Moving faulty RKSolverV2 to Research repository.
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Marcel Kronfeld
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2f33a002e2
commit
9c49233758
@ -1,541 +0,0 @@
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package eva2.tools.math.des;
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import java.io.Serializable;
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import java.util.Arrays;
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import eva2.tools.math.Mathematics;
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/**
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* Title: JAVA-EVA Description: Runge-Kutta Method Copyright: Copyright (c) 2002
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* Company: University of Tübingen, Computer Architecture
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*
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* @author Hannes Planatscher
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* @author Andreas Dräger
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* @author Marcel Kronfeld
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* @version 1.0 Status: works, but numerical inaccurate
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*/
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public class RKSolverV2 extends AbstractDESSolver implements Serializable {
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/**
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||||||
*
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||||||
*/
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||||||
private static final long serialVersionUID = -3383457963743552159L;
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/**
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||||||
*
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||||||
*/
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||||||
private static boolean useLinearCalc = true;
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||||||
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/**
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||||||
*
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* @param args
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*/
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public static void main(String args[]) {
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new RKSolver(0.01);
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}
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||||||
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||||||
/**
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||||||
*
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||||||
*/
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transient protected double[] k0tmp, k1tmp, k2tmp;
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/**
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||||||
*
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||||||
*/
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||||||
transient protected double[][] kVals = null;
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/**
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||||||
*
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||||||
*/
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||||||
boolean nonnegative = true;
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/**
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||||||
*
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||||||
*/
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||||||
double stepSize = 0.01;
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/**
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||||||
*
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*/
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boolean unstableFlag;
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||||||
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/**
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||||||
*
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*/
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public RKSolverV2() {
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}
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/**
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* A constructor.
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*
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* @param withLinearCalc
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* set whether the linear or old calculation method will be used.
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*/
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public RKSolverV2(boolean withLinearCalc) {
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useLinearCalc = withLinearCalc;
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}
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||||||
/**
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* put your documentation comment here
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*/
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public RKSolverV2(double stepSize) {
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||||||
this.stepSize = stepSize;
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}
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/**
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||||||
* @return
|
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*/
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public double getStepSize() {
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return stepSize;
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}
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||||||
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||||||
/**
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
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||||||
public boolean isUnstable() {
|
|
||||||
return unstableFlag;
|
|
||||||
}
|
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||||||
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||||||
/**
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||||||
* @param DES
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||||||
* @param h
|
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||||||
* @param x
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||||||
* @param Ytemp
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
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||||||
public double[] rkTerm(EventDESystem EDES, double h, double x,
|
|
||||||
double[] Ytemp) {
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||||||
double[][] K = new double[4][];
|
|
||||||
K[0] = Mathematics.svMult(h, EDES.getValue(x, Ytemp));
|
|
||||||
K[1] = Mathematics.svMult(h, EDES.getValue(x + h / 2, Mathematics
|
|
||||||
.vvAdd(Ytemp, Mathematics.svMult(0.5, K[0]))));
|
|
||||||
K[2] = Mathematics.svMult(h, EDES.getValue(x + h / 2, Mathematics
|
|
||||||
.vvAdd(Ytemp, Mathematics.svMult(0.5, K[1]))));
|
|
||||||
K[3] = Mathematics.svMult(h, EDES.getValue(x + h, Mathematics.vvAdd(
|
|
||||||
Ytemp, K[2])));
|
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||||||
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|
||||||
double[] change = Mathematics.svDiv(6, Mathematics.vvAdd(K[0],
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Mathematics.svMult(2, K[1]), Mathematics
|
|
||||||
.vvAdd(Mathematics.svMult(2, K[2]), K[3]))));
|
|
||||||
for (int k = 0; k < change.length; k++) {
|
|
||||||
if (Double.isNaN(change[k])) {
|
|
||||||
unstableFlag = true;
|
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||||||
change[k] = 0;
|
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||||||
// return result;
|
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||||||
}
|
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||||||
}
|
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||||||
return change;
|
|
||||||
}
|
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||||||
|
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||||||
/**
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||||||
* Linearized code for speed-up (no allocations).
