rio/Herezh_dev
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Herezh_dev/herezh_pp/Util/Algo_edp.cc

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C++
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// This file is part of the Herezh++ application.
//
// The finite element software Herezh++ is dedicated to the field
// of mechanics for large transformations of solid structures.
// It is developed by Gérard Rio (APP: IDDN.FR.010.0106078.000.R.P.2006.035.20600)
// INSTITUT DE RECHERCHE DUPUY DE LÔME (IRDL) <https://www.irdl.fr/>.
//
// Herezh++ is distributed under GPL 3 license ou ultérieure.
//
// Copyright (C) 1997-2021 Université Bretagne Sud (France)
// AUTHOR : Gérard Rio
// E-MAIL : gerardrio56@free.fr
//
// This program 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.
//
// This program 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 this program. If not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.
//
// For more information, please consult: <https://herezh.irdl.fr/>.
#include "Algo_edp.h"
// contiend que les méthodes qui ne sont pas des templates
#include "MathUtil.h"
#include "ConstMath.h"
// ----- def des variables statiques ---------
// ---- variables intermédiaires utilisées par la méthode Runge_Kutta_step23
double Algo_edp::AB1=1./6.,Algo_edp::AB2=2./3.,Algo_edp::AB3=1./6.
,Algo_edp::A2=1.,Algo_edp::aa2=0.5,Algo_edp::aa3=1.
,Algo_edp::bb21=0.5,Algo_edp::bb31=-1.,Algo_edp::bb32=2.
,Algo_edp::dA1=1./6,Algo_edp::dA2=-1./3.,Algo_edp::dA3=1./6.;
// ---- variables intermédiaires utilisées par la méthode Runge_Kutta_step34
double Algo_edp::A_B1=229./1470.,Algo_edp::A_B3=1125./1813.,Algo_edp::A_B4=13718./81585.
,Algo_edp::A_B5=1./18.
,Algo_edp::A_1=79./490.,Algo_edp::A_3=2175./3626.,Algo_edp::A_4=2166./9065.
,Algo_edp::a_a2=2./7.,Algo_edp::a_a3=7./15.,Algo_edp::a_a4=35./38.,Algo_edp::a_a5=1.
,Algo_edp::b_b21=2./7.
,Algo_edp::b_b31=77./900.,Algo_edp::b_b32=343./900.
,Algo_edp::b_b41=805./1444.,Algo_edp::b_b42=-77175./54872.,Algo_edp::b_b43=97125./54872.
,Algo_edp::b_b51=79./490.,Algo_edp::b_b53=2175./3626.,Algo_edp::b_b54=2166./9065.
,Algo_edp::d_A1=0.,Algo_edp::d_A3=0.,Algo_edp::d_A4=0.,Algo_edp::d_A5=1./18.;
// --- variables intermédiaires utilisées par la méthode Runge_Kutta_step45
double // d'abord les ai
Algo_edp::a2=0.2,Algo_edp::a3=0.3,Algo_edp::a4=0.6,Algo_edp::a5=1.0,Algo_edp::a6=7./8.;
// puis les bij
double
Algo_edp::b21=0.2
,Algo_edp::b31=3.0/40.0,Algo_edp::b32=9.0/40.0
,Algo_edp::b41=0.3,Algo_edp::b42 = -0.9,Algo_edp::b43=1.2
,Algo_edp::b51 = -11.0/54.0, Algo_edp::b52=2.5,Algo_edp::b53 = -70.0/27.0,Algo_edp::b54=35.0/27.0
,Algo_edp::b61=1631.0/55296.0,Algo_edp::b62=175.0/512.0,Algo_edp::b63=575.0/13824.0
,Algo_edp::b64=44275.0/110592.0,Algo_edp::b65=253.0/4096.0;
// puis les ci
double
Algo_edp::c1=37.0/378.0,Algo_edp::c3=250.0/621.0,Algo_edp::c4=125.0/594.0,Algo_edp::c6=512.0/1771.0;
// et c5-c_étoile_5
double Algo_edp::ce5 = -277.00/14336.0;
// initialisés dans le premier appel du construteur
double Algo_edp::ce1=0.,Algo_edp::ce3=0.,Algo_edp::ce4=0.,Algo_edp::ce6=0.;
// pour la méthode Pilotage_kutta (cf.rkf45)
double Algo_edp::remin = 1.0E-12;
// -------- fin des variables statiques --------
// CONSTRUCTEURS :
// constructeur par défaut
Algo_edp::Algo_edp() :
k2(1),k3(1),k4(1),k5(1),k6(1)//,f_inter(1)
,val_inter(1),der_inter(1),estime_erreur(1),coef(0.9)
,nb_cas_test(1),permet_affichage(0)
{ if (ce1 == 0.) // au premier appel on initialise
{ce1=c1-2825.0/27648.0;
ce3=c3-18575.0/48384.0;
ce4=c4-13525.0/55296.0;
ce6=c6-0.25;
};
if (d_A1==0.)
