side of discrete transport equations
1420 : : //! \param[in] newdt Size of this new time step
1421 : : // *****************************************************************************
1422 : : {
1423 : 38265 : const auto pref = g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >();
1424 : :
1425 : : // Enable SDAG wait for building the solution vector during the next stage
1426 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4sol();
1427 [ + + ][ + - ]: 38265 : if (pref) thisProxy[ thisIndex ].wait4refine();
1428 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4smooth();
1429 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4reco();
1430 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4nodalExtrema();
1431 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4lim();
1432 [ + - ]: 38265 : thisProxy[ thisIndex ].wait4nod();
1433 : :
1434 : 38265 : auto d = Disc();
1435 : 38265 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
1436 : 38265 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
1437 : 38265 : const auto neq = m_u.nprop()/rdof;
1438 : :
1439 : : // Set new time step size
1440 [ + + ]: 38265 : if (m_stage == 0) d->setdt( newdt );
1441 : :
1442 : : // Update Un
1443 [ + + ]: 38265 : if (m_stage == 0) m_un = m_u;
1444 : :
1445 : : // Explicit or IMEX
1446 : 38265 : const auto imex_runge_kutta = g_inputdeck.get< tag::imex_runge_kutta >();
1447 : :
1448 : : // physical time at time-stage for computing exact source terms
1449 : 38265 : tk::real physT(d->T());
1450 [ + + ]: 38265 : if (m_stage == 1) {
1451 : 12755 : physT += d->Dt();
1452 : : }
1453 [ + + ]: 25510 : else if (m_stage == 2) {
1454 : 12755 : physT += 0.5*d->Dt();
1455 : : }
1456 : :
1457 [ - + ]: 38265 : if (imex_runge_kutta) {
1458 [ - - ]: 0 : if (m_stage == 0)
1459 : : {
1460 : : // Save previous rhs
1461 : 0 : m_rhsprev = m_rhs;
1462 : : // Initialize m_stiffrhs to zero
1463 : 0 : m_stiffrhs.fill(0.0);
1464 : 0 : m_stiffrhsprev.fill(0.0);
1465 : : }
1466 : : }
1467 : :
1468 : 76530 : g_dgpde[d->MeshId()].rhs( physT, pref, myGhosts()->m_geoFace,
1469 : 38265 : myGhosts()->m_geoElem, myGhosts()->m_fd, myGhosts()->m_inpoel, m_boxelems,
1470 : 38265 : myGhosts()->m_coord, m_u, m_p, m_ndof, d->Dt(), m_rhs );
1471 : :
1472 [ + - ]: 38265 : if (!imex_runge_kutta) {
1473 : : // Explicit time-stepping using RK3 to discretize time-derivative
1474 [ + + ]: 16351845 : for(std::size_t e=0; e<myGhosts()->m_nunk; ++e)
1475 [ + + ]: 111412515 : for(std::size_t c=0; c<neq; ++c)
1476 : : {
1477 [ + + ]: 373799400 : for (std::size_t k=0; k<m_numEqDof[c]; ++k)
1478 : : {
1479 [ + + ]: 278700465 : if(k < m_ndof[e]) {
1480 : 193948005 : auto rmark = c*rdof+k;
1481 : 193948005 : auto mark = c*ndof+k;
1482 : 193948005 : m_u(e, rmark) = rkcoef[0][m_stage] * m_un(e, rmark)
1483 : 193948005 : + rkcoef[1][m_stage] * ( m_u(e, rmark)
1484 : 193948005 : + d->Dt() * m_rhs(e, mark)/m_lhs(e, mark) );
1485 [ + + ]: 193948005 : if(fabs(m_u(e, rmark)) < 1e-16)
1486 : 31380116 : m_u(e, rmark) = 0;
1487 : : }
1488 : : }
1489 : : }
1490 : : }
1491 : : else {
1492 : : // Implicit-Explicit time-stepping using RK3 to discretize time-derivative
1493 : 0 : DG::imex_integrate();
1494 : : }
1495 : :
1496 [ + + ]: 16351845 : for(std::size_t e=0; e<myGhosts()->m_nunk; ++e)
1497 [ + + ]: 111412515 : for(std::size_t c=0; c<neq; ++c)
1498 : : {
1499 : : // zero out unused/reconstructed dofs of equations using reduced dofs
1500 : : // (see DGMultiMat::numEquationDofs())
1501 [ + + ]: 95098935 : if (m_numEqDof[c] < rdof) {
1502 [ + + ]: 96926640 : for (std::size_t k=m_numEqDof[c]; k<rdof; ++k)
1503 : : {
1504 : 72694980 : auto rmark = c*rdof+k;
1505 : 72694980 : m_u(e, rmark) = 0.0;
1506 : : }
1507 : : }
1508 : : }
1509 : :
1510 : : // Update primitives based on the evolved solution
1511 : 76530 : g_dgpde[d->MeshId()].updateInterfaceCells( m_u,
1512 : 38265 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, m_ndof, m_interface );
1513 : 76530 : g_dgpde[d->MeshId()].updatePrimitives( m_u, m_lhs, myGhosts()->m_geoElem, m_p,
1514 : 38265 : myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, m_ndof );
1515 [ + - ]: 38265 : if (!g_inputdeck.get< tag::accuracy_test >()) {
1516 : 76530 : g_dgpde[d->MeshId()].cleanTraceMaterial( physT, myGhosts()->m_geoElem, m_u,
1517 : 38265 : m_p, myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4 );
1518 : : }
1519 : :
1520 [ + + ]: 38265 : if (m_stage < m_nstage-1) {
1521 : :
1522 : : // continue with next time step stage
1523 : 25510 : stage();
1524 : :
1525 : : } else {
1526 : :
1527 : : // Increase number of iterations and physical time
1528 : 12755 : d->next();
1529 : :
1530 : : // Compute diagnostics, e.g., residuals
1531 : 38265 : auto diag_computed = m_diag.compute( *d,
1532 : 12755 : m_u.nunk()-myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4, myGhosts()->m_geoElem,
1533 : 12755 : m_ndof, m_u, m_un );
1534 : :
1535 : : // Continue to mesh refinement (if configured)
1536 [ + + ][ + - ]: 12755 : if (!diag_computed) refine( std::vector< tk::real >( m_u.nprop(), 0.0 ) );
[ + - ]
1537 : :
1538 : : }
1539 : 38265 : }
1540 : :
1541 : : void
1542 : 12755 : DG::refine( [[maybe_unused]] const std::vector< tk::real >& l2res )
1543 : : // *****************************************************************************
1544 : : // Optionally refine/derefine mesh
1545 : : //! \param[in] l2res L2-norms of the residual for each scalar component
1546 : : //! computed across the whole problem
1547 : : // *****************************************************************************
1548 : : {
1549 : 12755 : auto d = Disc();
1550 : :
1551 : 12755 : auto dtref = g_inputdeck.get< tag::amr, tag::dtref >();
1552 : 12755 : auto dtfreq = g_inputdeck.get< tag::amr, tag::dtfreq >();
1553 : :
1554 : : // if t>0 refinement enabled and we hit the dtref frequency
1555 [ - + ][ - - ]: 12755 : if (dtref && !(d->It() % dtfreq)) { // refine
[ - + ]
1556 : :
1557 : 0 : d->startvol();
1558 [ - - ][ - - ]: 0 : d->Ref()->dtref( myGhosts()->m_fd.Bface(), {},
1559 : 0 : tk::remap(myGhosts()->m_fd.Triinpoel(),d->Gid()) );
1560 : 0 : d->refined() = 1;
1561 : :
1562 : : } else { // do not refine
1563 : :
1564 : 12755 : d->refined() = 0;
1565 : 12755 : stage();
1566 : :
1567 : : }
1568 : 12755 : }
1569 : :
1570 : : void
1571 : 0 : DG::resizePostAMR(
1572 : : const std::vector< std::size_t >& /*ginpoel*/,
1573 : : const tk::UnsMesh::Chunk& chunk,
1574 : : const tk::UnsMesh::Coords& coord,
1575 : : const std::unordered_map< std::size_t, tk::UnsMesh::Edge >& /*addedNodes*/,
1576 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& addedTets,
1577 : : const std::set< std::size_t >& removedNodes,
1578 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& amrNodeMap,
1579 : : const tk::NodeCommMap& nodeCommMap,
1580 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& bface,
1581 : : const std::map< int, std::vector< std::size_t > >& /* bnode */,
1582 : : const std::vector< std::size_t >& triinpoel,
1583 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::set< std::size_t > >& elemblockid )
1584 : : // *****************************************************************************
1585 : : // Receive new mesh from Refiner
1586 : : //! \param[in] chunk New mesh chunk (connectivity and global<->local id maps)
1587 : : //! \param[in] coord New mesh node coordinates
1588 : : //! \param[in] addedTets Newly added mesh cells and their parents (local ids)
1589 : : //! \param[in] removedNodes Newly removed mesh node local ids
1590 : : //! \param[in] amrNodeMap Node id map after amr (local ids)