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||||||
*
|
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||||||
* @param DES
|
|
||||||
* @param h
|
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||||||
* @param x
|
|
||||||
* @param Ytemp
|
|
||||||
* @return
|
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||||||
*/
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||||||
public void rkTerm2(EventDESystem EDES, double h, double x, double[] Ytemp,
|
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||||||
double[] res) {
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||||||
if (kVals == null) { // "static" vectors which are allocated only once
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||||||
k0tmp = new double[EDES.getDESystemDimension()];
|
|
||||||
k1tmp = new double[EDES.getDESystemDimension()];
|
|
||||||
k2tmp = new double[EDES.getDESystemDimension()];
|
|
||||||
kVals = new double[4][EDES.getDESystemDimension()];
|
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||||||
}
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||||||
|
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||||||
// double[][] K = new double[4][];
|
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||||||
EDES.getValue(x, Ytemp, kVals[0]);
|
|
||||||
Mathematics.svMult(h, kVals[0], kVals[0]);
|
|
||||||
|
|
||||||
// K[0] = svMult(h, DES.getValue(x, Ytemp));
|
|
||||||
|
|
||||||
Mathematics.svMult(0.5, kVals[0], k0tmp);
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, k0tmp, k0tmp);
|
|
||||||
EDES.getValue(x + h / 2, k0tmp, kVals[1]);
|
|
||||||
Mathematics.svMult(h, kVals[1], kVals[1]);
|
|
||||||
|
|
||||||
// K[1] = svMult(h, DES.getValue(x + h / 2, vvAdd(Ytemp, svMult(0.5,
|
|
||||||
// K[0]))));
|
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||||||
|
|
||||||
Mathematics.svMult(0.5, kVals[1], k1tmp);
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, k1tmp, k1tmp);
|
|
||||||
EDES.getValue(x + h / 2, k1tmp, kVals[2]);
|
|
||||||
Mathematics.svMult(h, kVals[2], kVals[2]);
|
|
||||||
|
|
||||||
// K[2] = svMult(h, DES.getValue(x + h / 2, vvAdd(Ytemp, svMult(0.5,
|
|
||||||
// K[1]))));
|
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||||||
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, kVals[2], k2tmp);
|
|
||||||
EDES.getValue(x + h, k2tmp, k1tmp);
|
|
||||||
Mathematics.svMult(h, k1tmp, kVals[3]);
|
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||||||
|
|
||||||
// K[3] = svMult(h, DES.getValue(x + h, vvAdd(Ytemp, K[2])));
|
|
||||||
|
|
||||||
Mathematics.svMult(2, kVals[2], k0tmp);
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(k0tmp, kVals[3], k0tmp);
|
|
||||||
|
|
||||||
Mathematics.svMult(2, kVals[1], k1tmp);
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(k1tmp, k0tmp, k2tmp);
|
|
||||||
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(kVals[0], k2tmp, k1tmp);
|
|
||||||
Mathematics.svDiv(6, k1tmp, res);
|
|
||||||
|
|
||||||
// double[] change = svDiv(6, vvAdd(K[0], vvAdd(svMult(2, K[1]),
|
|
||||||
// vvAdd(svMult(2, K[2]), K[3]))));
|
|
||||||
// for (int i=0; i<res.length; i++) {
|
|
||||||
// double diff = Math.abs(res[i]-change[i]);
|
|
||||||
// if (diff > 0.00000001) System.out.println("!!! ");
|
|
||||||
// }
|
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||||||
|
|
||||||
// double[] change = svdiv(6, vvadd(kVals[0], vvadd(svmult(2, kVals[1]),
|
|
||||||
// vvadd(svmult(2, kVals[2]), kVals[3]))));
|
|
||||||
for (int k = 0; k < res.length; k++) {
|
|
||||||
if (Double.isNaN(res[k])) {
|
|
||||||
unstableFlag = true;
|
|
||||||
res[k] = 0;
|
|
||||||
// return result;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
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||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @param stepSize
|
|
||||||
*/
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||||||
public void setStepSize(double stepSize) {
|
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||||||
this.stepSize = stepSize;
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||||||
}
|
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||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @param unstableFlag
|
|
||||||
*/
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||||||
public void setUnstableFlag(boolean unstableFlag) {
|
|
||||||
this.unstableFlag = unstableFlag;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* Set whether the linear or old calculation method will be used.
