xref: /petsc/src/mat/impls/htool/htool.cxx (revision f9178db3efe74a707868e3cec6ba6d8a3d666bf9)
1c7a4214aSPierre Jolivet #include <../src/mat/impls/htool/htool.hpp> /*I "petscmat.h" I*/
2c7a4214aSPierre Jolivet #include <petscblaslapack.h>
3c7a4214aSPierre Jolivet #include <set>
4c7a4214aSPierre Jolivet 
5c7a4214aSPierre Jolivet const char *const MatHtoolCompressorTypes[] = {"sympartialACA", "fullACA", "SVD"};
698e73e17SPierre Jolivet const char *const MatHtoolClusteringTypes[] = {"PCARegular", "PCAGeometric", "BoundingBox1Regular", "BoundingBox1Geometric"};
7c7a4214aSPierre Jolivet const char        HtoolCitation[]           = "@article{marchand2020two,\n"
8c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Author = {Marchand, Pierre and Claeys, Xavier and Jolivet, Pierre and Nataf, Fr\\'ed\\'eric and Tournier, Pierre-Henri},\n"
9c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Title = {Two-level preconditioning for $h$-version boundary element approximation of hypersingular operator with {GenEO}},\n"
10c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Year = {2020},\n"
11c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Publisher = {Elsevier},\n"
12c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Journal = {Numerische Mathematik},\n"
13c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Volume = {146},\n"
14c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Pages = {597--628},\n"
15c7a4214aSPierre Jolivet                                               "  Url = {https://github.com/htool-ddm/htool}\n"
16c7a4214aSPierre Jolivet                                               "}\n";
17c7a4214aSPierre Jolivet static PetscBool  HtoolCite                 = PETSC_FALSE;
18c7a4214aSPierre Jolivet 
19d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatGetDiagonal_Htool(Mat A, Vec v)
20d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
21c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool   *a = (Mat_Htool *)A->data;
22c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar *x;
23c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool    flg;
24c7a4214aSPierre Jolivet 
25c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatHasCongruentLayouts(A, &flg));
275f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(flg, PetscObjectComm((PetscObject)A), PETSC_ERR_SUP, "Only congruent layouts supported");
289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayWrite(v, &x));
29c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->copy_local_diagonal(x);
309566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayWrite(v, &x));
319566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecScale(v, a->s));
323ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
33c7a4214aSPierre Jolivet }
34c7a4214aSPierre Jolivet 
35d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatGetDiagonalBlock_Htool(Mat A, Mat *b)
36d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
37c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool   *a = (Mat_Htool *)A->data;
38c7a4214aSPierre Jolivet   Mat          B;
39c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar *ptr;
40c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool    flg;
41c7a4214aSPierre Jolivet 
42c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
439566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatHasCongruentLayouts(A, &flg));
445f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(flg, PetscObjectComm((PetscObject)A), PETSC_ERR_SUP, "Only congruent layouts supported");
459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectQuery((PetscObject)A, "DiagonalBlock", (PetscObject *)&B)); /* same logic as in MatGetDiagonalBlock_MPIDense() */
46c7a4214aSPierre Jolivet   if (!B) {
47f22e26b7SPierre Jolivet     PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, A->rmap->n, A->rmap->n, A->rmap->n, A->rmap->n, nullptr, &B));
489566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDenseGetArrayWrite(B, &ptr));
49c7a4214aSPierre Jolivet     a->hmatrix->copy_local_diagonal_block(ptr);
509566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDenseRestoreArrayWrite(B, &ptr));
519566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatPropagateSymmetryOptions(A, B));
529566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatScale(B, a->s));
539566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscObjectCompose((PetscObject)A, "DiagonalBlock", (PetscObject)B));
54c7a4214aSPierre Jolivet     *b = B;
559566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDestroy(&B));
56c7a4214aSPierre Jolivet   } else *b = B;
573ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
58c7a4214aSPierre Jolivet }
59c7a4214aSPierre Jolivet 
60d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatMult_Htool(Mat A, Vec x, Vec y)
61d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
62c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool         *a = (Mat_Htool *)A->data;
63c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscScalar *in;
64c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar       *out;
65c7a4214aSPierre Jolivet 
66c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
679566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayRead(x, &in));
689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayWrite(y, &out));
69c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->mvprod_local_to_local(in, out);
709566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayRead(x, &in));
719566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayWrite(y, &out));
729566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecScale(y, a->s));
733ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
74c7a4214aSPierre Jolivet }
75c7a4214aSPierre Jolivet 
76c7a4214aSPierre Jolivet /* naive implementation of MatMultAdd() needed for FEM-BEM coupling via MATNEST */
77d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatMultAdd_Htool(Mat A, Vec v1, Vec v2, Vec v3)
78d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
79c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool        *a = (Mat_Htool *)A->data;
80c7a4214aSPierre Jolivet   Vec               tmp;
81c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscScalar scale = a->s;
82c7a4214aSPierre Jolivet 
83c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
849566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDuplicate(v2, &tmp));
859566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecCopy(v2, v3)); /* no-op in MatMultAdd(bA->m[i][j],bx[j],by[i],by[i]) since VecCopy() checks for x == y */
86c7a4214aSPierre Jolivet   a->s = 1.0;                 /* set s to 1.0 since VecAXPY() may be used to scale the MatMult() output Vec */
879566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatMult_Htool(A, v1, tmp));
889566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecAXPY(v3, scale, tmp));
899566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDestroy(&tmp));
90c7a4214aSPierre Jolivet   a->s = scale; /* set s back to its original value */
913ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
92c7a4214aSPierre Jolivet }
93c7a4214aSPierre Jolivet 
94d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatMultTranspose_Htool(Mat A, Vec x, Vec y)
95d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
968b8ddd11SPierre Jolivet   Mat_Htool         *a = (Mat_Htool *)A->data;
978b8ddd11SPierre Jolivet   const PetscScalar *in;
988b8ddd11SPierre Jolivet   PetscScalar       *out;
998b8ddd11SPierre Jolivet 
1008b8ddd11SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
1019566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayRead(x, &in));
