mirror of
https://github.com/OPM/opm-simulators.git
synced 2025-02-25 18:55:30 -06:00
Add simple library for automatic differentiation
No build system or automatic test cases at this point.
This commit is contained in:
parent
33f2623257
commit
b05f65ae70
310
AutoDiff.hpp
Normal file
310
AutoDiff.hpp
Normal file
@ -0,0 +1,310 @@
|
|||||||
|
/*===========================================================================
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// File: AutoDiff.hpp
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Created: 2013-04-29 10:51:23+0200
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Authors: Knut-Andreas Lie <Knut-Andreas.Lie@sintef.no>
|
||||||
|
// Halvor M. Nilsen <HalvorMoll.Nilsen@sintef.no>
|
||||||
|
// Atgeirr F. Rasmussen <atgeirr@sintef.no>
|
||||||
|
// Xavier Raynaud <Xavier.Raynaud@sintef.no>
|
||||||
|
// Bård Skaflestad <Bard.Skaflestad@sintef.no>
|
||||||
|
//
|
||||||
|
//==========================================================================*/
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
Copyright 2013 SINTEF ICT, Applied Mathematics.
|
||||||
|
Copyright 2013 Statoil ASA.
|
||||||
|
|
||||||
|
This file is part of the Open Porous Media Project (OPM).
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is free software: you can redistribute it and/or modify
|
||||||
|
it under the terms of the GNU General Public License as published by
|
||||||
|
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
|
||||||
|
(at your option) any later version.
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is distributed in the hope that it will be useful,
|
||||||
|
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
|
||||||
|
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
|
||||||
|
GNU General Public License for more details.
|
||||||
|
|
||||||
|
You should have received a copy of the GNU General Public License
|
||||||
|
along with OPM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <cmath>
|
||||||
|
|
||||||
|
#ifndef OPM_AUTODIFF_HPP_HEADER
|
||||||
|
#define OPM_AUTODIFF_HPP_HEADER
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace AutoDiff {
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
class Forward {
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
explicit Forward(const Scalar& x)
|
||||||
|
: x_(x), dx_(Scalar(1))
|
||||||
|
{}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward(const Scalar x, const Scalar dx)
|
||||||
|
: x_(x), dx_(dx)
|
||||||
|
{}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator +=(const Scalar& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ += rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator +=(const Forward& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ += rhs.x_;
|
||||||
|
dx_ += rhs.dx_;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator -=(const Scalar& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ -= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator -=(const Forward& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ -= rhs.x_;
|
||||||
|
dx_ -= rhs.dx_;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator *=(const Scalar& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ *= rhs;
|
||||||
|
dx_ *= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator *=(const Forward& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ *= rhs.x_;
|
||||||
|
dx_ *= dx_*rhs.x_ + x_*rhs.dx_;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator /=(const Scalar& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ /= rhs;
|
||||||
|
dx_ /= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward&
|
||||||
|
operator /=(const Forward& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
x_ /= rhs.x_;
|
||||||
|
dx_ = (dx_*rhs.x_ - x_*rhs.dx_) / (rhs.x_ * rhs.x_);
|
||||||
|
|
||||||
|
return *this;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <class Ostream>
|
||||||
|
Ostream&
|
||||||
|
print(Ostream& os) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
os << "(x,dx) = (" << x_ << ',' << dx_ << ")";
|
||||||
|
|
||||||
|
return os;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
const Scalar val() const { return x_ ; }
|
||||||
|
const Scalar der() const { return dx_; }
|
||||||
|
|
||||||
|
private:
|
||||||
|
Scalar x_ ;
|
||||||
|
Scalar dx_;
|
||||||
|
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
template <class Ostream, typename Scalar>
|
||||||
|
Ostream&
|
||||||
|
operator<<(Ostream& os, const Forward<Scalar>& fw)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
return fw.print(os);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator +(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret += rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator +(const T lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = rhs;
|
||||||
|
ret += Scalar(lhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator +(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const T rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret += Scalar(rhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator -(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret -= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator -(const T lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret(Scalar(lhs) - rhs.val(), -rhs.der());