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param withLinearCalc
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
public void setWithLinearCalc(boolean withLinearCalc) {
|
|
||||||
useLinearCalc = withLinearCalc;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
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||||||
* put your documentation comment here
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||||||
*
|
|
||||||
* @param DES
|
|
||||||
* @param initialValues
|
|
||||||
* @param x
|
|
||||||
* @param h
|
|
||||||
* @param steps
|
|
||||||
* @return
|
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||||||
*/
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||||||
public double[][] solve(DESystem DES, double[] initialValues, double x,
|
|
||||||
double h, int steps) {
|
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||||||
double[] timeVector = new double[steps];
|
|
||||||
for (int i = 0; i < steps; i++)
|
|
||||||
timeVector[i] = x + i * h;
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|
||||||
return solveAtTimePoints(DES, initialValues, timeVector);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public double[][] solveAtTimePoints(EventDESystem EDES,
|
|
||||||
double[] initialValues, double[] timePoints) {
|
|
||||||
return solveAtTimePoints(EDES, initialValues, timePoints, false);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* This method returns a matrix in which the first column includes all time
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||||||
* points. Every row is composed as time and all values at this time point.
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||||||
* It uses the same integration method than the regular
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||||||
* <code>solveatTimepoints</code> method.
|
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||||||
*
|
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||||||
* @param DES
|
|
||||||
* @param initialValues
|
|
||||||
* @param timePoints
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
public double[][] solveAtTimePointsIncludingTime(EventDESystem EDES,
|
|
||||||
double[] initialValues, double[] timePoints) {
|
|
||||||
return solveAtTimePoints(EDES, initialValues, timePoints, true);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
*
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
public double[][] solveAtTimePointsWithInitialConditions(
|
|
||||||
EventDESystem EDES, double[][] initConditions, double[] timePoints) {
|
|
||||||
int order = EDES.getDESystemDimension();
|
|
||||||
double[][] result = new double[timePoints.length][order];
|
|
||||||
result[0] = initConditions[0];
|
|
||||||
double x = timePoints[0];
|
|
||||||
for (int i = 1; i < timePoints.length; i++) {
|
|
||||||
double h = stepSize;
|
|
||||||
double[] Ytemp = new double[order];
|
|
||||||
int inbetweensteps = (int) Math
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||||||
.floor((timePoints[i] - timePoints[i - 1]) / h);
|
|
||||||
Ytemp = (double[]) initConditions[i - 1].clone();
|
|
||||||
for (int j = 0; j < inbetweensteps; j++) {
|
|
||||||
double change[] = rkTerm(EDES, h, x, Ytemp);
|
|
||||||
Ytemp = Mathematics.vvAdd(Ytemp, change);
|
|
||||||
x += h;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
h = timePoints[i] - x;
|
|
||||||
double change[] = rkTerm(EDES, h, x, Ytemp);
|
|
||||||
|
|
||||||
Ytemp = Mathematics.vvAdd(Ytemp, change);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (this.nonnegative) {
|
|
||||||
for (int k = 0; k < Ytemp.length; k++) {
|
|
||||||
if (Ytemp[k] < 0) {
|
|
||||||
Ytemp[k] = 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
result[i] = Ytemp;
|
|
||||||
x += h;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return result;
|
|
||||||
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @param DES
|
|
||||||
* @param initialValues
|
|
||||||
* @param timeBegin
|
|
||||||
* @param timeEnd
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
public double[][] solveByStepSize(EventDESystem EDES,
|
|
||||||
double[] initialValues, double timeBegin, double timeEnd) {
|
|
||||||
return solveByStepSize(EDES, initialValues, timeBegin, timeEnd, false);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* @param DES
|
|
||||||
* @param initialValues
|
|
||||||
* @param timeBegin
|
|
||||||
* @param timeEnd
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
public double[][] solveByStepSizeIncludingTime(EventDESystem EDES,
|
|
||||||
double[] initialValues, double timeBegin, double timeEnd) {
|
|
||||||
return solveByStepSize(EDES, initialValues, timeBegin, timeEnd, true);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public double[] processEvents(double time, double[] Ytemp,
|
|
||||||
EventDESystem EDES) {
|
|
||||||
double[] res = new double[Ytemp.length];
|
|
||||||
// Arrays.fill(res, 0);
|
|
||||||
double[] delays = EDES.processEvents(time, Ytemp, res);
|
|
||||||
System.out.println("delay " + Arrays.toString(delays));
|
|
||||||
for (int j = 0; j < delays.length; j++)
|
|
||||||
if (!Double.isNaN(delays[j])) {
|
|
||||||
System.out.printf(
|
|
||||||
"time %s :Ytemp[%s]_old = %s\tYtemp[%s]_new = %s\n",
|
|
||||||
time, j, Ytemp[j], j, (res[j] - Ytemp[j]));
|
|
||||||
Ytemp[j] = res[j] - Ytemp[j];
|
|
||||||
} else
|
|
||||||
Ytemp[j] = 0d;
|
|
||||||
|
|
||||||
return Ytemp;
|
|
||||||
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public static boolean containsNaN(double[] arr) {
|
|
||||||
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
|
|
||||||
if (Double.isNaN(arr[i]))
|
|
||||||
return true;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return false;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
public void processEventsVoid(double time, double[] Ytemp,
|
|
||||||
EventDESystem EDES) {
|
|
||||||
double[] res = new double[Ytemp.length];
|
|
||||||
// Arrays.fill(res, 0);
|
|
||||||
double[] delays = EDES.processEvents(time, Ytemp, res);
|
|
||||||
for (int j = 0; j < delays.length; j++)
|
|
||||||
if (!Double.isNaN(delays[j])) {
|
|
||||||
// System.out.printf("Ytemp[j]_old = %s\tYtemp[j]_new = %s\n",
|
|
||||||
// Ytemp[j], res[j]);
|
|
||||||
Ytemp[j] = res[j];
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
/**
|
|
||||||
* When set to <code>TRUE</code>, <code>includeTimes</code> will make the
|
|
||||||
* solver to return a matrix with the first column containing the times. By
|
|
||||||
* default the result of the ODE solver just returns the values for Y.