1029566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayWrite(y, &out));
1038b8ddd11SPierre Jolivet   a->hmatrix->mvprod_transp_local_to_local(in, out);
1049566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayRead(x, &in));
1059566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayWrite(y, &out));
1069566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecScale(y, a->s));
1073ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
1088b8ddd11SPierre Jolivet }
1098b8ddd11SPierre Jolivet 
110d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatIncreaseOverlap_Htool(Mat A, PetscInt is_max, IS is[], PetscInt ov)
111d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
112c7a4214aSPierre Jolivet   std::set<PetscInt> set;
113c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscInt    *idx;
1148f308287SPierre Jolivet   PetscInt          *oidx, size, bs[2];
115c7a4214aSPierre Jolivet   PetscMPIInt        csize;
116c7a4214aSPierre Jolivet 
117c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
1189566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetBlockSizes(A, bs, bs + 1));
1198f308287SPierre Jolivet   if (bs[0] != bs[1]) bs[0] = 1;
120c7a4214aSPierre Jolivet   for (PetscInt i = 0; i < is_max; ++i) {
121c7a4214aSPierre Jolivet     /* basic implementation that adds indices by shifting an IS by -ov, -ov+1..., -1, 1..., ov-1, ov */
122c7a4214aSPierre Jolivet     /* needed to avoid subdomain matrices to replicate A since it is dense                           */
1239566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCallMPI(MPI_Comm_size(PetscObjectComm((PetscObject)is[i]), &csize));
1245f80ce2aSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(csize == 1, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP, "Unsupported parallel IS");
1259566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetSize(is[i], &size));
1269566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetIndices(is[i], &idx));
127c7a4214aSPierre Jolivet     for (PetscInt j = 0; j < size; ++j) {
128c7a4214aSPierre Jolivet       set.insert(idx[j]);
129c7a4214aSPierre Jolivet       for (PetscInt k = 1; k <= ov; ++k) {                                              /* for each layer of overlap      */
130c7a4214aSPierre Jolivet         if (idx[j] - k >= 0) set.insert(idx[j] - k);                                    /* do not insert negative indices */
131c7a4214aSPierre Jolivet         if (idx[j] + k < A->rmap->N && idx[j] + k < A->cmap->N) set.insert(idx[j] + k); /* do not insert indices greater than the dimension of A */
132c7a4214aSPierre Jolivet       }
133c7a4214aSPierre Jolivet     }
1349566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISRestoreIndices(is[i], &idx));
1359566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISDestroy(is + i));
1368f308287SPierre Jolivet     if (bs[0] > 1) {
1378f308287SPierre Jolivet       for (std::set<PetscInt>::iterator it = set.cbegin(); it != set.cend(); it++) {
1388f308287SPierre Jolivet         std::vector<PetscInt> block(bs[0]);
1398f308287SPierre Jolivet         std::iota(block.begin(), block.end(), (*it / bs[0]) * bs[0]);
1408f308287SPierre Jolivet         set.insert(block.cbegin(), block.cend());
1418f308287SPierre Jolivet       }
1428f308287SPierre Jolivet     }
143c7a4214aSPierre Jolivet     size = set.size(); /* size with overlap */
1449566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(size, &oidx));
145c7a4214aSPierre Jolivet     for (const PetscInt j : set) *oidx++ = j;
146c7a4214aSPierre Jolivet     oidx -= size;
1479566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISCreateGeneral(PETSC_COMM_SELF, size, oidx, PETSC_OWN_POINTER, is + i));
148c7a4214aSPierre Jolivet   }
1493ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
150c7a4214aSPierre Jolivet }
151c7a4214aSPierre Jolivet 
152d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatCreateSubMatrices_Htool(Mat A, PetscInt n, const IS irow[], const IS icol[], MatReuse scall, Mat *submat[])
153d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
154c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool         *a = (Mat_Htool *)A->data;
155c7a4214aSPierre Jolivet   Mat                D, B, BT;
156c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscScalar *copy;
157c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar       *ptr;
158c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscInt    *idxr, *idxc, *it;
159c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt           nrow, m, i;
160c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool          flg;
161c7a4214aSPierre Jolivet 
162c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
16348a46eb9SPierre Jolivet   if (scall != MAT_REUSE_MATRIX) PetscCall(PetscCalloc1(n, submat));
164c7a4214aSPierre Jolivet   for (i = 0; i < n; ++i) {
1659566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetLocalSize(irow[i], &nrow));
1669566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetLocalSize(icol[i], &m));
1679566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetIndices(irow[i], &idxr));
1689566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISGetIndices(icol[i], &idxc));
169f22e26b7SPierre Jolivet     if (scall != MAT_REUSE_MATRIX) PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, nrow, m, nrow, m, nullptr, (*submat) + i));
1709566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDenseGetArrayWrite((*submat)[i], &ptr));
171c7a4214aSPierre Jolivet     if (irow[i] == icol[i]) { /* same row and column IS? */
1729566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(MatHasCongruentLayouts(A, &flg));
173c7a4214aSPierre Jolivet       if (flg) {
1749566063dSJacob Faibussowitsch         PetscCall(ISSorted(irow[i], &flg));
175c7a4214aSPierre Jolivet         if (flg) { /* sorted IS? */
176c7a4214aSPierre Jolivet           it = std::lower_bound(idxr, idxr + nrow, A->rmap->rstart);
177c7a4214aSPierre Jolivet           if (it != idxr + nrow && *it == A->rmap->rstart) {    /* rmap->rstart in IS? */
178c7a4214aSPierre Jolivet             if (std::distance(idxr, it) + A->rmap->n <= nrow) { /* long enough IS to store the local diagonal block? */
1799371c9d4SSatish Balay               for (PetscInt j = 0; j < A->rmap->n && flg; ++j)
1809371c9d4SSatish Balay                 if (PetscUnlikely(it[j] != A->rmap->rstart + j)) flg = PETSC_FALSE;
181c7a4214aSPierre Jolivet               if (flg) { /* complete local diagonal block in IS? */
182c7a4214aSPierre Jolivet                 /* fast extraction when the local diagonal block is part of the submatrix, e.g., for PCASM or PCHPDDM
183c7a4214aSPierre Jolivet                  *      [   B   C   E   ]
184c7a4214aSPierre Jolivet                  *  A = [   B   D   E   ]
185c7a4214aSPierre Jolivet                  *      [   B   F   E   ]
186c7a4214aSPierre Jolivet                  */
187c7a4214aSPierre Jolivet                 m = std::distance(idxr, it); /* shift of the coefficient (0,0) of block D from above */
1889566063dSJacob Faibussowitsch                 PetscCall(MatGetDiagonalBlock_Htool(A, &D));
1899566063dSJacob Faibussowitsch                 PetscCall(MatDenseGetArrayRead(D, &copy));
1909371c9d4SSatish Balay                 for (PetscInt k = 0; k < A->rmap->n; ++k) { PetscCall(PetscArraycpy(ptr + (m + k) * nrow + m, copy + k * A->rmap->n, A->rmap->n)); /* block D from above */ }
1919566063dSJacob Faibussowitsch                 PetscCall(MatDenseRestoreArrayRead(D, &copy));
192c7a4214aSPierre Jolivet                 if (m) {
193c7a4214aSPierre Jolivet                   a->wrapper->copy_submatrix(nrow, m, idxr, idxc, ptr); /* vertical block B from above */
194c7a4214aSPierre Jolivet                   /* entry-wise assembly may be costly, so transpose already-computed entries when possible */