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator -(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const T rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret -= Scalar(rhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator *(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret *= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator *(const T lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = rhs;
|
||||||
|
ret *= Scalar(lhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator *(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const T rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret *= Scalar(rhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator /(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret = lhs;
|
||||||
|
ret /= rhs;
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator /(const T lhs,
|
||||||
|
const Forward<Scalar>& rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Scalar a = Scalar(lhs) / rhs.val();
|
||||||
|
Scalar b = -Scalar(lhs) / (rhs.val() * rhs.val());
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret(a, b);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar, typename T>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
operator /(const Forward<Scalar>& lhs,
|
||||||
|
const T rhs)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Scalar a = rhs.val() / Scalar(lhs);
|
||||||
|
Scalar b = rhs.der() / Scalar(lhs);
|
||||||
|
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret(a, b);
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
cos(const Forward<Scalar>& x)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret( std::cos(x.val()),
|
||||||
|
-std::sin(x.val()) * x.der());
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
template <typename Scalar>
|
||||||
|
Forward<Scalar>
|
||||||
|
sqrt(const Forward<Scalar>& x)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
Scalar a = std::sqrt(x.val());
|
||||||
|
Scalar b = Scalar(1.0) / (Scalar(2.0) * a);
|
||||||
|
Forward<Scalar> ret(a, b * x.der());
|
||||||
|
|
||||||
|
return ret;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
} // namespace AutoDiff
|
||||||
|
|
||||||
|
namespace std {
|
||||||
|
using AutoDiff::cos;
|
||||||
|
using AutoDiff::sqrt;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#endif /* OPM_AUTODIFF_HPP_HEADER */
|
101
find_zero.cpp
Normal file
101
find_zero.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,101 @@
|
|||||||
|
/*===========================================================================
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// File: find_zero.cpp
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Created: 2013-04-29 11:58:29+0200
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Authors: Knut-Andreas Lie <Knut-Andreas.Lie@sintef.no>
|
||||||
|
// Halvor M. Nilsen <HalvorMoll.Nilsen@sintef.no>
|
||||||
|
// Atgeirr F. Rasmussen <atgeirr@sintef.no>
|
||||||
|
// Xavier Raynaud <Xavier.Raynaud@sintef.no>
|
||||||
|
// Bård Skaflestad <Bard.Skaflestad@sintef.no>
|
||||||
|
//
|
||||||
|
//==========================================================================*/
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
Copyright 2013 SINTEF ICT, Applied Mathematics.
|
||||||
|
Copyright 2013 Statoil ASA.
|
||||||
|
|
||||||
|
This file is part of the Open Porous Media Project (OPM).
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is free software: you can redistribute it and/or modify
|
||||||
|
it under the terms of the GNU General Public License as published by
|
||||||
|
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
|
||||||
|
(at your option) any later version.
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is distributed in the hope that it will be useful,
|
||||||
|
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
|
||||||
|
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
|
||||||
|
GNU General Public License for more details.
|
||||||
|
|
||||||
|
You should have received a copy of the GNU General Public License
|
||||||
|
along with OPM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "AutoDiff.hpp"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <iostream>
|
||||||
|
#include <cmath>
|
||||||
|
|
||||||
|
struct Func
|
||||||
|
{
|
||||||
|
template <typename T>
|
||||||
|
T operator()(T x) const
|
||||||
|
{
|
||||||
|
#if 1
|
||||||
|
T r = std::sqrt(std::cos(x * x) + x) - 1.2;
|
||||||
|
return r;
|
||||||
|
#else
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
// const int n = 6;
|
||||||
|
// double xv[6] = { 0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 };
|
||||||
|
// double yv[6] = { -0.5, -0.3, -0.1, 0.1, 0.3, 0.5 };
|
||||||
|
// int interv = -1;
|
||||||
|
// for (int i = 0; i < n; ++i) {
|
||||||
|
// if (x < xv[i]) {
|
||||||
|
// interv = i - 1;
|
||||||
|
// break;
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
// }
|
||||||
|
// T t = (x - xv[interv])/(xv[interv+1] - xv[interv]);
|
||||||
|
// return (1.0 - t)*yv[interv] + t*yv[interv+1];
|
||||||
|
#endif
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
// template <class ErrorPolicy = ThrowOnError>
|
||||||
|
class Newton
|
||||||
|
{
|
||||||
|
public:
|
||||||
|
/// Implements a scalar Newton solve.