{d_A1=A_B1-A_1;
d_A3=A_B3-A_3;
d_A4=A_B4-A_4;
d_A5=A_B5;
};
// initialisation des paramètres par défaut
Init_param_val_defaut();
// --- test des routines ---- (en fonctionnement normal: commenté)
// Test_template();
};
// constructeur de copie
Algo_edp::Algo_edp(const Algo_edp& a) :
k2(a.k2),k3(a.k3),k4(a.k4),k5(a.k5),k6(a.k6)//,f_inter(a.f_inter)
,val_inter(a.val_inter),der_inter(a.der_inter),estime_erreur(a.estime_erreur),coef(a.coef)
,estime_prec_erreur(a.estime_prec_erreur)
,nb_cas_test(1),permet_affichage(0)
{ if (ce1 == 0.) // au premier appel on initialise
{ce1=c1-2825.0/27648.0;
ce3=c3-18575.0/48384.0;
ce4=c4-13525.0/55296.0;
ce6=c6-0.25;
};
// initialisation des paramètres par défaut
Init_param_val_defaut();
};
// DESTRUCTEUR :
Algo_edp::~Algo_edp()
{}
// METHODES PUBLIQUES :
// initialisation de tous les paramètres à leurs valeurs par défaut
void Algo_edp::Init_param_val_defaut()
{ nbMaxiAppel = 3000; };
// explication erreur
// affiche à l'écran l'explication de l'erreur de Pilotage_kutta
void Algo_edp::Affiche_Explication_erreur_RG(int type_erreur)
{ switch (type_erreur)
{case 2 : cout << " calcul correct "; break;
case 3 : cout << " la precision relative demandee est trop petite "; break;
case 4 : cout << " nombre maxi d'appels de la fonction, atteints "; break;
case 6 : cout << " integration impossible, due aux precisions demandees, on doit augmenter ces precisions ";break;
case 8 : cout << " cas_kutta ne correspond pas a une routine de base existante ";break;
case 9 : cout << " calcul correct, mais la derniere valeur a t, n'a pu etre calculee, "
<< " c'est la valeur a t - quelque chose qui est renvoyee "; break;
case 0 : cout << " erreur inconnue ";break;
default : cout << " type d'erreur inconnue ";break;
}
};
//==================================== méthodes privées ==============================
// on défini une fonction a intégrer
Vecteur& Algo_edp::FoncDeriv(const double & t,const Vecteur& f,Vecteur& df,int& erreur)
{ switch (nb_cas_test)
{case 1:
{df = f; // juste pour dimensionner
df(1)=cos(t);
erreur = 0;
}break;
case 2:
{df = f; // juste pour dimensionner
df(1)=cos(t);
erreur = 0;
}break;
case 3: // y" + y=0 -> y'=f, f'=-y, solution cos
{df(1) = f(2); // juste pour dimensionner
df(2) = -f(1);
erreur = 0;
}break;
case 4: // deux fonctions sin cos indépendantes
{df(1) = cos(t); // juste pour dimensionner
df(2) = -sin(t);
erreur = 0;
}break;
default:
erreur = 1;
cout << "\n cas de test non implemente !! nb_cas_test="<<nb_cas_test
<< "\n lgo_edp::FoncDeriv(..." << endl;
Sortie(1);
};
return df;
};
// on défini une fonction de vérification d'intégrité
void Algo_edp::FoncVerif_fonc(const double & ,const Vecteur& f,int& erreur)
{// ici la fonction ne vérifie quasiment rien
switch (nb_cas_test)
{case 1:
{erreur = 0;
}break;
case 2:
{erreur = 0;
}break;
case 3: // y" + y=0 -> y'=f, f'=-y, solution cos
{erreur = 0;
}break;
case 4: // deux fonctions sin cos indépendantes
{erreur = 0;
}break;
default:
erreur = 1;