195b94d7dedSBarry Smith                   if (A->symmetric == PETSC_BOOL3_TRUE || A->hermitian == PETSC_BOOL3_TRUE) {
1969566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, A->rmap->n, m, A->rmap->n, m, ptr + m, &B));
1979566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDenseSetLDA(B, nrow));
1989566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, m, A->rmap->n, m, A->rmap->n, ptr + m * nrow, &BT));
1999566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDenseSetLDA(BT, nrow));
200b94d7dedSBarry Smith                     if (A->hermitian == PETSC_BOOL3_TRUE && PetscDefined(USE_COMPLEX)) {
2019566063dSJacob Faibussowitsch                       PetscCall(MatHermitianTranspose(B, MAT_REUSE_MATRIX, &BT));
202c7a4214aSPierre Jolivet                     } else {
2037fb60732SBarry Smith                       PetscCall(MatTransposeSetPrecursor(B, BT));
2049566063dSJacob Faibussowitsch                       PetscCall(MatTranspose(B, MAT_REUSE_MATRIX, &BT));
205c7a4214aSPierre Jolivet                     }
2069566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDestroy(&B));
2079566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDestroy(&BT));
208c7a4214aSPierre Jolivet                   } else {
209c7a4214aSPierre Jolivet                     for (PetscInt k = 0; k < A->rmap->n; ++k) { /* block C from above */
210c7a4214aSPierre Jolivet                       a->wrapper->copy_submatrix(m, 1, idxr, idxc + m + k, ptr + (m + k) * nrow);
211c7a4214aSPierre Jolivet                     }
212c7a4214aSPierre Jolivet                   }
213c7a4214aSPierre Jolivet                 }
214c7a4214aSPierre Jolivet                 if (m + A->rmap->n != nrow) {
215c7a4214aSPierre Jolivet                   a->wrapper->copy_submatrix(nrow, std::distance(it + A->rmap->n, idxr + nrow), idxr, idxc + m + A->rmap->n, ptr + (m + A->rmap->n) * nrow); /* vertical block E from above */
216c7a4214aSPierre Jolivet                   /* entry-wise assembly may be costly, so transpose already-computed entries when possible */
217b94d7dedSBarry Smith                   if (A->symmetric == PETSC_BOOL3_TRUE || A->hermitian == PETSC_BOOL3_TRUE) {
2189566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, A->rmap->n, nrow - (m + A->rmap->n), A->rmap->n, nrow - (m + A->rmap->n), ptr + (m + A->rmap->n) * nrow + m, &B));
2199566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDenseSetLDA(B, nrow));
2209566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatCreateDense(PETSC_COMM_SELF, nrow - (m + A->rmap->n), A->rmap->n, nrow - (m + A->rmap->n), A->rmap->n, ptr + m * nrow + m + A->rmap->n, &BT));
2219566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDenseSetLDA(BT, nrow));
222b94d7dedSBarry Smith                     if (A->hermitian == PETSC_BOOL3_TRUE && PetscDefined(USE_COMPLEX)) {
2239566063dSJacob Faibussowitsch                       PetscCall(MatHermitianTranspose(B, MAT_REUSE_MATRIX, &BT));
224c7a4214aSPierre Jolivet                     } else {
2257fb60732SBarry Smith                       PetscCall(MatTransposeSetPrecursor(B, BT));
2269566063dSJacob Faibussowitsch                       PetscCall(MatTranspose(B, MAT_REUSE_MATRIX, &BT));
227c7a4214aSPierre Jolivet                     }
2289566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDestroy(&B));
2299566063dSJacob Faibussowitsch                     PetscCall(MatDestroy(&BT));
230c7a4214aSPierre Jolivet                   } else {
231c7a4214aSPierre Jolivet                     for (PetscInt k = 0; k < A->rmap->n; ++k) { /* block F from above */
232c7a4214aSPierre Jolivet                       a->wrapper->copy_submatrix(std::distance(it + A->rmap->n, idxr + nrow), 1, it + A->rmap->n, idxc + m + k, ptr + (m + k) * nrow + m + A->rmap->n);
233c7a4214aSPierre Jolivet                     }
234c7a4214aSPierre Jolivet                   }
235c7a4214aSPierre Jolivet                 }
236c7a4214aSPierre Jolivet               }                       /* complete local diagonal block not in IS */
237c7a4214aSPierre Jolivet             } else flg = PETSC_FALSE; /* IS not long enough to store the local diagonal block */
238c7a4214aSPierre Jolivet           } else flg = PETSC_FALSE;   /* rmap->rstart not in IS */
239c7a4214aSPierre Jolivet         }                             /* unsorted IS */
240c7a4214aSPierre Jolivet       }
241c7a4214aSPierre Jolivet     } else flg = PETSC_FALSE;                                       /* different row and column IS */
242c7a4214aSPierre Jolivet     if (!flg) a->wrapper->copy_submatrix(nrow, m, idxr, idxc, ptr); /* reassemble everything */
2439566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISRestoreIndices(irow[i], &idxr));
2449566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(ISRestoreIndices(icol[i], &idxc));
2459566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDenseRestoreArrayWrite((*submat)[i], &ptr));
2469566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatScale((*submat)[i], a->s));
247c7a4214aSPierre Jolivet   }
2483ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
249c7a4214aSPierre Jolivet }
250c7a4214aSPierre Jolivet 
251d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatDestroy_Htool(Mat A)
252d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
253c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool               *a = (Mat_Htool *)A->data;
254c7a4214aSPierre Jolivet   PetscContainer           container;
255c7a4214aSPierre Jolivet   MatHtoolKernelTranspose *kernelt;
256c7a4214aSPierre Jolivet 
257c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
258f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectChangeTypeName((PetscObject)A, nullptr));
259f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatProductSetFromOptions_htool_seqdense_C", nullptr));
260f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatProductSetFromOptions_htool_mpidense_C", nullptr));
261f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatConvert_htool_seqdense_C", nullptr));
262f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatConvert_htool_mpidense_C", nullptr));
263f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetHierarchicalMat_C", nullptr));
264f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolSetKernel_C", nullptr));
265f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetPermutationSource_C", nullptr));
266f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetPermutationTarget_C", nullptr));
267f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolUsePermutation_C", nullptr));
2689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectQuery((PetscObject)A, "KernelTranspose", (PetscObject *)&container));
269c7a4214aSPierre Jolivet   if (container) { /* created in MatTranspose_Htool() */
2709566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscContainerGetPointer(container, (void **)&kernelt));
2719566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDestroy(&kernelt->A));
2729566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(kernelt));
2739566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscContainerDestroy(&container));
274f22e26b7SPierre Jolivet     PetscCall(PetscObjectCompose((PetscObject)A, "KernelTranspose", nullptr));
275c7a4214aSPierre Jolivet   }
27648a46eb9SPierre Jolivet   if (a->gcoords_source != a->gcoords_target) PetscCall(PetscFree(a->gcoords_source));
2779566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(a->gcoords_target));
2789566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree2(a->work_source, a->work_target));
279c7a4214aSPierre Jolivet   delete a->wrapper;
280c7a4214aSPierre Jolivet   delete a->hmatrix;
