xref: /libCEED/tests/t592-operator.c (revision fb133d4b0da93cd2b1f52e39cd1305dc4c4450c3)
1e13f2367SZach Atkins /// @file
2e13f2367SZach Atkins /// Test assembly of mass matrix operator QFunction at points
3*fb133d4bSJeremy L Thompson /// \test Test assembly of mass matrix operator QFunction at points
4e13f2367SZach Atkins #include <ceed.h>
5e13f2367SZach Atkins #include <math.h>
6e13f2367SZach Atkins #include <stdio.h>
7e13f2367SZach Atkins #include <stdlib.h>
8e13f2367SZach Atkins 
9e13f2367SZach Atkins #include "t591-operator.h"
10e13f2367SZach Atkins 
11e13f2367SZach Atkins int main(int argc, char **argv) {
12e13f2367SZach Atkins   Ceed    ceed;
13e13f2367SZach Atkins   CeedInt num_elem_1d = 3, num_elem = num_elem_1d * num_elem_1d, dim = 2, p = 3, q = 5;
14e13f2367SZach Atkins   CeedInt num_nodes = (num_elem_1d * (p - 1) + 1) * (num_elem_1d * (p - 1) + 1), num_points_per_elem = 4, num_points = num_elem * num_points_per_elem;
15e13f2367SZach Atkins   CeedVector          x_points, x_elem, q_data, u, v, qf_assembled;
16e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestriction elem_restriction_x_points, elem_restriction_q_data, elem_restriction_x, elem_restriction_u, elem_restriction_assembled;
17e13f2367SZach Atkins   CeedBasis           basis_x, basis_u;
18e13f2367SZach Atkins   CeedQFunction       qf_setup, qf_mass;
19e13f2367SZach Atkins   CeedOperator        op_setup, op_mass;
20e13f2367SZach Atkins   bool                is_at_points;
21e13f2367SZach Atkins 
22e13f2367SZach Atkins   CeedInit(argv[1], &ceed);
23e13f2367SZach Atkins 
24e13f2367SZach Atkins   // Point reference coordinates
25e13f2367SZach Atkins   CeedVectorCreate(ceed, dim * num_points, &x_points);
26e13f2367SZach Atkins   {
27e13f2367SZach Atkins     CeedScalar x_array[dim * num_points];
28e13f2367SZach Atkins 
29e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt e = 0; e < num_elem; e++) {
30e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) {
31e13f2367SZach Atkins         x_array[num_points_per_elem * (e * dim + d) + 0] = 0.25;
32e13f2367SZach Atkins         x_array[num_points_per_elem * (e * dim + d) + 1] = d == 0 ? -0.25 : 0.25;
33e13f2367SZach Atkins         x_array[num_points_per_elem * (e * dim + d) + 2] = d == 0 ? 0.25 : -0.25;
34e13f2367SZach Atkins         x_array[num_points_per_elem * (e * dim + d) + 3] = 0.25;
35e13f2367SZach Atkins       }
36e13f2367SZach Atkins     }
37e13f2367SZach Atkins     CeedVectorSetArray(x_points, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, x_array);
38e13f2367SZach Atkins   }
39e13f2367SZach Atkins   {
40e13f2367SZach Atkins     CeedInt ind_x[num_elem + 1 + num_points];
41e13f2367SZach Atkins 
42e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt i = 0; i <= num_elem; i++) ind_x[i] = num_elem + 1 + i * num_points_per_elem;
43e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt i = 0; i < num_points; i++) ind_x[num_elem + 1 + i] = i;
44e13f2367SZach Atkins     CeedElemRestrictionCreateAtPoints(ceed, num_elem, num_points, dim, num_points * dim, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, ind_x,
45e13f2367SZach Atkins                                       &elem_restriction_x_points);
46e13f2367SZach Atkins     CeedElemRestrictionCreateAtPoints(ceed, num_elem, num_points, 1, num_points, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, ind_x, &elem_restriction_q_data);
47e13f2367SZach Atkins   }
48e13f2367SZach Atkins 
49e13f2367SZach Atkins   // Q data
50e13f2367SZach Atkins   CeedVectorCreate(ceed, num_points, &q_data);
51e13f2367SZach Atkins 
52e13f2367SZach Atkins   // Cell coordinates
53e13f2367SZach Atkins   {
54e13f2367SZach Atkins     CeedInt p = 2, num_nodes = (num_elem_1d * (p - 1) + 1) * (num_elem_1d * (p - 1) + 1);
55e13f2367SZach Atkins     CeedInt ind_x[num_elem * p * p];
56e13f2367SZach Atkins 
57e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt e = 0; e < num_elem; e++) {
58e13f2367SZach Atkins       CeedInt elem_xy[2] = {1, 1}, n_d[2] = {0, 0};
59e13f2367SZach Atkins 
60e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) n_d[d] = num_elem_1d * (p - 1) + 1;