cout << "\n cas de test non implemente !! nb_cas_test="<<nb_cas_test
<< "\n lgo_edp::FoncVerif_fonc(..." << endl;
Sortie(1);
};
};
// méthode test
void Algo_edp::Test_template()
{ int nb_max_test = 4; // nombre de test actuellement existant
// def de la taille du problème et des différentes constantes
int taille=0;
Vecteur val_initiale(0),der_initiale(0),val_finale(0),der_finale(0);
// affichage de l'entête
cout << "\n ----------- test de Pilotage kutta ------------- ";
//boucle sur les différentes routines de base
for (int cas_kutta=3;cas_kutta<=5;cas_kutta++)
// boucle sur les différents tests
for (nb_cas_test=1; nb_cas_test<= nb_max_test;nb_cas_test++)
{ cout << "\n \n test " << nb_cas_test;
// def de la taille
switch (nb_cas_test)
{case 1: case 2 : {taille = 1; break;}
case 3: {taille = 2;break;}
case 4: {taille = 2;break;}
};
// def des différentes variables
double tdebut=0.2,tfin=3.3,erreurAbsolue=1.e-5,erreurRelative=1.e-6;
double dernierTemps,dernierdeltat; // infos de retour
int nombreAppelF,nb_step; // infos de retour
double erreur_maxi_global; // infos de retour
// dimensionement des vecteurs
val_initiale.Change_taille(taille);
der_initiale.Change_taille(taille);
val_finale.Change_taille(taille);
der_finale.Change_taille(taille);
// init des valeurs initiales de la fonction
int nb_boucle = 1; // combien de boucle on veut faire
switch (nb_cas_test)
{case 1:{val_initiale(1)=sin(tdebut);nb_boucle = 3;break;}
case 2:{tfin = - tfin;
val_initiale(1)=sin(tdebut);break;}
case 3:{tdebut = 0.; tfin = 3.* ConstMath::Pi;
val_initiale(1)=1.;val_initiale(2)=0.;
nb_boucle = 9;
break;}
case 4:{ tdebut = 0.; tfin = 3.* ConstMath::Pi;
val_initiale(1)=sin(tdebut);val_initiale(2)=cos(tdebut);
nb_boucle = 9;
break;}
};
int erreur = 0; // init par défaut
Algo_edp::FoncDeriv(tdebut,val_initiale,der_initiale,erreur);
if (erreur) // gestion d'une erreur éventuelle
{ cout << "\n erreur 1 dans le calcul de FoncDeriv, le test n'est pas correct "
<< "\n Algo_edp::Test_template() " << endl;
Sortie(1);
};
// premier appel directe de kutta
double deltat = tfin-tdebut;
switch (cas_kutta)
{case 3: Runge_Kutta_step23(*this,& Algo_edp::FoncDeriv,& Algo_edp::FoncVerif_fonc
,val_initiale,der_initiale,tdebut,deltat
,val_finale,estime_erreur); break;
case 4: Runge_Kutta_step34(*this,& Algo_edp::FoncDeriv,& Algo_edp::FoncVerif_fonc
,val_initiale,der_initiale,tdebut,deltat
,val_finale,estime_erreur); break;
case 5: Runge_Kutta_step45(*this,& Algo_edp::FoncDeriv,& Algo_edp::FoncVerif_fonc
,val_initiale,der_initiale,tdebut,deltat
,val_finale,estime_erreur); break;
};
switch (nb_cas_test)
{case 1:
{cout << "\n --- appel directe de kutta test 1 --- "
<< "\n valeur finale "<< val_finale(1) << " exacte " << sin(tfin)
<< " erreur " << (val_finale(1)-sin(tfin)) << " estime " << estime_erreur(1);
break;
}
case 2:
{cout << "\n --- appel directe de kutta test 2 --- "
<< "\n valeur finale "<< val_finale(1) << " exacte " << sin(tfin)
<< " erreur " << (val_finale(1)-sin(tfin)) << " estime " << estime_erreur(1);
break;
}