1591 : : //! \param[in] nodeCommMap New node communication map
1592 : : //! \param[in] bface Boundary-faces mapped to side set ids
1593 : : //! \param[in] triinpoel Boundary-face connectivity
1594 : : //! \param[in] elemblockid Local tet ids associated with mesh block ids
1595 : : // *****************************************************************************
1596 : : {
1597 [ - - ]: 0 : auto d = Disc();
1598 : :
1599 : : // Set flag that indicates that we are during time stepping
1600 : 0 : m_initial = 0;
1601 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_initial = 0;
1602 : :
1603 : : // Zero field output iteration count between two mesh refinement steps
1604 : 0 : d->Itf() = 0;
1605 : :
1606 : : // Increase number of iterations with mesh refinement
1607 : 0 : ++d->Itr();
1608 : :
1609 : : // Save old number of elements
1610 [ - - ]: 0 : [[maybe_unused]] auto old_nelem = myGhosts()->m_inpoel.size()/4;
1611 : :
1612 : : // Resize mesh data structures
1613 [ - - ]: 0 : d->resizePostAMR( chunk, coord, amrNodeMap, nodeCommMap, removedNodes,
1614 : : elemblockid );
1615 : :
1616 : : // Update state
1617 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_inpoel = d->Inpoel();
1618 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_coord = d->Coord();
1619 [ - - ]: 0 : auto nelem = myGhosts()->m_inpoel.size()/4;
1620 [ - - ]: 0 : m_p.resize( nelem );
1621 [ - - ]: 0 : m_u.resize( nelem );
1622 [ - - ]: 0 : m_un.resize( nelem );
1623 [ - - ]: 0 : m_lhs.resize( nelem );
1624 [ - - ]: 0 : m_rhs.resize( nelem );
1625 [ - - ]: 0 : m_rhsprev.resize( nelem );
1626 [ - - ]: 0 : m_stiffrhs.resize( nelem );
1627 [ - - ]: 0 : m_stiffrhsprev.resize( nelem );
1628 [ - - ][ - - ]: 0 : m_uNodalExtrm.resize( Disc()->Bid().size(), std::vector<tk::real>( 2*
1629 [ - - ]: 0 : m_ndof_NodalExtrm*g_inputdeck.get< tag::ncomp >() ) );
1630 [ - - ][ - - ]: 0 : m_pNodalExtrm.resize( Disc()->Bid().size(), std::vector<tk::real>( 2*
1631 [ - - ]: 0 : m_ndof_NodalExtrm*m_p.nprop()/g_inputdeck.get< tag::rdof >()));
1632 : :
1633 : : // Resize the buffer vector of nodal extrema
1634 [ - - ]: 0 : resizeNodalExtremac();
1635 : :
1636 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_fd = FaceData( myGhosts()->m_inpoel, bface,
[ - - ]
1637 [ - - ]: 0 : tk::remap(triinpoel,d->Lid()) );
1638 : :
1639 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_geoFace =
1640 [ - - ][ - - ]: 0 : tk::Fields( tk::genGeoFaceTri( myGhosts()->m_fd.Nipfac(),
1641 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_fd.Inpofa(), coord ) );
1642 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_geoElem = tk::Fields( tk::genGeoElemTet( myGhosts()->m_inpoel,
[ - - ]
1643 : 0 : coord ) );
1644 : :
1645 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_nfac = myGhosts()->m_fd.Inpofa().size()/3;
1646 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_nunk = nelem;
1647 : 0 : m_npoin = coord[0].size();
1648 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_bndFace.clear();
1649 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_exptGhost.clear();
1650 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_sendGhost.clear();
1651 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_ghost.clear();
1652 [ - - ]: 0 : myGhosts()->m_esup.clear();
1653 : :
1654 : : // Update solution on new mesh, P0 (cell center value) only for now
1655 [ - - ]: 0 : m_un = m_u;
1656 [ - - ]: 0 : auto pn = m_p;
1657 : 0 : auto unprop = m_u.nprop();
1658 : 0 : auto pnprop = m_p.nprop();
1659 [ - - ]: 0 : for (const auto& [child,parent] : addedTets) {
1660 [ - - ][ - - ]: 0 : Assert( child < nelem, "Indexing out of new solution vector" );
[ - - ][ - - ]
1661 [ - - ][ - - ]: 0 : Assert( parent < old_nelem, "Indexing out of old solution vector" );
[ - - ][ - - ]
1662 [ - - ][ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<unprop; ++i) m_u(child,i) = m_un(parent,i);
[ - - ]
1663 [ - - ][ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<pnprop; ++i) m_p(child,i) = pn(parent,i);
[ - - ]
1664 : : }
1665 [ - - ]: 0 : m_un = m_u;
1666 : :
1667 : : // Resize communication buffers
1668 [ - - ][ - - ]: 0 : m_ghosts[thisIndex].resizeComm();
1669 : 0 : }
1670 : :
1671 : : bool
1672 : 10214 : DG::fieldOutput() const
1673 : : // *****************************************************************************
1674 : : // Decide wether to output field data
1675 : : //! \return True if field data is output in this step
1676 : : // *****************************************************************************
1677 : : {
1678 : 10214 : auto d = Disc();
1679 : :
1680 : : // Output field data
1681 [ + + ][ + - ]: 10214 : return d->fielditer() or d->fieldtime() or d->fieldrange() or d->finished();
[ + - ][ + + ]
1682 : : }
1683 : :
1684 : : bool
1685 : 1325 : DG::refinedOutput() const
1686 : : // *****************************************************************************
1687 : : // Decide if we write field output using a refined mesh
1688 : : //! \return True if field output will use a refined mesh
1689 : : // *****************************************************************************
1690 : : {
1691 [ + + ]: 1358 : return g_inputdeck.get< tag::field_output, tag::refined >() &&
1692 [ + - ]: 1358 : g_inputdeck.get< tag::scheme >() != ctr::SchemeType::DGP0;
1693 : : }
1694 : :
1695 : : void
1696 : 1325 : DG::writeFields(
1697 : : CkCallback c,
1698 : : const std::unordered_map< std::size_t, std::size_t >& addedTets )
1699 : : // *****************************************************************************
1700 : : // Output mesh field data
1701 : : //! \param[in] c Function to continue with after the write
1702 : : //! \param[in] addedTets Newly added mesh cells and their parents (local ids)
1703 : : // *****************************************************************************
1704 : : {
1705 [ + - ]: 1325 : auto d = Disc();
1706 : :
1707 : 1325 : const auto& inpoel = std::get< 0 >( m_outmesh.chunk );
1708 [ + - ]: 2650 : auto esup = tk::genEsup( inpoel, 4 );
1709 : 1325 : auto nelem = inpoel.size() / 4;
1710 : :
1711 : : // Combine own and communicated contributions and finish averaging of node
1712 : : // field output in chare boundary nodes
1713 : 1325 : const auto& lid = std::get< 2 >( m_outmesh.chunk );
1714 [ + + ]: 51485 : for (const auto& [g,f] : m_uNodefieldsc) {
1715 [ - + ][ - - ]: 50160 : Assert( m_uNodefields.nprop() == f.first.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1716 [ + - ]: 50160 : auto p = tk::cref_find( lid, g );
1717 [ + + ]: 319474 : for (std::size_t i=0; i<f.first.size(); ++i) {
1718 [ + - ]: 269314 : m_uNodefields(p,i) += f.first[i];
1719 : 269314 : m_uNodefields(p,i) /= static_cast< tk::real >(
1720 [ + - ]: 269314 : esup.second[p+1] - esup.second[p] + f.second );
1721 : : }
1722 : : }
1723 : 1325 : tk::destroy( m_uNodefieldsc );
1724 [ + + ]: 51485 : for (const auto& [g,f] : m_pNodefieldsc) {
1725 [ - + ][ - - ]: 50160 : Assert( m_pNodefields.nprop() == f.first.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1726 [ + - ]: 50160 : auto p = tk::cref_find( lid, g );
1727 [ + + ]: 100760 : for (std::size_t i=0; i<f.first.size(); ++i) {
1728 [ + - ]: 50600 : m_pNodefields(p,i) += f.first[i];
1729 : 50600 : m_pNodefields(p,i) /= static_cast< tk::real >(
1730 [ + - ]: 50600 : esup.second[p+1] - esup.second[p] + f.second );
1731 : : }
1732 : : }
1733 : 1325 : tk::destroy( m_pNodefieldsc );
1734 : :
1735 : : // Lambda to decide if a node (global id) is on a chare boundary of the field
1736 : : // output mesh. p - global node id, return true if node is on the chare
1737 : : // boundary.