61e13f2367SZach Atkins       {
62e13f2367SZach Atkins         CeedInt r_e = e;
63e13f2367SZach Atkins 
64e13f2367SZach Atkins         for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) {
65e13f2367SZach Atkins           elem_xy[d] = r_e % num_elem_1d;
66e13f2367SZach Atkins           r_e /= num_elem_1d;
67e13f2367SZach Atkins         }
68e13f2367SZach Atkins       }
69e13f2367SZach Atkins       CeedInt num_nodes_in_elem = p * p, *elem_nodes = ind_x + e * num_nodes_in_elem;
70e13f2367SZach Atkins 
71e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt n = 0; n < num_nodes_in_elem; n++) {
72e13f2367SZach Atkins         CeedInt g_node = 0, g_node_stride = 1, r_node = n;
73e13f2367SZach Atkins 
74e13f2367SZach Atkins         for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) {
75e13f2367SZach Atkins           g_node += (elem_xy[d] * (p - 1) + r_node % p) * g_node_stride;
76e13f2367SZach Atkins           g_node_stride *= n_d[d];
77e13f2367SZach Atkins           r_node /= p;
78e13f2367SZach Atkins         }
79e13f2367SZach Atkins         elem_nodes[n] = p * g_node;
80e13f2367SZach Atkins       }
81e13f2367SZach Atkins     }
82e13f2367SZach Atkins     CeedElemRestrictionCreate(ceed, num_elem, p * p, dim, 1, dim * num_nodes, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, ind_x, &elem_restriction_x);
83e13f2367SZach Atkins     CeedVectorCreate(ceed, dim * num_nodes, &x_elem);
84e13f2367SZach Atkins     {
85e13f2367SZach Atkins       CeedScalar x_array[dim * num_nodes];
86e13f2367SZach Atkins 
87e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt i = 0; i <= num_elem_1d; i++) {
88e13f2367SZach Atkins         for (CeedInt j = 0; j <= num_elem_1d; j++) {
89e13f2367SZach Atkins           x_array[(i * (num_elem_1d + 1) + j) * dim + 0] = j;
90e13f2367SZach Atkins           x_array[(i * (num_elem_1d + 1) + j) * dim + 1] = i;
91e13f2367SZach Atkins         }
92e13f2367SZach Atkins       }
93e13f2367SZach Atkins       CeedVectorSetArray(x_elem, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, x_array);
94e13f2367SZach Atkins     }
95e13f2367SZach Atkins   }
96e13f2367SZach Atkins 
97e13f2367SZach Atkins   CeedBasisCreateTensorH1Lagrange(ceed, dim, dim, 2, q, CEED_GAUSS, &basis_x);
98e13f2367SZach Atkins 
99e13f2367SZach Atkins   // Cell solution
100e13f2367SZach Atkins   {
101e13f2367SZach Atkins     CeedInt ind_u[num_elem * p * p];
102e13f2367SZach Atkins 
103e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt e = 0; e < num_elem; e++) {
104e13f2367SZach Atkins       CeedInt elem_xy[2] = {1, 1}, n_d[2] = {0, 0};
105e13f2367SZach Atkins 
106e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) n_d[d] = num_elem_1d * (p - 1) + 1;
107e13f2367SZach Atkins       {
108e13f2367SZach Atkins         CeedInt r_e = e;
109e13f2367SZach Atkins 
110e13f2367SZach Atkins         for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) {
111e13f2367SZach Atkins           elem_xy[d] = r_e % num_elem_1d;
112e13f2367SZach Atkins           r_e /= num_elem_1d;
113e13f2367SZach Atkins         }
114e13f2367SZach Atkins       }
115e13f2367SZach Atkins       CeedInt num_nodes_in_elem = p * p, *elem_nodes = ind_u + e * num_nodes_in_elem;
116e13f2367SZach Atkins 
117e13f2367SZach Atkins       for (CeedInt n = 0; n < num_nodes_in_elem; n++) {
118e13f2367SZach Atkins         CeedInt g_node = 0, g_node_stride = 1, r_node = n;
119e13f2367SZach Atkins 
120e13f2367SZach Atkins         for (CeedInt d = 0; d < dim; d++) {
121e13f2367SZach Atkins           g_node += (elem_xy[d] * (p - 1) + r_node % p) * g_node_stride;
122e13f2367SZach Atkins           g_node_stride *= n_d[d];
123e13f2367SZach Atkins           r_node /= p;
124e13f2367SZach Atkins         }
125e13f2367SZach Atkins         elem_nodes[n] = g_node;
126e13f2367SZach Atkins       }
127e13f2367SZach Atkins     }
128e13f2367SZach Atkins     CeedElemRestrictionCreate(ceed, num_elem, p * p, 1, 1, num_nodes, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, ind_u, &elem_restriction_u);
129e13f2367SZach Atkins   }