2819566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(A->data));
2823ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
283c7a4214aSPierre Jolivet }
284c7a4214aSPierre Jolivet 
285d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatView_Htool(Mat A, PetscViewer pv)
286d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
287c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
288c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool  flg;
289c7a4214aSPierre Jolivet 
290c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
2919566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectTypeCompare((PetscObject)pv, PETSCVIEWERASCII, &flg));
292c7a4214aSPierre Jolivet   if (flg) {
2939566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "symmetry: %c\n", a->hmatrix->get_symmetry_type()));
294c7a4214aSPierre Jolivet     if (PetscAbsScalar(a->s - 1.0) > PETSC_MACHINE_EPSILON) {
295c7a4214aSPierre Jolivet #if defined(PETSC_USE_COMPLEX)
2969566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "scaling: %g+%gi\n", (double)PetscRealPart(a->s), (double)PetscImaginaryPart(a->s)));
297c7a4214aSPierre Jolivet #else
2989566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "scaling: %g\n", (double)a->s));
299c7a4214aSPierre Jolivet #endif
300c7a4214aSPierre Jolivet     }
3019566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "minimum cluster size: %" PetscInt_FMT "\n", a->bs[0]));
3029566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "maximum block size: %" PetscInt_FMT "\n", a->bs[1]));
3039566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "epsilon: %g\n", (double)a->epsilon));
3049566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "eta: %g\n", (double)a->eta));
3059566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "minimum target depth: %" PetscInt_FMT "\n", a->depth[0]));
3069566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "minimum source depth: %" PetscInt_FMT "\n", a->depth[1]));
3079566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "compressor: %s\n", MatHtoolCompressorTypes[a->compressor]));
3089566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "clustering: %s\n", MatHtoolClusteringTypes[a->clustering]));
3099566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "compression ratio: %s\n", a->hmatrix->get_infos("Compression_ratio").c_str()));
3109566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "space saving: %s\n", a->hmatrix->get_infos("Space_saving").c_str()));
3119566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "number of dense (resp. low rank) matrices: %s (resp. %s)\n", a->hmatrix->get_infos("Number_of_dmat").c_str(), a->hmatrix->get_infos("Number_of_lrmat").c_str()));
3129371c9d4SSatish Balay     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "(minimum, mean, maximum) dense block sizes: (%s, %s, %s)\n", a->hmatrix->get_infos("Dense_block_size_min").c_str(), a->hmatrix->get_infos("Dense_block_size_mean").c_str(),
3139371c9d4SSatish Balay                                      a->hmatrix->get_infos("Dense_block_size_max").c_str()));
3149371c9d4SSatish Balay     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "(minimum, mean, maximum) low rank block sizes: (%s, %s, %s)\n", a->hmatrix->get_infos("Low_rank_block_size_min").c_str(), a->hmatrix->get_infos("Low_rank_block_size_mean").c_str(),
3159371c9d4SSatish Balay                                      a->hmatrix->get_infos("Low_rank_block_size_max").c_str()));
3169566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscViewerASCIIPrintf(pv, "(minimum, mean, maximum) ranks: (%s, %s, %s)\n", a->hmatrix->get_infos("Rank_min").c_str(), a->hmatrix->get_infos("Rank_mean").c_str(), a->hmatrix->get_infos("Rank_max").c_str()));
317c7a4214aSPierre Jolivet   }
3183ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
319c7a4214aSPierre Jolivet }
320c7a4214aSPierre Jolivet 
321d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatScale_Htool(Mat A, PetscScalar s)
322d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
323c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
324c7a4214aSPierre Jolivet 
325c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
326c7a4214aSPierre Jolivet   a->s *= s;
3273ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
328c7a4214aSPierre Jolivet }
329c7a4214aSPierre Jolivet 
330c7a4214aSPierre Jolivet /* naive implementation of MatGetRow() needed for MatConvert_Nest_AIJ() */
331d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatGetRow_Htool(Mat A, PetscInt row, PetscInt *nz, PetscInt **idx, PetscScalar **v)
332d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
333c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool   *a = (Mat_Htool *)A->data;
334c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt    *idxc;
335c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBLASInt one = 1, bn;
336c7a4214aSPierre Jolivet 
337c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
338c7a4214aSPierre Jolivet   if (nz) *nz = A->cmap->N;
339c7a4214aSPierre Jolivet   if (idx || v) { /* even if !idx, need to set idxc for htool::copy_submatrix() */
3409566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(A->cmap->N, &idxc));
341c7a4214aSPierre Jolivet     for (PetscInt i = 0; i < A->cmap->N; ++i) idxc[i] = i;
342c7a4214aSPierre Jolivet   }
343c7a4214aSPierre Jolivet   if (idx) *idx = idxc;
344c7a4214aSPierre Jolivet   if (v) {
3459566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(A->cmap->N, v));
346c7a4214aSPierre Jolivet     if (a->wrapper) a->wrapper->copy_submatrix(1, A->cmap->N, &row, idxc, *v);
347cab00e0dSPierre Jolivet     else reinterpret_cast<htool::VirtualGenerator<PetscScalar> *>(a->kernelctx)->copy_submatrix(1, A->cmap->N, &row, idxc, *v);
3489566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscBLASIntCast(A->cmap->N, &bn));
349792fecdfSBarry Smith     PetscCallBLAS("BLASscal", BLASscal_(&bn, &a->s, *v, &one));
350c7a4214aSPierre Jolivet   }
35148a46eb9SPierre Jolivet   if (!idx) PetscCall(PetscFree(idxc));
3523ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
353c7a4214aSPierre Jolivet }
354c7a4214aSPierre Jolivet 
355*f9178db3SPierre Jolivet static PetscErrorCode MatRestoreRow_Htool(Mat, PetscInt, PetscInt *, PetscInt **idx, PetscScalar **v)
356d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
357c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
35848a46eb9SPierre Jolivet   if (idx) PetscCall(PetscFree(*idx));
35948a46eb9SPierre Jolivet   if (v) PetscCall(PetscFree(*v));
3603ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
361c7a4214aSPierre Jolivet }
362c7a4214aSPierre Jolivet 
363d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatSetFromOptions_Htool(Mat A, PetscOptionItems *PetscOptionsObject)
364d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
365c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
366c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt   n;
367c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool  flg;
368c7a4214aSPierre Jolivet 
369c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
370d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsHeadBegin(PetscOptionsObject, "Htool options");
371f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsInt("-mat_htool_min_cluster_size", "Minimal leaf size in cluster tree", nullptr, a->bs[0], a->bs, nullptr));
372f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsInt("-mat_htool_max_block_size", "Maximal number of coefficients in a dense block", nullptr, a->bs[1], a->bs + 1, nullptr));
373f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsReal("-mat_htool_epsilon", "Relative error in Frobenius norm when approximating a block", nullptr, a->epsilon, &a->epsilon, nullptr));