1738 : 525866 : auto chbnd = [ this ]( std::size_t p ) {
1739 : : return
1740 : 262933 : std::any_of( m_outmesh.nodeCommMap.cbegin(), m_outmesh.nodeCommMap.cend(),
1741 [ + - ]: 675036 : [&](const auto& s) { return s.second.find(p) != s.second.cend(); } );
1742 : 1325 : };
1743 : :
1744 : : // Finish computing node field output averages in internal nodes
1745 : 1325 : auto npoin = m_outmesh.coord[0].size();
1746 : 1325 : auto& gid = std::get< 1 >( m_outmesh.chunk );
1747 [ + + ]: 264258 : for (std::size_t p=0; p<npoin; ++p) {
1748 [ + - ][ + + ]: 262933 : if (!chbnd(gid[p])) {
1749 : 212773 : auto n = static_cast< tk::real >( esup.second[p+1] - esup.second[p] );
1750 [ + + ]: 1060697 : for (std::size_t i=0; i<m_uNodefields.nprop(); ++i)
1751 [ + - ]: 847924 : m_uNodefields(p,i) /= n;
1752 [ + + ]: 320807 : for (std::size_t i=0; i<m_pNodefields.nprop(); ++i)
1753 [ + - ]: 108034 : m_pNodefields(p,i) /= n;
1754 : : }
1755 : : }
1756 : :
1757 : : // Collect field output from numerical solution requested by user
1758 : 1325 : auto elemfields = numericFieldOutput( m_uElemfields, tk::Centering::ELEM,
1759 [ + - ][ + - ]: 2650 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].OutVarFn(), m_pElemfields );
[ + - ]
1760 : 1325 : auto nodefields = numericFieldOutput( m_uNodefields, tk::Centering::NODE,
1761 [ + - ][ + - ]: 2650 : g_dgpde[Disc()->MeshId()].OutVarFn(), m_pNodefields );
[ + - ]
1762 : :
1763 : : // Collect field output from analytical solutions (if exist)
1764 : 1325 : const auto& coord = m_outmesh.coord;
1765 [ + - ]: 2650 : auto geoElem = tk::genGeoElemTet( inpoel, coord );
1766 [ + - ]: 1325 : auto t = Disc()->T();
1767 [ + - ]: 1325 : analyticFieldOutput( g_dgpde[d->MeshId()], tk::Centering::ELEM,
1768 [ + - ][ + - ]: 2650 : geoElem.extract_comp(1), geoElem.extract_comp(2), geoElem.extract_comp(3),
[ + - ]
1769 : : t, elemfields );
1770 [ + - ]: 1325 : analyticFieldOutput( g_dgpde[d->MeshId()], tk::Centering::NODE, coord[0],
1771 : 1325 : coord[1], coord[2], t, nodefields );
1772 : :
1773 : : // Add adaptive indicator array to element-centered field output
1774 [ + + ]: 1325 : if (g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >()) {
1775 [ + - ]: 804 : std::vector< tk::real > ndof( begin(m_ndof), end(m_ndof) );
1776 [ + - ]: 402 : ndof.resize( nelem );
1777 [ + + ]: 182529 : for(std::size_t k = 0; k < nelem; k++) {
1778 : : // Mark the cell with THINC reconstruction as 0 for output
1779 [ + + ]: 182127 : if(m_interface[k] == 1) ndof[k] = 0;
1780 : : }
1781 [ + + ]: 87834 : for (const auto& [child,parent] : addedTets)
1782 : 87432 : ndof[child] = static_cast< tk::real >( m_ndof[parent] );
1783 [ + - ]: 402 : elemfields.push_back( ndof );
1784 : : }
1785 : :
1786 : : // Add shock detection marker array to element-centered field output
1787 [ + - ]: 2650 : std::vector< tk::real > shockmarker( begin(m_shockmarker), end(m_shockmarker) );
1788 : : // Here m_shockmarker has a size of m_u.nunk() which is the number of the
1789 : : // elements within this partition (nelem) plus the ghost partition cells. In
1790 : : // terms of output purpose, we only need the solution data within this
1791 : : // partition. Therefore, resizing it to nelem removes the extra partition
1792 : : // boundary allocations in the shockmarker vector. Since the code assumes that
1793 : : // the boundary elements are on the top, the resize operation keeps the lower
1794 : : // portion.
1795 [ + - ]: 1325 : shockmarker.resize( nelem );
1796 [ + + ]: 158837 : for (const auto& [child,parent] : addedTets)
1797 : 157512 : shockmarker[child] = static_cast< tk::real >(m_shockmarker[parent]);
1798 [ + - ]: 1325 : elemfields.push_back( shockmarker );
1799 : :
1800 : : // Add rho0*det(g)/rho to make sure it is staying close to 1,
1801 : : // averaged for all materials
1802 [ + - ]: 2650 : std::vector< tk::real > densityConstr(nelem);
1803 [ + - ]: 1325 : g_dgpde[d->MeshId()].computeDensityConstr(nelem, m_u, densityConstr);
1804 [ + + ]: 158837 : for (const auto& [child,parent] : addedTets)
1805 : 157512 : densityConstr[child] = 0.0;
1806 [ + + ][ + - ]: 1325 : if (densityConstr.size() > 0) elemfields.push_back( densityConstr );
1807 : :
1808 : : // Query fields names requested by user
1809 [ + - ]: 2650 : auto elemfieldnames = numericFieldNames( tk::Centering::ELEM );
1810 [ + - ]: 1325 : auto nodefieldnames = numericFieldNames( tk::Centering::NODE );
1811 : :
1812 : : // Collect field output names for analytical solutions
1813 [ + - ]: 1325 : analyticFieldNames( g_dgpde[d->MeshId()], tk::Centering::ELEM, elemfieldnames );
1814 [ + - ]: 1325 : analyticFieldNames( g_dgpde[d->MeshId()], tk::Centering::NODE, nodefieldnames );
1815 : :
1816 [ + + ]: 1325 : if (g_inputdeck.get< tag::pref, tag::pref >()) {
1817 [ + - ][ + - ]: 402 : elemfieldnames.push_back( "NDOF" );
1818 : : }
1819 : :
1820 [ + - ][ + - ]: 1325 : elemfieldnames.push_back( "shock_marker" );
1821 : :
1822 [ + + ]: 1325 : if (densityConstr.size() > 0)
1823 [ + - ][ + - ]: 179 : elemfieldnames.push_back( "density_constraint" );
1824 : :
1825 [ - + ][ - - ]: 1325 : Assert( elemfieldnames.size() == elemfields.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1826 [ - + ][ - - ]: 1325 : Assert( nodefieldnames.size() == nodefields.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1827 : :
1828 : : // Output chare mesh and fields metadata to file
1829 : 1325 : const auto& triinpoel = m_outmesh.triinpoel;
1830 [ + - ]: 3975 : d->write( inpoel, m_outmesh.coord, m_outmesh.bface, {},
1831 [ + - ]: 2650 : tk::remap( triinpoel, lid ), elemfieldnames, nodefieldnames,
1832 : : {}, {}, elemfields, nodefields, {}, {}, c );
1833 : 1325 : }
1834 : :
1835 : : void
1836 : 10380 : DG::comnodeout( const std::vector< std::size_t >& gid,
1837 : : const std::vector< std::size_t >& nesup,
1838 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& Lu,
1839 : : const std::vector< std::vector< tk::real > >& Lp )
1840 : : // *****************************************************************************
1841 : : // Receive chare-boundary nodal solution (for field output) contributions from
1842 : : // neighboring chares
1843 : : //! \param[in] gid Global mesh node IDs at which we receive contributions
1844 : : //! \param[in] nesup Number of elements surrounding points
1845 : : //! \param[in] Lu Partial contributions of solution nodal fields to
1846 : : //! chare-boundary nodes
1847 : : //! \param[in] Lp Partial contributions of primitive quantity nodal fields to
1848 : : //! chare-boundary nodes
1849 : : // *****************************************************************************
1850 : : {
1851 [ - + ][ - - ]: 10380 : Assert( gid.size() == nesup.size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1852 [ - + ][ - - ]: 10380 : Assert(Lu.size() == m_uNodefields.nprop(), "Fields size mismatch");
[ - - ][ - - ]
1853 [ - + ][ - - ]: 10380 : Assert(Lp.size() == m_pNodefields.nprop(), "Fields size mismatch");
[ - - ][ - - ]
1854 [ + + ]: 69172 : for (std::size_t f=0; f<Lu.size(); ++f)
1855 [ - + ][ - - ]: 58792 : Assert( gid.size() == Lu[f].size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1856 [ + + ]: 21008 : for (std::size_t f=0; f<Lp.size(); ++f)