};
// appel de la fonction maitre
double tdeb=tdebut; double intertemps=(tfin-tdebut)/nb_boucle;
double tfi=tdeb;
for (int iboucle = 1; iboucle <= nb_boucle; iboucle++)
{ tdeb=tfi; tfi+=intertemps;
Algo_edp::FoncDeriv(tdeb,val_initiale,der_initiale,erreur);
if (erreur) // gestion d'une erreur éventuelle
{ cout << "\n erreur dans le calcul de FoncDeriv, le test n'est pas correct "
<< "\n Algo_edp::Test_template() " << endl;
Sortie(1);
};
int conver=this->Pilotage_kutta
(cas_kutta,*this,& Algo_edp::FoncDeriv,& Algo_edp::FoncVerif_fonc
,val_initiale,der_initiale
,tdeb,tfi,erreurAbsolue,erreurRelative
,val_finale,der_finale,dernierTemps,dernierdeltat
,nombreAppelF,nb_step,erreur_maxi_global);
// affichage des informations
switch (nb_cas_test)
{case 1:
{cout << "\n iter= " << iboucle << " valeur finale "<< val_finale(1) << " exacte " << sin(tfi)
<< " erreur " << (val_finale(1)-sin(tfi)) << " estime " << erreur_maxi_global
<< " nb step " << nb_step << " nombre d'appel " << nombreAppelF
<< " dernier temps " << dernierTemps << " dernier deltat " << dernierdeltat;
break;
}
case 2:
{cout << "\n iter= " << iboucle << " valeur finale "<< val_finale(1) << " exacte " << sin(tfi)
<< " erreur " << (val_finale(1)-sin(tfi)) << " estime " << erreur_maxi_global
<< " nb step " << nb_step << " nombre d'appel " << nombreAppelF
<< " dernier temps " << dernierTemps << " dernier deltat " << dernierdeltat;
break;
}
case 3 :
{cout << "\n iter= " << iboucle << " valfin1 "<< val_finale(1) << " exact " << cos(tfi)
<< " valfin2 "<< val_finale(2) << " exact " << -sin(tfi)
<< " err1 " << (val_finale(1)-cos(tfi))
<< " err2 " << (val_finale(2)+sin(tfi)) << " estime " << erreur_maxi_global
<< " nb step " << nb_step << " nbappel " << nombreAppelF
<< " dertemps " << dernierTemps << " derdeltat " << dernierdeltat;
break;
}
case 4 :
{cout << "\n iter= " << iboucle << " valfin1 "<< val_finale(1) << " exact " << sin(tfi)
<< " valfin2 "<< val_finale(2) << " exact " << cos(tfi)
<< " err1 " << (val_finale(1)-sin(tfi))
<< " err2 " << (val_finale(2)-cos(tfi)) << " estime " << erreur_maxi_global
<< " nb step " << nb_step << " nbappel " << nombreAppelF
<< " dertemps " << dernierTemps << " derdeltat " << dernierdeltat;
break;
}
};
// prépa de la boucle suivante
val_initiale=val_finale; der_initiale=der_finale;
};
};
// fin programmé
Sortie(1);
};
//**********************************************************************
//
// Purpose:
//
// TIMESTAMP prints the current YMDHMS date as a time stamp.
//
// Example:
//
// May 31 2001 09:45:54 AM
//
// Modified:
//
// 24 September 2003
//
// Author:
//
// John Burkardt
//
// Parameters:
//
// None
//
void Algo_edp::timestamp ( void )
{
#define TIME_SIZE 40
static char time_buffer[TIME_SIZE];
const struct tm *tm;
size_t len;
time_t now;
now = time ( NULL );
tm = localtime ( &now );
len = strftime ( time_buffer, TIME_SIZE, "%d %B %Y %I:%M:%S %p", tm );
cout << time_buffer << "\n";
return;
#undef TIME_SIZE
};
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