374f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsReal("-mat_htool_eta", "Admissibility condition tolerance", nullptr, a->eta, &a->eta, nullptr));
375f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsInt("-mat_htool_min_target_depth", "Minimal cluster tree depth associated with the rows", nullptr, a->depth[0], a->depth, nullptr));
376f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsInt("-mat_htool_min_source_depth", "Minimal cluster tree depth associated with the columns", nullptr, a->depth[1], a->depth + 1, nullptr));
377c7a4214aSPierre Jolivet   n = 0;
378dd39110bSPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsEList("-mat_htool_compressor", "Type of compression", "MatHtoolCompressorType", MatHtoolCompressorTypes, PETSC_STATIC_ARRAY_LENGTH(MatHtoolCompressorTypes), MatHtoolCompressorTypes[MAT_HTOOL_COMPRESSOR_SYMPARTIAL_ACA], &n, &flg));
379c7a4214aSPierre Jolivet   if (flg) a->compressor = MatHtoolCompressorType(n);
38098e73e17SPierre Jolivet   n = 0;
381dd39110bSPierre Jolivet   PetscCall(PetscOptionsEList("-mat_htool_clustering", "Type of clustering", "MatHtoolClusteringType", MatHtoolClusteringTypes, PETSC_STATIC_ARRAY_LENGTH(MatHtoolClusteringTypes), MatHtoolClusteringTypes[MAT_HTOOL_CLUSTERING_PCA_REGULAR], &n, &flg));
38298e73e17SPierre Jolivet   if (flg) a->clustering = MatHtoolClusteringType(n);
383d0609cedSBarry Smith   PetscOptionsHeadEnd();
3843ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
385c7a4214aSPierre Jolivet }
386c7a4214aSPierre Jolivet 
387cedd07caSPierre Jolivet static PetscErrorCode MatAssemblyEnd_Htool(Mat A, MatAssemblyType)
388d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
389c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool                                                   *a = (Mat_Htool *)A->data;
390c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscInt                                              *ranges;
391c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt                                                    *offset;
392c7a4214aSPierre Jolivet   PetscMPIInt                                                  size;
393b94d7dedSBarry Smith   char                                                         S = PetscDefined(USE_COMPLEX) && A->hermitian == PETSC_BOOL3_TRUE ? 'H' : (A->symmetric == PETSC_BOOL3_TRUE ? 'S' : 'N'), uplo = S == 'N' ? 'N' : 'U';
394cab00e0dSPierre Jolivet   htool::VirtualGenerator<PetscScalar>                        *generator = nullptr;
39598e73e17SPierre Jolivet   std::shared_ptr<htool::VirtualCluster>                       t, s = nullptr;
3963b9338faSPierre Jolivet   std::shared_ptr<htool::VirtualLowRankGenerator<PetscScalar>> compressor = nullptr;
397c7a4214aSPierre Jolivet 
398c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
3999566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscCitationsRegister(HtoolCitation, &HtoolCite));
400c7a4214aSPierre Jolivet   delete a->wrapper;
401c7a4214aSPierre Jolivet   delete a->hmatrix;
4029566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCallMPI(MPI_Comm_size(PetscObjectComm((PetscObject)A), &size));
4039566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc1(2 * size, &offset));
4049566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetOwnershipRanges(A, &ranges));
405c7a4214aSPierre Jolivet   for (PetscInt i = 0; i < size; ++i) {
406c7a4214aSPierre Jolivet     offset[2 * i]     = ranges[i];
407c7a4214aSPierre Jolivet     offset[2 * i + 1] = ranges[i + 1] - ranges[i];
408c7a4214aSPierre Jolivet   }
40998e73e17SPierre Jolivet   switch (a->clustering) {
410d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MAT_HTOOL_CLUSTERING_PCA_GEOMETRIC:
411d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     t = std::make_shared<htool::Cluster<htool::PCA<htool::SplittingTypes::GeometricSplitting>>>(a->dim);
412d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
413d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MAT_HTOOL_CLUSTERING_BOUNDING_BOX_1_GEOMETRIC:
414d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     t = std::make_shared<htool::Cluster<htool::BoundingBox1<htool::SplittingTypes::GeometricSplitting>>>(a->dim);
415d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
416d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MAT_HTOOL_CLUSTERING_BOUNDING_BOX_1_REGULAR:
417d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     t = std::make_shared<htool::Cluster<htool::BoundingBox1<htool::SplittingTypes::RegularSplitting>>>(a->dim);
418d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
419d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   default:
420d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     t = std::make_shared<htool::Cluster<htool::PCA<htool::SplittingTypes::RegularSplitting>>>(a->dim);
42198e73e17SPierre Jolivet   }
422c7a4214aSPierre Jolivet   t->set_minclustersize(a->bs[0]);
4230429413eSPierre Jolivet   t->build(A->rmap->N, a->gcoords_target, offset, -1, PetscObjectComm((PetscObject)A));
424c7a4214aSPierre Jolivet   if (a->kernel) a->wrapper = new WrapperHtool(A->rmap->N, A->cmap->N, a->dim, a->kernel, a->kernelctx);
425c7a4214aSPierre Jolivet   else {
426f22e26b7SPierre Jolivet     a->wrapper = nullptr;
427cab00e0dSPierre Jolivet     generator  = reinterpret_cast<htool::VirtualGenerator<PetscScalar> *>(a->kernelctx);
428c7a4214aSPierre Jolivet   }
429c7a4214aSPierre Jolivet   if (a->gcoords_target != a->gcoords_source) {
4309566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatGetOwnershipRangesColumn(A, &ranges));
431c7a4214aSPierre Jolivet     for (PetscInt i = 0; i < size; ++i) {
432c7a4214aSPierre Jolivet       offset[2 * i]     = ranges[i];
433c7a4214aSPierre Jolivet       offset[2 * i + 1] = ranges[i + 1] - ranges[i];
434c7a4214aSPierre Jolivet     }
43598e73e17SPierre Jolivet     switch (a->clustering) {
436d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case MAT_HTOOL_CLUSTERING_PCA_GEOMETRIC:
437d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       s = std::make_shared<htool::Cluster<htool::PCA<htool::SplittingTypes::GeometricSplitting>>>(a->dim);
438d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
439d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case MAT_HTOOL_CLUSTERING_BOUNDING_BOX_1_GEOMETRIC:
440d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       s = std::make_shared<htool::Cluster<htool::BoundingBox1<htool::SplittingTypes::GeometricSplitting>>>(a->dim);
441d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
442d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case MAT_HTOOL_CLUSTERING_BOUNDING_BOX_1_REGULAR:
443d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       s = std::make_shared<htool::Cluster<htool::BoundingBox1<htool::SplittingTypes::RegularSplitting>>>(a->dim);
444d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
445d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     default:
446d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       s = std::make_shared<htool::Cluster<htool::PCA<htool::SplittingTypes::RegularSplitting>>>(a->dim);
44798e73e17SPierre Jolivet     }
448c7a4214aSPierre Jolivet     s->set_minclustersize(a->bs[0]);
4490429413eSPierre Jolivet     s->build(A->cmap->N, a->gcoords_source, offset, -1, PetscObjectComm((PetscObject)A));
450c7a4214aSPierre Jolivet     S = uplo = 'N';
451c7a4214aSPierre Jolivet   }
4529566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(offset));
453c7a4214aSPierre Jolivet   switch (a->compressor) {
454d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MAT_HTOOL_COMPRESSOR_FULL_ACA:
455d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     compressor = std::make_shared<htool::fullACA<PetscScalar>>();