1857 [ - + ][ - - ]: 10628 : Assert( gid.size() == Lp[f].size(), "Size mismatch" );
[ - - ][ - - ]
1858 : :
1859 [ + + ]: 107480 : for (std::size_t i=0; i<gid.size(); ++i) {
1860 : 97100 : auto& nfu = m_uNodefieldsc[ gid[i] ];
1861 : 97100 : nfu.first.resize( Lu.size() );
1862 [ + + ]: 641666 : for (std::size_t f=0; f<Lu.size(); ++f) nfu.first[f] += Lu[f][i];
1863 : 97100 : nfu.second += nesup[i];
1864 : 97100 : auto& nfp = m_pNodefieldsc[ gid[i] ];
1865 : 97100 : nfp.first.resize( Lp.size() );
1866 [ + + ]: 206580 : for (std::size_t f=0; f<Lp.size(); ++f) nfp.first[f] += Lp[f][i];
1867 : 97100 : nfp.second += nesup[i];
1868 : : }
1869 : :
1870 : : // When we have heard from all chares we communicate with, this chare is done
1871 [ + + ]: 10380 : if (++m_nnod == Disc()->NodeCommMap().size()) {
1872 : 1164 : m_nnod = 0;
1873 : 1164 : comnodeout_complete();
1874 : : }
1875 : 10380 : }
1876 : :
1877 : : void
1878 : 38265 : DG::stage()
1879 : : // *****************************************************************************
1880 : : // Evaluate whether to continue with next time step stage
1881 : : // *****************************************************************************
1882 : : {
1883 : : // Increment Runge-Kutta stage counter
1884 : 38265 : ++m_stage;
1885 : :
1886 : : // if not all Runge-Kutta stages complete, continue to next time stage,
1887 : : // otherwise prepare for nodal field output
1888 [ + + ]: 38265 : if (m_stage < m_nstage)
1889 : 25510 : next();
1890 : : else
1891 [ + - ][ + - ]: 12755 : startFieldOutput( CkCallback(CkIndex_DG::step(), thisProxy[thisIndex]) );
[ + - ]
1892 : 38265 : }
1893 : :
1894 : : void
1895 : 12084 : DG::evalLB( int nrestart )
1896 : : // *****************************************************************************
1897 : : // Evaluate whether to do load balancing
1898 : : //! \param[in] nrestart Number of times restarted
1899 : : // *****************************************************************************
1900 : : {
1901 : 12084 : auto d = Disc();
1902 : :
1903 : : // Detect if just returned from a checkpoint and if so, zero timers
1904 : 12084 : d->restarted( nrestart );
1905 : :
1906 : 12084 : const auto lbfreq = g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::lbfreq >();
1907 : 12084 : const auto nonblocking = g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::nonblocking >();
1908 : :
1909 : : // Load balancing if user frequency is reached or after the second time-step
1910 [ - + ][ - - ]: 12084 : if ( (d->It()) % lbfreq == 0 || d->It() == 2 ) {
[ + - ]
1911 : :
1912 : 12084 : AtSync();
1913 [ - + ]: 12084 : if (nonblocking) next();
1914 : :
1915 : : } else {
1916 : :
1917 : 0 : next();
1918 : :
1919 : : }
1920 : 12084 : }
1921 : :
1922 : : void
1923 : 12084 : DG::evalRestart()
1924 : : // *****************************************************************************
1925 : : // Evaluate whether to save checkpoint/restart
1926 : : // *****************************************************************************
1927 : : {
1928 : 12084 : auto d = Disc();
1929 : :
1930 : 12084 : const auto rsfreq = g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::rsfreq >();
1931 : 12084 : const auto benchmark = g_inputdeck.get< tag::cmd, tag::benchmark >();
1932 : :
1933 [ + + ][ - + ]: 12084 : if (not benchmark and not (d->It() % rsfreq)) {
[ - + ]
1934 : :
1935 [ - - ]: 0 : std::vector< std::size_t > meshdata{ /* finished = */ 0, d->MeshId() };
1936 [ - - ]: 0 : contribute( meshdata, CkReduction::nop,
1937 [ - - ][ - - ]: 0 : CkCallback(CkReductionTarget(Transporter,checkpoint), d->Tr()) );
1938 : :
1939 : : } else {
1940 : :
1941 : 12084 : evalLB( /* nrestart = */ -1 );
1942 : :
1943 : : }
1944 : 12084 : }
1945 : :
1946 : : void
1947 : 12755 : DG::step()
1948 : : // *****************************************************************************
1949 : : // Evaluate wether to continue with next time step
1950 : : // *****************************************************************************
1951 : : {
1952 : 12755 : auto d = Disc();
1953 : :
1954 : : // Output time history
1955 [ + - ][ + - ]: 12755 : if (d->histiter() or d->histtime() or d->histrange()) {
[ - + ][ - + ]
1956 : 0 : std::vector< std::vector< tk::real > > hist;
1957 : 0 : auto h = g_dgpde[d->MeshId()].histOutput( d->Hist(), myGhosts()->m_inpoel,
1958 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_coord, m_u, m_p );
[ - - ]
1959 [ - - ]: 0 : hist.insert( end(hist), begin(h), end(h) );
1960 [ - - ]: 0 : d->history( std::move(hist) );
1961 : : }
1962 : :
1963 : : // Free memory storing output mesh
1964 : 12755 : m_outmesh.destroy();
1965 : :
1966 : : // Output one-liner status report to screen
1967 : 12755 : d->status();
1968 : : // Reset Runge-Kutta stage counter
1969 : 12755 : m_stage = 0;
1970 : :
1971 : 12755 : const auto term = g_inputdeck.get< tag::term >();
1972 : 12755 : const auto nstep = g_inputdeck.get< tag::nstep >();
1973 : 12755 : const auto eps = std::numeric_limits< tk::real >::epsilon();
1974 : :
1975 : : // If neither max iterations nor max time reached, continue, otherwise finish
1976 [ + - ][ + + ]: 12755 : if (std::fabs(d->T()-term) > eps && d->It() < nstep) {
[ + + ]
1977 : :
1978 : 12084 : evalRestart();
1979 : :
1980 : : } else {
1981 : :
1982 : 671 : auto meshid = d->MeshId();
1983 [ + - ]: 671 : d->contribute( sizeof(std::size_t), &meshid, CkReduction::nop,
1984 [ + - ][ + - ]: 1342 : CkCallback(CkReductionTarget(Transporter,finish), d->Tr()) );
1985 : :
1986 : : }
1987 : 12755 : }
1988 : :
1989 : : void
1990 : 0 : DG::imex_integrate()
1991 : : // *****************************************************************************
1992 : : // Perform the Implicit-Explicit Runge-Kutta stage update
1993 : : //
1994 : : //! \details
1995 : : //! Performs the Implicit-Explicit Runge-Kutta step. Scheme taken from
1996 : : //! Cavaglieri, D., & Bewley, T. (2015). Low-storage implicit/explicit
1997 : : //! Runge–Kutta schemes for the simulation of stiff high-dimensional ODE
1998 : : //! systems. Journal of Computational Physics, 286, 172-193.
1999 : : //!
2000 : : //! Scheme given by equations (25a,b):
2001 : : //!
2002 : : //! u[0] = u[n] + dt * (expl_rkcoef[1,0]*R_ex(u[n])+impl_rkcoef[1,1]*R_im(u[0]))
2003 : : //!
2004 : : //! u[1] = u[n] + dt * (expl_rkcoef[2,1]*R_ex(u[0])+impl_rkcoef[2,1]*R_im(u[0])
2005 : : //! +impl_rkcoef[2,2]*R_im(u[1]))
2006 : : //!
2007 : : //! u[n+1] = u[n] + dt * (expl_rkcoef[3,1]*R_ex(u[0])+impl_rkcoef[3,1]*R_im(u[0])
2008 : : //! expl_rkcoef[3,2]*R_ex(u[1])+impl_rkcoef[3,2]*R_im(u[1]))
2009 : : //!
2010 : : //! In order to solve the first two equations we need to solve a series of
2011 : : //! systems of non-linear equations:
2012 : : //!
2013 : : //! F1(u[0]) = B1 + R1(u[0]) = 0, and
2014 : : //! F2(u[1]) = B2 + R2(u[1]) = 0,
2015 : : //!
2016 : : //! where
2017 : : //!
2018 : : //! B1 = u[n] + dt * expl_rkcoef[1,0]*R_ex(u[n]),
2019 : : //! R1 = dt * impl_rkcoef[1,1]*R_im(u[0]) - u([0]),
2020 : : //! B2 = u[n] + dt * (expl_rkcoef[2,1]*R_ex(u[0])+impl_rkcoef[2,1]*R_im(u[0])),
2021 : : //! R2 = dt * impl_rkcoef[2,2]*R_im(u[1]) - u([1]).