130e13f2367SZach Atkins   CeedBasisCreateTensorH1Lagrange(ceed, dim, 1, p, q, CEED_GAUSS, &basis_u);
131e13f2367SZach Atkins 
132e13f2367SZach Atkins   // Setup geometric scaling
133e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionCreateInterior(ceed, 1, setup, setup_loc, &qf_setup);
134e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddInput(qf_setup, "x", dim * dim, CEED_EVAL_GRAD);
135e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddInput(qf_setup, "weight", 1, CEED_EVAL_WEIGHT);
136e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddOutput(qf_setup, "rho", 1, CEED_EVAL_NONE);
137e13f2367SZach Atkins 
138e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorCreateAtPoints(ceed, qf_setup, CEED_QFUNCTION_NONE, CEED_QFUNCTION_NONE, &op_setup);
139e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_setup, "x", elem_restriction_x, basis_x, CEED_VECTOR_ACTIVE);
140e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_setup, "weight", CEED_ELEMRESTRICTION_NONE, basis_x, CEED_VECTOR_NONE);
141e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_setup, "rho", elem_restriction_q_data, CEED_BASIS_NONE, CEED_VECTOR_ACTIVE);
142e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorAtPointsSetPoints(op_setup, elem_restriction_x_points, x_points);
143e13f2367SZach Atkins 
144e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorApply(op_setup, x_elem, q_data, CEED_REQUEST_IMMEDIATE);
145e13f2367SZach Atkins 
146e13f2367SZach Atkins   // Mass operator
147e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionCreateInterior(ceed, 1, mass, mass_loc, &qf_mass);
148e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddInput(qf_mass, "u", 1, CEED_EVAL_INTERP);
149e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddInput(qf_mass, "rho", 1, CEED_EVAL_NONE);
150e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionAddOutput(qf_mass, "v", 1, CEED_EVAL_INTERP);
151e13f2367SZach Atkins 
152e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorCreateAtPoints(ceed, qf_mass, CEED_QFUNCTION_NONE, CEED_QFUNCTION_NONE, &op_mass);
153e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_mass, "u", elem_restriction_u, basis_u, CEED_VECTOR_ACTIVE);
154e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_mass, "rho", elem_restriction_q_data, CEED_BASIS_NONE, q_data);
155e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetField(op_mass, "v", elem_restriction_u, basis_u, CEED_VECTOR_ACTIVE);
156e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorAtPointsSetPoints(op_mass, elem_restriction_x_points, x_points);
157e13f2367SZach Atkins 
158e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorIsAtPoints(op_mass, &is_at_points);
159e13f2367SZach Atkins   if (!is_at_points) printf("Error: Operator should be at points\n");
160e13f2367SZach Atkins 
161e13f2367SZach Atkins   CeedVectorCreate(ceed, num_nodes, &u);
162e13f2367SZach Atkins   CeedVectorSetValue(u, 1.0);
163e13f2367SZach Atkins   CeedVectorCreate(ceed, num_nodes, &v);
164e13f2367SZach Atkins 
165e13f2367SZach Atkins   // Assemble QFunction
166e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetQFunctionAssemblyReuse(op_mass, true);
167e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorSetQFunctionAssemblyDataUpdateNeeded(op_mass, true);
168e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorLinearAssembleQFunction(op_mass, &qf_assembled, &elem_restriction_assembled, CEED_REQUEST_IMMEDIATE);
169e13f2367SZach Atkins 
170e13f2367SZach Atkins   // Check output
171e13f2367SZach Atkins   {
172e13f2367SZach Atkins     const CeedScalar *assembled_array, *q_data_array;
173e13f2367SZach Atkins 
174e13f2367SZach Atkins     CeedVectorGetArrayRead(qf_assembled, CEED_MEM_HOST, &assembled_array);
175e13f2367SZach Atkins     CeedVectorGetArrayRead(q_data, CEED_MEM_HOST, &q_data_array);
176e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt i = 0; i < num_points; i++)
177e13f2367SZach Atkins       if (fabs(q_data_array[i] - assembled_array[i]) > 1e-9) {
178e13f2367SZach Atkins         // LCOV_EXCL_START
179e13f2367SZach Atkins         printf("Error: qf_assembled[%" CeedInt_FMT "] = %f != %f\n", i, assembled_array[i], q_data_array[i]);