456d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
457d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MAT_HTOOL_COMPRESSOR_SVD:
458d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     compressor = std::make_shared<htool::SVD<PetscScalar>>();
459d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
460d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   default:
461d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     compressor = std::make_shared<htool::sympartialACA<PetscScalar>>();
462c7a4214aSPierre Jolivet   }
4630429413eSPierre Jolivet   a->hmatrix = dynamic_cast<htool::VirtualHMatrix<PetscScalar> *>(new htool::HMatrix<PetscScalar>(t, s ? s : t, a->epsilon, a->eta, S, uplo, -1, PetscObjectComm((PetscObject)A)));
4643b9338faSPierre Jolivet   a->hmatrix->set_compression(compressor);
465c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->set_maxblocksize(a->bs[1]);
466c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->set_mintargetdepth(a->depth[0]);
467c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->set_minsourcedepth(a->depth[1]);
4683b9338faSPierre Jolivet   if (s) a->hmatrix->build(a->wrapper ? *a->wrapper : *generator, a->gcoords_target, a->gcoords_source);
4693b9338faSPierre Jolivet   else a->hmatrix->build(a->wrapper ? *a->wrapper : *generator, a->gcoords_target);
4703ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
471c7a4214aSPierre Jolivet }
472c7a4214aSPierre Jolivet 
473d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatProductNumeric_Htool(Mat C)
474d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
475c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Product       *product = C->product;
476c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool         *a       = (Mat_Htool *)product->A->data;
477c7a4214aSPierre Jolivet   const PetscScalar *in;
478c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar       *out;
4798b8ddd11SPierre Jolivet   PetscInt           N, lda;
480c7a4214aSPierre Jolivet 
481c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
482c7a4214aSPierre Jolivet   MatCheckProduct(C, 1);
483f22e26b7SPierre Jolivet   PetscCall(MatGetSize(C, nullptr, &N));
4849566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseGetLDA(C, &lda));
4855f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(lda == C->rmap->n, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP, "Unsupported leading dimension (%" PetscInt_FMT " != %" PetscInt_FMT ")", lda, C->rmap->n);
4869566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseGetArrayRead(product->B, &in));
4879566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseGetArrayWrite(C, &out));
4888b8ddd11SPierre Jolivet   switch (product->type) {
489d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MATPRODUCT_AB:
490d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     a->hmatrix->mvprod_local_to_local(in, out, N);
491d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
492d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   case MATPRODUCT_AtB:
493d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     a->hmatrix->mvprod_transp_local_to_local(in, out, N);
494d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     break;
495d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   default:
496d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP, "MatProductType %s is not supported", MatProductTypes[product->type]);
497c7a4214aSPierre Jolivet   }
4989566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseRestoreArrayWrite(C, &out));
4999566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseRestoreArrayRead(product->B, &in));
5009566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatScale(C, a->s));
5013ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
502c7a4214aSPierre Jolivet }
503c7a4214aSPierre Jolivet 
504d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatProductSymbolic_Htool(Mat C)
505d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
506c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Product *product = C->product;
507c7a4214aSPierre Jolivet   Mat          A, B;
508c7a4214aSPierre Jolivet   PetscBool    flg;
509c7a4214aSPierre Jolivet 
510c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
511c7a4214aSPierre Jolivet   MatCheckProduct(C, 1);
512c7a4214aSPierre Jolivet   A = product->A;
513c7a4214aSPierre Jolivet   B = product->B;
5149566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectTypeCompareAny((PetscObject)B, &flg, MATSEQDENSE, MATMPIDENSE, ""));
5155f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(flg, PetscObjectComm((PetscObject)B), PETSC_ERR_SUP, "MatProduct_AB not supported for %s", ((PetscObject)product->B)->type_name);
516c7a4214aSPierre Jolivet   switch (product->type) {
517c7a4214aSPierre Jolivet   case MATPRODUCT_AB:
51848a46eb9SPierre Jolivet     if (C->rmap->n == PETSC_DECIDE || C->cmap->n == PETSC_DECIDE || C->rmap->N == PETSC_DECIDE || C->cmap->N == PETSC_DECIDE) PetscCall(MatSetSizes(C, A->rmap->n, B->cmap->n, A->rmap->N, B->cmap->N));
5198b8ddd11SPierre Jolivet     break;
5208b8ddd11SPierre Jolivet   case MATPRODUCT_AtB:
52148a46eb9SPierre Jolivet     if (C->rmap->n == PETSC_DECIDE || C->cmap->n == PETSC_DECIDE || C->rmap->N == PETSC_DECIDE || C->cmap->N == PETSC_DECIDE) PetscCall(MatSetSizes(C, A->cmap->n, B->cmap->n, A->cmap->N, B->cmap->N));
5228b8ddd11SPierre Jolivet     break;
523d71ae5a4SJacob Faibussowitsch   default:
524d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     SETERRQ(PetscObjectComm((PetscObject)B), PETSC_ERR_SUP, "ProductType %s is not supported", MatProductTypes[product->type]);
5258b8ddd11SPierre Jolivet   }
5269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetType(C, MATDENSE));
5279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetUp(C));
5289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetOption(C, MAT_NO_OFF_PROC_ENTRIES, PETSC_TRUE));
5299566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyBegin(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
5309566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyEnd(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
531f22e26b7SPierre Jolivet   C->ops->productsymbolic = nullptr;
532c7a4214aSPierre Jolivet   C->ops->productnumeric  = MatProductNumeric_Htool;
5333ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
534c7a4214aSPierre Jolivet }
535c7a4214aSPierre Jolivet 
536d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatProductSetFromOptions_Htool(Mat C)
537d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
538c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
539c7a4214aSPierre Jolivet   MatCheckProduct(C, 1);
5408b8ddd11SPierre Jolivet   if (C->product->type == MATPRODUCT_AB || C->product->type == MATPRODUCT_AtB) C->ops->productsymbolic = MatProductSymbolic_Htool;
5413ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
542c7a4214aSPierre Jolivet }
543c7a4214aSPierre Jolivet 
544d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatHtoolGetHierarchicalMat_Htool(Mat A, const htool::VirtualHMatrix<PetscScalar> **hmatrix)
545d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
546c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
547c7a4214aSPierre Jolivet 
548c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
549c7a4214aSPierre Jolivet   *hmatrix = a->hmatrix;
5503ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
551c7a4214aSPierre Jolivet }
552c7a4214aSPierre Jolivet 
553c7a4214aSPierre Jolivet /*@C
55411a5261eSBarry Smith   MatHtoolGetHierarchicalMat - Retrieves the opaque pointer to a Htool virtual matrix stored in a `MATHTOOL`.