2022 : : //!
2023 : : //! In order to solve the non-linear system F(U) = 0, we employ:
2024 : : //! First, Broyden's method.
2025 : : //! If that fails, Newton's method (with FD approximation for jacobian).
2026 : : //!
2027 : : //! Broyden's method:
2028 : : //! ----------------
2029 : : //!
2030 : : //! Taken from https://en.wikipedia.org/wiki/Broyden%27s_method.
2031 : : //! The method consists in obtaining an approximation for the inverse of the
2032 : : //! Jacobian H = J^(-1) and advancing in a quasi-newton step:
2033 : : //!
2034 : : //! U[k+1] = U[k] - H[k]*F(U[k]),
2035 : : //!
2036 : : //! until F(U) is close enough to zero.
2037 : : //!
2038 : : //! The approximation H[k] is improved at every iteration following
2039 : : //!
2040 : : //! H[k] = H[k-1] + (DU[k]-H[k-1]*DF[k])/(DU[k]^T*H[k-1]*DF[k]) * DU[k]^T*H[k-1],
2041 : : //!
2042 : : //! where DU[k] = U[k] - U[k-1] and DF[k] = F(U[k]) - F(U[k-1)).
2043 : : //!
2044 : : //! Newton's method:
2045 : : //! ----------------
2046 : : //!
2047 : : //! Taken from https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_method
2048 : : //! The method consists in inverting the jacobian
2049 : : //! Jacobian J and advancing in a Newton step:
2050 : : //!
2051 : : //! U[k+1] = U[k] - J^(-1)[k]*F(U[k]),
2052 : : //!
2053 : : //! until F(U) is close enough to zero.
2054 : : //!
2055 : : //!
2056 : : //! This function performs the following main algorithmic steps:
2057 : : //! - If stage == 0 or stage == 1:
2058 : : //! - Take Initial value:
2059 : : //! U[0] = U[n] + dt * expl_rkcoef[1,0]*R_ex(U[n]) (for stage 0)
2060 : : //! U[1] = U[n] + dt * (expl_rkcoef[2,1]*R_ex(U[0])
2061 : : //! +impl_rkcoef[2,1]*R_im(U[0])) (for stage 1)
2062 : : //! - Loop over the Elements (e++)
2063 : : //! - Broyden steps:
2064 : : //! - Initialize Jacobian inverse approximation using FD
2065 : : //! - Compute implicit right-hand-side (F_im) with current U
2066 : : //! - Iterate for the solution (iter++)
2067 : : //! - Perform line search prior to solution update
2068 : : //! - Compute new solution U[k+1] = U[k] - H[k]*F(U[k])
2069 : : //! - Compute implicit right-hand-side (F_im) with current U
2070 : : //! - Compute DU and DF
2071 : : //! - Update inverse Jacobian approximation by:
2072 : : //! - Compute V1 = H[k-1]*DF[k] and V2 = DU[k]^T*H[k-1]
2073 : : //! - Compute d = DU[k]^T*V1 and V3 = DU[k]-V1
2074 : : //! - Compute V4 = V3/d
2075 : : //! - Update H[k] = H[k-1] + V4*V2
2076 : : //! - Save old U and F
2077 : : //! - Compute absolute and relative errors
2078 : : //! - Break iterations if error < tol or iter == max_iter
2079 : : //! - Newton steps:
2080 : : //! - Initialize Jacobian using FD approximation.
2081 : : //! - Compute implicit right-hand-side (F_im) with current U
2082 : : //! - Iterate for the solution (iter++)
2083 : : //! - Perform line search prior to solution update
2084 : : //! - Compute new solution U[k+1] = U[k] - J^(-1)[k]*F(U[k])
2085 : : //! - Compute implicit right-hand-side (F_im) with current U
2086 : : //! - Compute DU and DF
2087 : : //! - Save old U and F
2088 : : //! - Compute absolute and relative errors
2089 : : //! - Break iterations if error < tol or iter == max_iter
2090 : : //! - Update explicit equations using only the explicit terms.
2091 : : //! - Else if stage == 2:
2092 : : //! - Update explicit equations using only the explicit terms.
2093 : : //! - Update implicit equations using:
2094 : : //! u[n+1] = u[n]+dt*(expl_rkcoef[3,1]*R_ex(u[0])+impl_rkcoef[3,1]*R_im(u[0])
2095 : : //! expl_rkcoef[3,2]*R_ex(u[1])+impl_rkcoef[3,2]*R_im(u[1]))
2096 : : // *****************************************************************************
2097 : : {
2098 : 0 : auto d = Disc();
2099 : 0 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
2100 : 0 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
2101 [ - - ]: 0 : if (m_stage < m_nstage-1) {
2102 : : // Save previous stiff_rhs
2103 : 0 : m_stiffrhsprev = m_stiffrhs;
2104 : :
2105 : : // Compute the imex update
2106 : :
2107 : : // Integrate explicitly on the imex equations
2108 : : // (To use as initial values)
2109 [ - - ]: 0 : for (std::size_t e=0; e<myGhosts()->m_nunk; ++e)
2110 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<m_nstiffeq; ++c)
2111 : : {
2112 [ - - ]: 0 : for (std::size_t k=0; k<m_numEqDof[c]; ++k)
2113 : : {
2114 : 0 : auto rmark = m_stiffEqIdx[c]*rdof+k;
2115 : 0 : auto mark = m_stiffEqIdx[c]*ndof+k;
2116 : 0 : m_u(e, rmark) = m_un(e, rmark) + d->Dt() * (
2117 : 0 : expl_rkcoef[0][m_stage] * m_rhsprev(e, mark)/m_lhs(e, mark)
2118 : 0 : + expl_rkcoef[1][m_stage] * m_rhs(e, mark)/m_lhs(e, mark)
2119 : 0 : + impl_rkcoef[0][m_stage]
2120 : 0 : * m_stiffrhsprev(e,c*ndof+k)/m_lhs(e, mark) );
2121 [ - - ]: 0 : if(fabs(m_u(e, rmark)) < 1e-16)
2122 : 0 : m_u(e, rmark) = 0;
2123 : : }
2124 : : }
2125 : :
2126 : : // Solve for implicit-explicit equations
2127 : 0 : const auto nelem = myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4;
2128 [ - - ]: 0 : for (std::size_t e=0; e<nelem; ++e)
2129 : : {
2130 : :
2131 : : // Non-linear solver solves for x.
2132 : : // Copy the relevant variables from the state array into x.
2133 [ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > x(m_nstiffeq*ndof, 0.0);
2134 [ - - ]: 0 : for (size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2135 [ - - ]: 0 : for (size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2136 : : {
2137 : 0 : auto stiffrmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2138 [ - - ]: 0 : x[ieq*ndof+idof] = m_u(e, stiffrmark);
2139 : : }
2140 : :
2141 : : // Save all the values of m_u at stiffEqIdx as x_star,
2142 : : // They will serve to balance the energy exchange
2143 : : // from the implicit step
2144 [ - - ]: 0 : auto x_star = x;
2145 : :
2146 : : // Solve nonlinear system, first try broyden
2147 : 0 : bool solver_failed = false;
2148 [ - - ][ - - ]: 0 : x = DG::nonlinear_broyden(e, x, solver_failed);
2149 : :
2150 : : // If solver_failed, do newton
2151 [ - - ]: 0 : if (solver_failed) {
2152 : 0 : solver_failed = false;
2153 [ - - ][ - - ]: 0 : x = DG::nonlinear_newton(e, x, solver_failed);
2154 : : }
2155 : :
2156 : : // If newton failed, crash
2157 [ - - ]: 0 : if (solver_failed)
2158 [ - - ][ - - ]: 0 : Throw("At element " + std::to_string(e) +
[ - - ][ - - ]
[ - - ]
2159 : : " nonlinear solvers was not able to converge");
2160 : :
2161 : : // Balance energy
2162 [ - - ][ - - ]: 0 : g_dgpde[d->MeshId()].balance_plastic_energy(e, x_star, x, m_un);
[ - - ]
2163 : :
2164 : : // Update the state u with the converged vector x.