|
|
||||||
*
|
|
||||||
* @param includeTimes
|
|
||||||
*/
|
|
||||||
private double[][] solveAtTimePoints(EventDESystem EDES,
|
|
||||||
double[] initialValues, double[] timePoints, boolean includeTimes) {
|
|
||||||
// sorted timepoints!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
|
|
||||||
int order = EDES.getDESystemDimension();
|
|
||||||
double result[][], x = timePoints[0];
|
|
||||||
if (includeTimes) {
|
|
||||||
result = new double[timePoints.length][order + 1];
|
|
||||||
result[0][0] = timePoints[0];
|
|
||||||
for (int i = 1; i <= order; i++)
|
|
||||||
result[0][i] = initialValues[i - 1];
|
|
||||||
} else {
|
|
||||||
result = new double[timePoints.length][order];
|
|
||||||
for (int i = 0; i < order; i++)
|
|
||||||
result[0][i] = initialValues[i];
|
|
||||||
}
|
|
||||||
// System.out.println("JavaCalled");
|
|
||||||
unstableFlag = false;
|
|
||||||
|
|
||||||
double h = stepSize;
|
|
||||||
double change[] = new double[order];
|
|
||||||
double[] Ytemp = new double[order];
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int i = 1; i < timePoints.length; i++) {
|
|
||||||
h = stepSize;
|
|
||||||
|
|
||||||
// int inbetweensteps = (int) Math.round((timePoints[i] -
|
|
||||||
// timePoints[i -
|
|
||||||
// 1]) / h + 1);
|
|
||||||
int inbetweensteps = (int) Math
|
|
||||||
.floor((timePoints[i] - timePoints[i - 1]) / h);
|
|
||||||
|
|
||||||
// System.out.println("inbetweensteps at " + i + ": " +
|
|
||||||
// inbetweensteps);
|
|
||||||
if (includeTimes)
|
|
||||||
System.arraycopy(result[i - 1], 1, Ytemp, 0,
|
|
||||||
result[i - 1].length - 1);
|
|
||||||
else
|
|
||||||
Ytemp = result[i - 1].clone();
|
|
||||||
|
|
||||||
// process events
|
|
||||||
// double[] YtempClone = processEvents(x, Ytemp.clone(), EDES);
|
|
||||||
// Ytemp = processEventsVoid(x, Ytemp,EDES);
|
|
||||||
|
|
||||||
for (int j = 0; j < inbetweensteps; j++) {
|
|
||||||
|
|
||||||
if (useLinearCalc)
|
|
||||||
rkTerm2(EDES, h, x, Ytemp, change);
|
|
||||||
else
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||||||
change = rkTerm(EDES, h, x, Ytemp);
|
|
||||||
// System.out.println("aft change 0 " + change[0]);
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||||||
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, change, Ytemp);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (this.nonnegative) {
|
|
||||||
for (int k = 0; k < Ytemp.length; k++) {
|
|
||||||
if (Ytemp[k] < 0)
|
|
||||||
Ytemp[k] = 0;
|
|
||||||
}
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||||||
}
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||||||
|
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||||||
x += h;
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||||||
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||||||
// process events
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||||||
double[] YtempClone2 = processEvents(x, Ytemp.clone(), EDES);
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||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, YtempClone2, Ytemp);
|
|
||||||
// processEventsVoid(x, Ytemp,EDES);
|
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||||||
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||||||
}
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||||||
// ohne wirkung
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||||||
// Mathematics.vvAdd(Ytemp, YtempClone, Ytemp);
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||||||
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||||||
h = timePoints[i] - x;
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||||||
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||||||
if (useLinearCalc)
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||||||