555c7a4214aSPierre Jolivet 
556c7a4214aSPierre Jolivet   Input Parameter:
557c7a4214aSPierre Jolivet . A - hierarchical matrix
558c7a4214aSPierre Jolivet 
559c7a4214aSPierre Jolivet   Output Parameter:
560c7a4214aSPierre Jolivet . hmatrix - opaque pointer to a Htool virtual matrix
561c7a4214aSPierre Jolivet 
562c7a4214aSPierre Jolivet   Level: advanced
563c7a4214aSPierre Jolivet 
5641cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATHTOOL`
565c7a4214aSPierre Jolivet @*/
566d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatHtoolGetHierarchicalMat(Mat A, const htool::VirtualHMatrix<PetscScalar> **hmatrix)
567d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
568c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
569c7a4214aSPierre Jolivet   PetscValidHeaderSpecific(A, MAT_CLASSID, 1);
5704f572ea9SToby Isaac   PetscAssertPointer(hmatrix, 2);
571cac4c232SBarry Smith   PetscTryMethod(A, "MatHtoolGetHierarchicalMat_C", (Mat, const htool::VirtualHMatrix<PetscScalar> **), (A, hmatrix));
5723ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
573c7a4214aSPierre Jolivet }
574c7a4214aSPierre Jolivet 
575d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatHtoolSetKernel_Htool(Mat A, MatHtoolKernel kernel, void *kernelctx)
576d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
577c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
578c7a4214aSPierre Jolivet 
579c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
580c7a4214aSPierre Jolivet   a->kernel    = kernel;
581c7a4214aSPierre Jolivet   a->kernelctx = kernelctx;
582c7a4214aSPierre Jolivet   delete a->wrapper;
583c7a4214aSPierre Jolivet   if (a->kernel) a->wrapper = new WrapperHtool(A->rmap->N, A->cmap->N, a->dim, a->kernel, a->kernelctx);
5843ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
585c7a4214aSPierre Jolivet }
586c7a4214aSPierre Jolivet 
587c7a4214aSPierre Jolivet /*@C
58811a5261eSBarry Smith   MatHtoolSetKernel - Sets the kernel and context used for the assembly of a `MATHTOOL`.
589c7a4214aSPierre Jolivet 
590c7a4214aSPierre Jolivet   Input Parameters:
591c7a4214aSPierre Jolivet + A         - hierarchical matrix
5922ef1f0ffSBarry Smith . kernel    - computational kernel (or `NULL`)
5932ef1f0ffSBarry Smith - kernelctx - kernel context (if kernel is `NULL`, the pointer must be of type htool::VirtualGenerator<PetscScalar>*)
594c7a4214aSPierre Jolivet 
595c7a4214aSPierre Jolivet   Level: advanced
596c7a4214aSPierre Jolivet 
5971cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATHTOOL`, `MatCreateHtoolFromKernel()`
598c7a4214aSPierre Jolivet @*/
599d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatHtoolSetKernel(Mat A, MatHtoolKernel kernel, void *kernelctx)
600d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
601c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
602c7a4214aSPierre Jolivet   PetscValidHeaderSpecific(A, MAT_CLASSID, 1);
603c7a4214aSPierre Jolivet   if (!kernelctx) PetscValidFunction(kernel, 2);
6044f572ea9SToby Isaac   if (!kernel) PetscAssertPointer(kernelctx, 3);
605cac4c232SBarry Smith   PetscTryMethod(A, "MatHtoolSetKernel_C", (Mat, MatHtoolKernel, void *), (A, kernel, kernelctx));
6063ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
607c7a4214aSPierre Jolivet }
608c7a4214aSPierre Jolivet 
609d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatHtoolGetPermutationSource_Htool(Mat A, IS *is)
610d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
61198e73e17SPierre Jolivet   Mat_Htool            *a = (Mat_Htool *)A->data;
61298e73e17SPierre Jolivet   std::vector<PetscInt> source;
61398e73e17SPierre Jolivet 
61498e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
615a9918087SPierre Jolivet   source = a->hmatrix->get_source_cluster()->get_local_perm();
6169566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(ISCreateGeneral(PetscObjectComm((PetscObject)A), source.size(), source.data(), PETSC_COPY_VALUES, is));
6179566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(ISSetPermutation(*is));
6183ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
61998e73e17SPierre Jolivet }
62098e73e17SPierre Jolivet 
62198e73e17SPierre Jolivet /*@C
62211a5261eSBarry Smith   MatHtoolGetPermutationSource - Gets the permutation associated to the source cluster for a `MATHTOOL` matrix.