|
||||||
|
template <class Functor>
|
||||||
|
inline static double solve(const Functor& f,
|
||||||
|
const double initial_guess,
|
||||||
|
const int max_iter,
|
||||||
|
const double tolerance,
|
||||||
|
int& iterations_used)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double x = initial_guess;
|
||||||
|
iterations_used = 0;
|
||||||
|
while (std::abs(f(x)) > tolerance && ++iterations_used < max_iter) {
|
||||||
|
AutoDiff::Forward<double> xfad(x);
|
||||||
|
AutoDiff::Forward<double> rfad = f(xfad);
|
||||||
|
x = x - rfad.val()/rfad.der();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
return x;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
};
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
int main()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int iter = 0;
|
||||||
|
const double atol = 1.0e-13;
|
||||||
|
const double soln = Newton::solve(Func(), 0.1, 30, atol, iter);
|
||||||
|
|
||||||
|
std::cout.precision(16);
|
||||||
|
std::cout << "Solution is: " << soln
|
||||||
|
<< " using " << iter << " iterations." << '\n';
|
||||||
|
std::cout << " f(x) = " << Func()(soln) << '\n';
|
||||||
|
}
|
67
test_ad.cpp
Normal file
67
test_ad.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,67 @@
|
|||||||
|
/*===========================================================================
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// File: test_ad.cpp
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Created: 2013-04-29 11:12:34+0200
|
||||||
|
//
|
||||||
|
// Authors: Knut-Andreas Lie <Knut-Andreas.Lie@sintef.no>
|
||||||
|
// Halvor M. Nilsen <HalvorMoll.Nilsen@sintef.no>
|
||||||
|
// Atgeirr F. Rasmussen <atgeirr@sintef.no>
|
||||||
|
// Xavier Raynaud <Xavier.Raynaud@sintef.no>
|
||||||
|
// Bård Skaflestad <Bard.Skaflestad@sintef.no>
|
||||||
|
//
|
||||||
|
//==========================================================================*/
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
/*
|
||||||
|
Copyright 2013 SINTEF ICT, Applied Mathematics.
|
||||||
|
Copyright 2013 Statoil ASA.
|
||||||
|
|
||||||
|
This file is part of the Open Porous Media Project (OPM).
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is free software: you can redistribute it and/or modify
|
||||||
|
it under the terms of the GNU General Public License as published by
|
||||||
|
the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
|
||||||
|
(at your option) any later version.
|
||||||
|
|
||||||
|
OPM is distributed in the hope that it will be useful,
|
||||||
|
but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
|
||||||
|
MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
|
||||||
|
GNU General Public License for more details.
|
||||||
|
|
||||||
|
You should have received a copy of the GNU General Public License
|
||||||
|
along with OPM. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
|
||||||
|
*/
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "AutoDiff.hpp"
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <iostream>
|
||||||
|
|
||||||
|
int
|
||||||
|
main()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
AutoDiff::Forward<double> a(0.0);
|
||||||
|
AutoDiff::Forward<double> b(1.0);
|
||||||
|
|
||||||
|
std::cout << "a: " << a << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "b: " << b << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "a + b: " << a + b << '\n';
|
||||||
|
|
||||||
|
a = b;
|
||||||
|
std::cout << "a: " << a << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "b: " << b << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "a + b: " << a + b << '\n';
|
||||||
|
|
||||||
|
a = AutoDiff::Forward<double>(0.0);
|
||||||
|
std::cout << "a: " << a << '\n';
|
||||||
|
|
||||||
|
a += 1;
|
||||||
|
std::cout << "a: " << a << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "a + 1: " << (a + 1) << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "1 + a: " << (1.0f + a) << '\n';
|
||||||
|
|
||||||
|
a = AutoDiff::Forward<double>(1);
|
||||||
|
std::cout << "a: " << a << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "a - 1: " << (a - 1) << '\n';
|
||||||
|
std::cout << "a - b: " << (a - b) << '\n';
|
||||||
|
}
|
Loading…
Reference in New Issue
Block a user