2165 [ - - ]: 0 : for (size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2166 [ - - ]: 0 : for (size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2167 : : {
2168 : 0 : auto stiffrmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2169 [ - - ]: 0 : m_u(e, stiffrmark) = x[ieq*ndof+idof];
2170 : : }
2171 : :
2172 : : }
2173 : :
2174 : : // Then, integrate explicitly on the remaining equations
2175 [ - - ]: 0 : for (std::size_t e=0; e<nelem; ++e)
2176 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<m_nnonstiffeq; ++c)
2177 : : {
2178 [ - - ]: 0 : for (std::size_t k=0; k<m_numEqDof[c]; ++k)
2179 : : {
2180 : 0 : auto rmark = m_nonStiffEqIdx[c]*rdof+k;
2181 : 0 : auto mark = m_nonStiffEqIdx[c]*ndof+k;
2182 : 0 : m_u(e, rmark) = m_un(e, rmark) + d->Dt() * (
2183 : 0 : expl_rkcoef[0][m_stage] * m_rhsprev(e, mark)/m_lhs(e, mark)
2184 : 0 : + expl_rkcoef[1][m_stage] * m_rhs(e, mark)/m_lhs(e, mark));
2185 [ - - ]: 0 : if(fabs(m_u(e, rmark)) < 1e-16)
2186 : 0 : m_u(e, rmark) = 0;
2187 : : }
2188 : : }
2189 : : }
2190 : : else {
2191 : : // For last stage just use all previously computed stages
2192 : 0 : const auto nelem = myGhosts()->m_fd.Esuel().size()/4;
2193 [ - - ]: 0 : for (std::size_t e=0; e<nelem; ++e)
2194 : : {
2195 : : // First integrate explicitly on nonstiff equations
2196 [ - - ]: 0 : for (std::size_t c=0; c<m_nnonstiffeq; ++c)
2197 : : {
2198 [ - - ]: 0 : for (std::size_t k=0; k<m_numEqDof[c]; ++k)
2199 : : {
2200 : 0 : auto rmark = m_nonStiffEqIdx[c]*rdof+k;
2201 : 0 : auto mark = m_nonStiffEqIdx[c]*ndof+k;
2202 : 0 : m_u(e, rmark) = m_un(e, rmark) + d->Dt() * (
2203 : 0 : expl_rkcoef[0][m_stage] * m_rhsprev(e, mark)/m_lhs(e, mark)
2204 : 0 : + expl_rkcoef[1][m_stage] * m_rhs(e, mark)/m_lhs(e, mark));
2205 [ - - ]: 0 : if(fabs(m_u(e, rmark)) < 1e-16)
2206 : 0 : m_u(e, rmark) = 0;
2207 : : }
2208 : : }
2209 : : // Then, integrate the imex-equations
2210 [ - - ]: 0 : for (std::size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2211 [ - - ]: 0 : for (std::size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2212 : : {
2213 : 0 : auto rmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2214 : 0 : auto mark = m_stiffEqIdx[ieq]*ndof+idof;
2215 : 0 : m_u(e, rmark) = m_un(e, rmark)
2216 : 0 : + d->Dt() * (expl_rkcoef[0][m_stage]
2217 : 0 : * m_rhsprev(e,mark)/m_lhs(e,mark)
2218 : 0 : + expl_rkcoef[1][m_stage]
2219 : 0 : * m_rhs(e,mark)/m_lhs(e,mark)
2220 : 0 : + impl_rkcoef[0][m_stage]
2221 : 0 : * m_stiffrhsprev(e,ieq*ndof+idof)/m_lhs(e,mark)
2222 : 0 : + impl_rkcoef[1][m_stage]
2223 : 0 : * m_stiffrhs(e,ieq*ndof+idof)/m_lhs(e,mark) );
2224 [ - - ]: 0 : if(fabs(m_u(e, rmark)) < 1e-16)
2225 : 0 : m_u(e, rmark) = 0;
2226 : : }
2227 : : }
2228 : : }
2229 : 0 : }
2230 : :
2231 : 0 : std::vector< tk::real > DG::nonlinear_func(std::size_t e,
2232 : : std::vector< tk::real > x)
2233 : : // *****************************************************************************
2234 : : // Evaluate the stiff RHS and stiff equations f = b - A(x)
2235 : : //! \param[in] e Element number
2236 : : //! \param[in,out] x Array of unknowns to solve for
2237 : : //! \details
2238 : : //! Defines the F(x) function that the non-linear solvers
2239 : : //! look to minimize. Deals with properly calling the stiff
2240 : : //! RHS functions.
2241 : : // *****************************************************************************
2242 : : {
2243 [ - - ]: 0 : auto d = Disc();
2244 : 0 : const auto rdof = g_inputdeck.get< tag::rdof >();
2245 : 0 : const auto ndof = g_inputdeck.get< tag::ndof >();
2246 : 0 : std::size_t n = x.size();
2247 : :
2248 : : // m_u <- x
2249 [ - - ]: 0 : for (size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2250 [ - - ]: 0 : for (size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2251 : : {
2252 : 0 : auto stiffrmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2253 [ - - ]: 0 : m_u(e, stiffrmark) = x[ieq*ndof+idof];
2254 : : }
2255 : :
2256 : : // Compute explicit terms (Should be computed once)
2257 [ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > expl_terms(n, 0.0);
2258 [ - - ]: 0 : for (size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2259 [ - - ]: 0 : for (size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2260 : : {
2261 : 0 : auto stiffmark = m_stiffEqIdx[ieq]*ndof+idof;
2262 : 0 : auto stiffrmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2263 [ - - ]: 0 : expl_terms[ieq*ndof+idof] = m_un(e, stiffrmark)
2264 : 0 : + d->Dt() * ( expl_rkcoef[0][m_stage]
2265 [ - - ][ - - ]: 0 : * m_rhsprev(e,stiffmark)/m_lhs(e,stiffmark)
2266 : 0 : + expl_rkcoef[1][m_stage]
2267 [ - - ][ - - ]: 0 : * m_rhs(e,stiffmark)/m_lhs(e,stiffmark)
2268 : 0 : + impl_rkcoef[0][m_stage]
2269 [ - - ][ - - ]: 0 : * m_stiffrhsprev(e,ieq*ndof+idof)/m_lhs(e,stiffmark) );
2270 : : }
2271 : :
2272 : : // Compute stiff_rhs
2273 [ - - ]: 0 : g_dgpde[d->MeshId()].stiff_rhs( e, myGhosts()->m_geoElem,
2274 [ - - ][ - - ]: 0 : myGhosts()->m_inpoel, myGhosts()->m_coord,
2275 [ - - ]: 0 : m_u, m_p, m_ndof, m_stiffrhs );
2276 : :
2277 : : // Store f
2278 [ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > f(n, 0.0);
2279 [ - - ]: 0 : for (std::size_t ieq=0; ieq<m_nstiffeq; ++ieq)
2280 [ - - ]: 0 : for (std::size_t idof=0; idof<m_numEqDof[ieq]; ++idof)
2281 : : {
2282 : 0 : auto stiffrmark = m_stiffEqIdx[ieq]*rdof+idof;
2283 : 0 : auto stiffmark = m_stiffEqIdx[ieq]*ndof+idof;
2284 : 0 : f[ieq*ndof+idof] = expl_terms[ieq*ndof+idof]
2285 : 0 : + d->Dt() * impl_rkcoef[1][m_stage]
2286 [ - - ][ - - ]: 0 : * m_stiffrhs(e,ieq*ndof+idof)/m_lhs(e,stiffmark)
2287 [ - - ]: 0 : - m_u(e, stiffrmark);
2288 : : }
2289 : :
2290 : 0 : return f;
2291 : : }
2292 : :
2293 : 0 : std::vector< tk::real > DG::nonlinear_broyden(std::size_t e,
2294 : : std::vector< tk::real > x,
2295 : : bool solver_failed )
2296 : : // *****************************************************************************
2297 : : // Performs Broyden's method to solve a non-linear system on
2298 : : // element e.
2299 : : //! \param[in] e Element number
2300 : : //! \param[in,out] x Array of unknowns to solve for
2301 : : //! \param[out] solver_failed Returns true if solver did not converge
2302 : : //! \details
2303 : : //! Taken from https://en.wikipedia.org/wiki/Broyden%27s_method.
2304 : : //! The method consists in obtaining an approximation for the inverse of the
2305 : : //! Jacobian H = J^(-1) and advancing in a quasi-newton step:
2306 : : //!
2307 : : //! U[k+1] = U[k] - H[k]*F(U[k]),
2308 : : //!
2309 : : //! until F(U) is close enough to zero.