180e13f2367SZach Atkins         // LCOV_EXCL_STOP
181e13f2367SZach Atkins       }
182e13f2367SZach Atkins     CeedVectorRestoreArrayRead(qf_assembled, &assembled_array);
183e13f2367SZach Atkins     CeedVectorRestoreArrayRead(q_data, &q_data_array);
184e13f2367SZach Atkins   }
185e13f2367SZach Atkins 
186e13f2367SZach Atkins   // Apply original Mass Operator
187e13f2367SZach Atkins   CeedVectorSetValue(u, 1.0);
188e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorApply(op_mass, u, v, CEED_REQUEST_IMMEDIATE);
189e13f2367SZach Atkins 
190e13f2367SZach Atkins   // Check output
191e13f2367SZach Atkins   {
192e13f2367SZach Atkins     const CeedScalar *v_array;
193e13f2367SZach Atkins     CeedScalar        area = 0.0;
194e13f2367SZach Atkins 
195e13f2367SZach Atkins     CeedVectorGetArrayRead(v, CEED_MEM_HOST, &v_array);
196e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt i = 0; i < num_nodes; i++) area += v_array[i];
197e13f2367SZach Atkins     if (fabs(area - 1.0 * num_elem) > CEED_EPSILON * 5e3) printf("Error: True operator computed area = %f != 1.0\n", area);
198e13f2367SZach Atkins     CeedVectorRestoreArrayRead(v, &v_array);
199e13f2367SZach Atkins   }
200e13f2367SZach Atkins 
201e13f2367SZach Atkins   // Switch to new q_data
202e13f2367SZach Atkins   {
203e13f2367SZach Atkins     const CeedScalar *assembled_array;
204e13f2367SZach Atkins 
205e13f2367SZach Atkins     CeedVectorGetArrayRead(qf_assembled, CEED_MEM_HOST, &assembled_array);
206e13f2367SZach Atkins     CeedVectorSetArray(q_data, CEED_MEM_HOST, CEED_COPY_VALUES, (CeedScalar *)assembled_array);
207e13f2367SZach Atkins     CeedVectorRestoreArrayRead(qf_assembled, &assembled_array);
208e13f2367SZach Atkins   }
209e13f2367SZach Atkins 
210e13f2367SZach Atkins   // Apply new Mass Operator
211e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorApply(op_mass, u, v, CEED_REQUEST_IMMEDIATE);
212e13f2367SZach Atkins 
213e13f2367SZach Atkins   // Check output
214e13f2367SZach Atkins   {
215e13f2367SZach Atkins     const CeedScalar *v_array;
216e13f2367SZach Atkins     CeedScalar        area = 0.0;
217e13f2367SZach Atkins 
218e13f2367SZach Atkins     CeedVectorGetArrayRead(v, CEED_MEM_HOST, &v_array);
219e13f2367SZach Atkins     for (CeedInt i = 0; i < num_nodes; i++) area += v_array[i];
220e13f2367SZach Atkins     CeedVectorRestoreArrayRead(v, &v_array);
221e13f2367SZach Atkins     if (fabs(area - 1.0 * num_elem) > CEED_EPSILON * 5e3) printf("Error: Linearized operator computed area = %f != 1.0\n", area);
222e13f2367SZach Atkins   }
223e13f2367SZach Atkins 
224e13f2367SZach Atkins   // Cleanup
225e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&qf_assembled);
226e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&q_data);
227e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&u);
228e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&v);
229e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&x_points);
230e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&q_data);
231e13f2367SZach Atkins   CeedVectorDestroy(&x_elem);
232e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestrictionDestroy(&elem_restriction_q_data);
233e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestrictionDestroy(&elem_restriction_x);
234e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestrictionDestroy(&elem_restriction_x_points);
235e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestrictionDestroy(&elem_restriction_u);
236e13f2367SZach Atkins   CeedElemRestrictionDestroy(&elem_restriction_assembled);
237e13f2367SZach Atkins   CeedBasisDestroy(&basis_x);
238e13f2367SZach Atkins   CeedBasisDestroy(&basis_u);
239e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionDestroy(&qf_setup);
240e13f2367SZach Atkins   CeedQFunctionDestroy(&qf_mass);
241e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorDestroy(&op_setup);
242e13f2367SZach Atkins   CeedOperatorDestroy(&op_mass);
243e13f2367SZach Atkins   CeedDestroy(&ceed);
244e13f2367SZach Atkins   return 0;
245e13f2367SZach Atkins }
246