rkTerm2(EDES, h, x, Ytemp, change);
|
|
||||||
else
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|
||||||
change = rkTerm(EDES, h, x, Ytemp);
|
|
||||||
|
|
||||||
Mathematics.vvAdd(Ytemp, change, Ytemp);
|
|
||||||
|
|
||||||
if (this.nonnegative) {
|
|
||||||
for (int k = 0; k < Ytemp.length; k++) {
|
|
||||||
if (Ytemp[k] < 0)
|
|
||||||
Ytemp[k] = 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
if (includeTimes) {
|
|
||||||
result[i][0] = timePoints[i];
|
|
||||||
System.arraycopy(Ytemp, 0, result[i], 1, Ytemp.length);
|
|
||||||
} else
|
|
||||||
result[i] = Ytemp;
|
|
||||||
x += h;
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||||||
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|
||||||
}
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||||||
|
|
||||||
return result;
|
|
||||||
}
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||||||
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||||||
/**
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||||||
* @param DES
|
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||||||
* @param initialValues
|
|
||||||
* @param timeBegin
|
|
||||||
* @param timeEnd
|
|
||||||
* @return
|
|
||||||
*/
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||||||
private double[][] solveByStepSize(EventDESystem EDES,
|
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||||||
double[] initialValues, double timeBegin, double timeEnd,
|
|
||||||
boolean time) {
|
|
||||||
int numsteps = (int) Math.round(((timeEnd - timeBegin) / stepSize) + 1);
|
|
||||||
unstableFlag = false;
|
|
||||||
// System.out.println(numsteps);
|
|
||||||
int order = EDES.getDESystemDimension(), i;
|
|
||||||
double[][] result;
|
|
||||||
if (time) {
|
|
||||||
result = new double[numsteps][order + 1];
|
|
||||||
result[0][0] = timeBegin;
|
|
||||||
for (i = 0; i < order; i++)
|
|
||||||
result[0][i + 1] = initialValues[i];
|
|
||||||
} else {
|
|
||||||
result = new double[numsteps][order];
|
|
||||||
for (i = 0; i < order; i++)
|
|
||||||
result[0][i] = initialValues[i];
|
|
||||||
}
|
|
||||||
double x = timeBegin;
|
|
||||||
for (i = 1; i < numsteps; i++) {
|
|
||||||
double h = stepSize, change[] = null, Ytemp[] = null;
|
|
||||||
if (time) {
|
|
||||||
double tmp[] = new double[result[i - 1].length - 1];
|
|
||||||
System.arraycopy(result[i - 1], 1, tmp, 0,
|
|
||||||
result[i - 1].length - 1);
|
|
||||||
change = rkTerm(EDES, h, x, tmp);
|
|
||||||
Ytemp = Mathematics.vvAdd(tmp, change);
|
|
||||||
} else {
|
|
||||||
change = rkTerm(EDES, h, x, result[i - 1]);
|
|
||||||
Ytemp = Mathematics.vvAdd(result[i - 1], change);
|
|
||||||
}
|
|
||||||
if (this.nonnegative) {
|
|
||||||
for (int k = 0; k < Ytemp.length; k++) {
|
|
||||||
if (Ytemp[k] < 0)
|
|
||||||
Ytemp[k] = 0;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
}
|
|
||||||
x += h;
|
|
||||||
if (time) {
|
|
||||||
System.arraycopy(Ytemp, 0, result[i], 1, Ytemp.length);
|
|
||||||
result[i][0] = x;
|
|
||||||
} else
|
|
||||||
result[i] = Ytemp;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
return result;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// @Override
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|
||||||
public double[][] solveAtTimePoints(DESystem DES, double[] initialvalue,
|
|
||||||
double[] timepoints) {
|
|
||||||
// TODO Auto-generated method stub
|
|
||||||
return null;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
// @Override
|
|
||||||
public double[][] solveAtTimePointsWithInitialConditions(DESystem DES,
|
|
||||||
double[][] initconditions, double[] timepoints) {
|
|
||||||
// TODO Auto-generated method stub
|
|
||||||
return null;
|
|
||||||
}
|
|
||||||
|
|
||||||
}
|
|
||||||
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