2310 : : // *****************************************************************************
2311 : : {
2312 : : // Broyden's method
2313 : : // Control parameters
2314 : 0 : std::size_t max_iter = g_inputdeck.get< tag::imex_maxiter >();
2315 : 0 : tk::real rel_tol = g_inputdeck.get< tag::imex_reltol >();
2316 : 0 : tk::real abs_tol = g_inputdeck.get< tag::imex_abstol >();
2317 : 0 : tk::real rel_err = rel_tol+1;
2318 : 0 : tk::real abs_err = abs_tol+1;
2319 : 0 : std::size_t n = x.size();
2320 : :
2321 : : // Compute f with initial guess
2322 [ - - ][ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > f = DG::nonlinear_func(e, x);
2323 : :
2324 : : // Initialize x_old and f_old
2325 [ - - ][ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > x_old(n, 0.0), f_old(n, 0.0);
2326 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2327 : : {
2328 : 0 : x_old[i] = x[i];
2329 : 0 : f_old[i] = f[i];
2330 : : }
2331 : :
2332 : : // Initialize delta_x and delta_f
2333 [ - - ][ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > delta_x(n, 0.0), delta_f(n, 0.0);
2334 : :
2335 : : // Store the norm of f initially, for relative error measure
2336 : 0 : tk::real err0 = 0.0;
2337 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2338 : 0 : err0 += f[i]*f[i];
2339 : 0 : err0 = std::sqrt(err0);
2340 : :
2341 : : // Iterate for the solution if err0 > 0
2342 : 0 : solver_failed = false;
2343 : 0 : tk::real alpha_jacob = 1.0;
2344 [ - - ]: 0 : if (err0 > abs_tol) {
2345 : :
2346 : : // Evaluate finite difference based jacobian
2347 [ - - ]: 0 : std::vector< double > jacob(n*n);
2348 : 0 : tk::real dx = 0.0;
2349 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2350 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2351 : : {
2352 : : // Set dx in the order 1% of the unknown
2353 : 0 : dx = std::max(std::abs(0.1*x[j]),1.0e-06);
2354 : : // Derivative of f[i] with respect to x[j]
2355 [ - - ]: 0 : auto x_perturb = x;
2356 : 0 : x_perturb[j] += dx;
2357 [ - - ][ - - ]: 0 : auto f_perturb = DG::nonlinear_func(e, x_perturb);
2358 : 0 : jacob[i*n+j] = (f_perturb[i]-f[i])/dx;
2359 : : }
2360 : :
2361 : : // Initialize Jacobian to be the inverse of this jacobian
2362 : 0 : lapack_int ln = static_cast< lapack_int >(n);
2363 [ - - ]: 0 : std::vector< lapack_int > ipiv(n);
2364 : :
2365 : : #ifndef NDEBUG
2366 : : lapack_int ierr =
2367 : : #endif
2368 [ - - ]: 0 : LAPACKE_dgetrf(LAPACK_ROW_MAJOR, ln, ln, jacob.data(), ln, ipiv.data());
2369 [ - - ][ - - ]: 0 : Assert(ierr==0, "Lapack error in LU factorization of FD Jacobian");
[ - - ][ - - ]
2370 : :
2371 : : #ifndef NDEBUG
2372 : : lapack_int jerr =
2373 : : #endif
2374 [ - - ]: 0 : LAPACKE_dgetri(LAPACK_ROW_MAJOR, ln, jacob.data(), ln, ipiv.data());
2375 [ - - ][ - - ]: 0 : Assert(jerr==0, "Lapack error in inverting FD Jacobian");
[ - - ][ - - ]
2376 : :
2377 : : std::vector< std::vector< tk::real > >
2378 [ - - ][ - - ]: 0 : approx_jacob(n, std::vector< tk::real >(n, 0.0));
2379 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2380 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2381 : 0 : approx_jacob[i][j] = jacob[i*n+j];
2382 : :
2383 [ - - ]: 0 : for (size_t iter=0; iter<max_iter; ++iter)
2384 : : {
2385 : :
2386 : : // Scale inverse of jacobian if things are not going well
2387 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2388 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2389 : 0 : approx_jacob[i][j] *= alpha_jacob;
2390 : :
2391 : : // Compute new solution
2392 [ - - ]: 0 : std::vector < tk::real > delta(n, 0.0);
2393 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2394 : : {
2395 : 0 : delta[i] = 0.0;
2396 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2397 : 0 : delta[i] -= approx_jacob[i][j] * f[j];
2398 : : }
2399 : :
2400 : : // Update x using line search
2401 : 0 : bool ls_failed = false;
2402 : 0 : tk::real alpha_ls = 1.0E+00;
2403 : 0 : std::size_t nline = 25;
2404 [ - - ]: 0 : auto xtest = x;
2405 [ - - ]: 0 : for (std::size_t iline = 0; iline<nline; ++iline)
2406 : : {
2407 : : // Evaluate xtest
2408 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2409 : 0 : xtest[i] = x[i] + alpha_ls*delta[i];
2410 : :
2411 : : // Compute new f(x)
2412 [ - - ][ - - ]: 0 : f = DG::nonlinear_func(e, xtest);
2413 : :
2414 : 0 : tk::real err = 0.0;
2415 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2416 : 0 : err += f[i]*f[i];
2417 : 0 : abs_err = std::sqrt(err);
2418 : :
2419 : : // If 1. The error went up
2420 : : // or 2. The function f flipped in sign
2421 : : // Reduce the factor alpha_ls
2422 : 0 : bool flipped_sign = false;
2423 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2424 [ - - ]: 0 : if (f_old[i]*f[i] < 0.0) {
2425 : 0 : flipped_sign = true;
2426 : 0 : break;
2427 : : }
2428 : :
2429 [ - - ]: 0 : if (!flipped_sign)
2430 : : {
2431 : 0 : break;
2432 : : }
2433 : : else
2434 : : {
2435 : 0 : alpha_ls *= 0.5;
2436 : : }
2437 [ - - ]: 0 : if (iline == nline-1) {
2438 : : // Try again by reducing the jacobian,
2439 : : // but only a few times, otherwise give up
2440 : 0 : alpha_jacob *= 0.5;
2441 [ - - ]: 0 : if (alpha_jacob < 1.0E-03)
2442 : 0 : solver_failed = true;
2443 : : else
2444 : 0 : ls_failed = true;
2445 : : }
2446 : : }
2447 : :
2448 [ - - ]: 0 : if (solver_failed) {
2449 : 0 : break;
2450 : : }
2451 : :
2452 [ - - ]: 0 : if (!ls_failed) {
2453 : : // Save x
2454 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2455 : 0 : x[i] = xtest[i];
2456 : :
2457 : : // Compute delta_x and delta_f
2458 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2459 : : {
2460 : 0 : delta_x[i] = x[i] - x_old[i];
2461 : 0 : delta_f[i] = f[i] - f_old[i];
2462 : : }
2463 : :
2464 : : // Update inverse Jacobian approximation
2465 : :
2466 : : // 1. Compute approx_jacob*delta_f and delta_x*jacob_approx
2467 : : tk::real sum1, sum2;
2468 [ - - ][ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > auxvec1(n, 0.0), auxvec2(n, 0.0);
2469 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2470 : : {
2471 : 0 : sum1 = 0.0;
2472 : 0 : sum2 = 0.0;
2473 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2474 : : {
2475 : 0 : sum1 += approx_jacob[i][j]*delta_f[j];
2476 : 0 : sum2 += delta_x[j]*approx_jacob[j][i];
2477 : : }
2478 : 0 : auxvec1[i] = sum1;
2479 : 0 : auxvec2[i] = sum2;
2480 : : }
2481 : :
2482 : : // 2. Compute delta_x*approx_jacob*delta_f
2483 : : // and delta_x-approx_jacob*delta_f
2484 : 0 : tk::real denom = 0.0;
2485 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2486 : : {
2487 : 0 : denom += delta_x[i]*auxvec1[i];
2488 : 0 : auxvec1[i] = delta_x[i]-auxvec1[i];
2489 : : }
2490 : :
2491 : : // 3. Divide delta_u+approx_jacob*delta_f
2492 : : // by delta_x*(approx_jacob*delta_f)
2493 [ - - ]: 0 : if (std::abs(denom) < 1.0e-18)
2494 : : {
2495 [ - - ]: 0 : if (denom < 0.0)
2496 : : {
2497 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2498 : 0 : auxvec1[i] /= -1.0e-18;
2499 : : }
2500 : : else
2501 : : {
2502 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2503 : 0 : auxvec1[i] /= 1.0e-18;
2504 : : }
2505 : : }
2506 : : else
2507 : : {
2508 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2509 : 0 : auxvec1[i] /= denom;
2510 : : }
2511 : :
2512 : : // 4. Perform outter product between the two arrays and
2513 : : // add that quantity to the new jacobian approximation
2514 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2515 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2516 : 0 : approx_jacob[i][j] += auxvec1[i] * auxvec2[j];
2517 : :
2518 : : // Compute a measure of error, use norm of f
2519 : 0 : tk::real err = 0.0;
2520 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2521 : 0 : err += f[i]*f[i];
2522 : 0 : abs_err = std::sqrt(err);
2523 : 0 : rel_err = abs_err/err0;
2524 : :
2525 : : // Save solution and f
2526 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2527 : : {
2528 : 0 : x_old[i] = x[i];
2529 : 0 : f_old[i] = f[i];
2530 : : }
2531 : :
2532 : : // check if error condition is met and loop back
2533 [ - - ][ - - ]: 0 : if (rel_err < rel_tol || abs_err < abs_tol)
2534 : : break;
2535 : :
2536 : : // If we did not converge, print a message and keep going
2537 [ - - ]: 0 : if (iter == max_iter-1)
2538 : : {
2539 : 0 : solver_failed = true;
2540 : : }
2541 : : }
2542 : : }
2543 : : }
2544 : :
2545 : 0 : return x;
2546 : : }
2547 : :
2548 : 0 : std::vector< tk::real > DG::nonlinear_newton(std::size_t e,
2549 : : std::vector< tk::real > x,
2550 : : bool solver_failed )
2551 : : // *****************************************************************************
2552 : : // Performs Newton's method to solve a non-linear system on
2553 : : // element e.
2554 : : //! \param[in] e Element number
2555 : : //! \param[in,out] x Array of unknowns to solve for
2556 : : //! \param[out] solver_failed Returns true if solver did not converge
2557 : : //! \details
2558 : : //! Taken from https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_method
2559 : : //! The method consists in inverting the jacobian
2560 : : //! Jacobian J and advancing in a Newton step:
2561 : : //!
2562 : : //! U[k+1] = U[k] - J^(-1)[k]*F(U[k]),
2563 : : //!
2564 : : //! until F(U) is close enough to zero.
2565 : : // *****************************************************************************
2566 : : {
2567 : : // Newton's method
2568 : : // Control parameters
2569 : 0 : std::size_t max_iter = g_inputdeck.get< tag::imex_maxiter >();
2570 : 0 : tk::real rel_tol = g_inputdeck.get< tag::imex_reltol >();
2571 : 0 : tk::real abs_tol = g_inputdeck.get< tag::imex_abstol >();
2572 : 0 : tk::real rel_err = rel_tol+1;
2573 : 0 : tk::real abs_err = abs_tol+1;
2574 : 0 : std::size_t n = x.size();
2575 : :
2576 : : // Define jacobian
2577 [ - - ]: 0 : std::vector< double > jacob(n*n);
2578 : :
2579 : : // Compute f with initial guess
2580 [ - - ][ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > f = DG::nonlinear_func(e, x);
2581 : :
2582 : : // Store the norm of f initially, for relative error measure
2583 : 0 : tk::real err0 = 0.0;
2584 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2585 : 0 : err0 += f[i]*f[i];
2586 : 0 : err0 = std::sqrt(err0);
2587 : 0 : auto abs_err_old = err0;
2588 : :
2589 : : // Iterate for the solution if err0 > 0
2590 : 0 : solver_failed = false;
2591 : 0 : tk::real alpha_jacob = 1.0;
2592 [ - - ]: 0 : if (err0 > abs_tol)
2593 [ - - ]: 0 : for (std::size_t iter=0; iter<max_iter; ++iter)
2594 : : {
2595 : :
2596 : : // Evaluate jacobian
2597 : 0 : tk::real dx = 0.0;
2598 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2599 [ - - ]: 0 : for (std::size_t j=0; j<n; ++j)
2600 : : {
2601 : : // Set dx in the order 1% of the unknown
2602 : 0 : dx = alpha_jacob*std::max(std::abs(0.1*x[j]),1.0e-06);
2603 : : // Derivative of f[i] with respect to x[j]
2604 [ - - ]: 0 : auto x_perturb = x;
2605 : 0 : x_perturb[j] += dx;
2606 [ - - ][ - - ]: 0 : auto f_perturb = DG::nonlinear_func(e, x_perturb);
2607 : 0 : jacob[i*n+j] = (f_perturb[i]-f[i])/dx;
2608 : : }
2609 : :
2610 : : // Compute new solution by solving linear system J*dx = -f
2611 : 0 : lapack_int ln = static_cast< lapack_int >(n);
2612 [ - - ]: 0 : std::vector< double > delta(n);
2613 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2614 : 0 : delta[i] = -f[i];
2615 : : lapack_int info;
2616 [ - - ]: 0 : std::vector< lapack_int > ipiv(n);
2617 [ - - ]: 0 : info = LAPACKE_dgesv(LAPACK_ROW_MAJOR, ln, 1, jacob.data(), ln, ipiv.data(), delta.data(), 1);
2618 : :
2619 [ - - ]: 0 : if (info != 0) {
2620 [ - - ]: 0 : printf("Failed with info: %ld\n", info);
2621 : : }
2622 : :
2623 : : // Save f as fold
2624 [ - - ]: 0 : std::vector< tk::real > fold(n);
2625 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2626 : 0 : fold[i] = f[i];
2627 : :
2628 : : // Update x using line search
2629 : 0 : bool ls_failed = false;
2630 : 0 : tk::real alpha_ls = 1.0E+00;
2631 : 0 : std::size_t nline = 25;
2632 [ - - ]: 0 : auto xtest = x;
2633 [ - - ]: 0 : for (std::size_t iline = 0; iline<nline; ++iline)
2634 : : {
2635 : : // Evaluate xtest
2636 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2637 : 0 : xtest[i] = x[i] + alpha_ls*delta[i];
2638 : :
2639 : : // Compute new f(x)
2640 [ - - ][ - - ]: 0 : f = DG::nonlinear_func(e, xtest);
2641 : :
2642 : 0 : tk::real err = 0.0;
2643 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2644 : 0 : err += f[i]*f[i];
2645 : 0 : abs_err = std::sqrt(err);
2646 : :
2647 : : // If 1. The error went up
2648 : : // or 2. The function f flipped in sign
2649 : : // Reduce the factor alpha_ls
2650 : 0 : bool flipped_sign = false;
2651 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2652 [ - - ]: 0 : if (fold[i]*f[i] < 0.0) {
2653 : 0 : flipped_sign = true;
2654 : 0 : break;
2655 : : }
2656 : :
2657 [ - - ][ - - ]: 0 : if (abs_err < abs_err_old && !flipped_sign)
2658 : : {
2659 : : break;
2660 : : }
2661 : : else
2662 : : {
2663 : 0 : alpha_ls *= 0.5;
2664 : : }
2665 [ - - ]: 0 : if (iline == nline-1) {
2666 : : //printf("Line search failed to decrease f\n");
2667 : : // Try again by reducing the jacobian,
2668 : : // but only a few times, otherwise give up
2669 : 0 : alpha_jacob *= 0.5;
2670 [ - - ]: 0 : if (alpha_jacob < 1.0E-03)
2671 : 0 : solver_failed = true;
2672 : : else
2673 : 0 : ls_failed = true;
2674 : : }
2675 : : }
2676 : :
2677 [ - - ]: 0 : if (solver_failed) {
2678 [ - - ][ - - ]: 0 : f = DG::nonlinear_func(e, x);
2679 [ - - ]: 0 : printf("\nIMEX-RK: Non-linear solver did not converge in %lu iterations\n", iter+1);
2680 [ - - ]: 0 : printf("Element #%lu\n", e);
2681 [ - - ]: 0 : printf("Relative error: %e\n", rel_err);
2682 [ - - ]: 0 : printf("Absolute error: %e\n\n", abs_err);
2683 : 0 : break;
2684 : : }
2685 : :
2686 [ - - ]: 0 : if (!ls_failed) {
2687 : : // Save x
2688 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2689 : 0 : x[i] = xtest[i];
2690 : :
2691 : : // Compute a measure of error, use norm of f
2692 : 0 : tk::real err = 0.0;
2693 [ - - ]: 0 : for (std::size_t i=0; i<n; ++i)
2694 : 0 : err += f[i]*f[i];
2695 : 0 : abs_err = std::sqrt(err);
2696 : 0 : rel_err = abs_err/err0;
2697 : :
2698 : : // check if error condition is met and loop back
2699 [ - - ][ - - ]: 0 : if (rel_err < rel_tol || abs_err < abs_tol) {
2700 : : break;
2701 : : }
2702 : :
2703 : : // If we did not converge, print a message and keep going
2704 [ - - ]: 0 : if (iter == max_iter-1)
2705 : : {
2706 [ - - ]: 0 : printf("\nIMEX-RK: Non-linear solver did not converge in %lu iterations\n", max_iter);
2707 [ - - ]: 0 : printf("Element #%lu\n", e);
2708 [ - - ]: 0 : printf("Relative error: %e\n", rel_err);
2709 [ - - ]: 0 : printf("Absolute error: %e\n\n", abs_err);
2710 : : }
2711 : : }
2712 : : }
2713 : :
2714 : 0 : return x;
2715 : :
2716 : : }
2717 : :
2718 : : #include "NoWarning/dg.def.h"
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