62398e73e17SPierre Jolivet 
62498e73e17SPierre Jolivet   Input Parameter:
62598e73e17SPierre Jolivet . A - hierarchical matrix
62698e73e17SPierre Jolivet 
62798e73e17SPierre Jolivet   Output Parameter:
62898e73e17SPierre Jolivet . is - permutation
62998e73e17SPierre Jolivet 
63098e73e17SPierre Jolivet   Level: advanced
63198e73e17SPierre Jolivet 
6321cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATHTOOL`, `MatHtoolGetPermutationTarget()`, `MatHtoolUsePermutation()`
63398e73e17SPierre Jolivet @*/
634d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatHtoolGetPermutationSource(Mat A, IS *is)
635d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
63698e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
63798e73e17SPierre Jolivet   PetscValidHeaderSpecific(A, MAT_CLASSID, 1);
6384f572ea9SToby Isaac   if (!is) PetscAssertPointer(is, 2);
639cac4c232SBarry Smith   PetscTryMethod(A, "MatHtoolGetPermutationSource_C", (Mat, IS *), (A, is));
6403ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
64198e73e17SPierre Jolivet }
64298e73e17SPierre Jolivet 
643d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatHtoolGetPermutationTarget_Htool(Mat A, IS *is)
644d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
64598e73e17SPierre Jolivet   Mat_Htool            *a = (Mat_Htool *)A->data;
64698e73e17SPierre Jolivet   std::vector<PetscInt> target;
64798e73e17SPierre Jolivet 
64898e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
649a9918087SPierre Jolivet   target = a->hmatrix->get_target_cluster()->get_local_perm();
6509566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(ISCreateGeneral(PetscObjectComm((PetscObject)A), target.size(), target.data(), PETSC_COPY_VALUES, is));
6519566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(ISSetPermutation(*is));
6523ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
65398e73e17SPierre Jolivet }
65498e73e17SPierre Jolivet 
65598e73e17SPierre Jolivet /*@C
65611a5261eSBarry Smith   MatHtoolGetPermutationTarget - Gets the permutation associated to the target cluster for a `MATHTOOL` matrix.
65798e73e17SPierre Jolivet 
65898e73e17SPierre Jolivet   Input Parameter:
65998e73e17SPierre Jolivet . A - hierarchical matrix
66098e73e17SPierre Jolivet 
66198e73e17SPierre Jolivet   Output Parameter:
66298e73e17SPierre Jolivet . is - permutation
66398e73e17SPierre Jolivet 
66498e73e17SPierre Jolivet   Level: advanced
66598e73e17SPierre Jolivet 
6661cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATHTOOL`, `MatHtoolGetPermutationSource()`, `MatHtoolUsePermutation()`
66798e73e17SPierre Jolivet @*/
668d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatHtoolGetPermutationTarget(Mat A, IS *is)
669d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
67098e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
67198e73e17SPierre Jolivet   PetscValidHeaderSpecific(A, MAT_CLASSID, 1);
6724f572ea9SToby Isaac   if (!is) PetscAssertPointer(is, 2);
673cac4c232SBarry Smith   PetscTryMethod(A, "MatHtoolGetPermutationTarget_C", (Mat, IS *), (A, is));
6743ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
67598e73e17SPierre Jolivet }
67698e73e17SPierre Jolivet 
677d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatHtoolUsePermutation_Htool(Mat A, PetscBool use)
678d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
67998e73e17SPierre Jolivet   Mat_Htool *a = (Mat_Htool *)A->data;
68098e73e17SPierre Jolivet 
68198e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
68298e73e17SPierre Jolivet   a->hmatrix->set_use_permutation(use);
6833ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
68498e73e17SPierre Jolivet }
68598e73e17SPierre Jolivet 
68698e73e17SPierre Jolivet /*@C
68711a5261eSBarry Smith   MatHtoolUsePermutation - Sets whether a `MATHTOOL` matrix should permute input (resp. output) vectors following its internal source (resp. target) permutation.
68898e73e17SPierre Jolivet 
68998e73e17SPierre Jolivet   Input Parameters:
69098e73e17SPierre Jolivet + A   - hierarchical matrix
69198e73e17SPierre Jolivet - use - Boolean value
69298e73e17SPierre Jolivet 
69398e73e17SPierre Jolivet   Level: advanced
69498e73e17SPierre Jolivet 
6951cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATHTOOL`, `MatHtoolGetPermutationSource()`, `MatHtoolGetPermutationTarget()`
69698e73e17SPierre Jolivet @*/
697d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatHtoolUsePermutation(Mat A, PetscBool use)
698d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
69998e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
70098e73e17SPierre Jolivet   PetscValidHeaderSpecific(A, MAT_CLASSID, 1);
70198e73e17SPierre Jolivet   PetscValidLogicalCollectiveBool(A, use, 2);
702cac4c232SBarry Smith   PetscTryMethod(A, "MatHtoolUsePermutation_C", (Mat, PetscBool), (A, use));
7033ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
70498e73e17SPierre Jolivet }
70598e73e17SPierre Jolivet 
706cedd07caSPierre Jolivet static PetscErrorCode MatConvert_Htool_Dense(Mat A, MatType, MatReuse reuse, Mat *B)
707d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
708c7a4214aSPierre Jolivet   Mat          C;
709c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool   *a = (Mat_Htool *)A->data;
710c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt     lda;
711c7a4214aSPierre Jolivet   PetscScalar *array;
712c7a4214aSPierre Jolivet 
713c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
714c7a4214aSPierre Jolivet   if (reuse == MAT_REUSE_MATRIX) {
715c7a4214aSPierre Jolivet     C = *B;
7165f80ce2aSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(C->rmap->n == A->rmap->n && C->cmap->N == A->cmap->N, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "Incompatible dimensions");
7179566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDenseGetLDA(C, &lda));
7185f80ce2aSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(lda == C->rmap->n, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_SUP, "Unsupported leading dimension (%" PetscInt_FMT " != %" PetscInt_FMT ")", lda, C->rmap->n);
719c7a4214aSPierre Jolivet   } else {
7209566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatCreate(PetscObjectComm((PetscObject)A), &C));
7219566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetSizes(C, A->rmap->n, A->cmap->n, A->rmap->N, A->cmap->N));
7229566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetType(C, MATDENSE));
7239566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetUp(C));
7249566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetOption(C, MAT_NO_OFF_PROC_ENTRIES, PETSC_TRUE));
725c7a4214aSPierre Jolivet   }
7269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyBegin(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
7279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyEnd(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
7289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseGetArrayWrite(C, &array));
729c7a4214aSPierre Jolivet   a->hmatrix->copy_local_dense_perm(array);
7309566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDenseRestoreArrayWrite(C, &array));
7319566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatScale(C, a->s));
732c7a4214aSPierre Jolivet   if (reuse == MAT_INPLACE_MATRIX) {
7339566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatHeaderReplace(A, &C));
734c7a4214aSPierre Jolivet   } else *B = C;
7353ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
736c7a4214aSPierre Jolivet }
737c7a4214aSPierre Jolivet 
738d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode GenEntriesTranspose(PetscInt sdim, PetscInt M, PetscInt N, const PetscInt *rows, const PetscInt *cols, PetscScalar *ptr, void *ctx)
739d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
740c7a4214aSPierre Jolivet   MatHtoolKernelTranspose *generator = (MatHtoolKernelTranspose *)ctx;
74198e73e17SPierre Jolivet   PetscScalar             *tmp;
74298e73e17SPierre Jolivet 
74398e73e17SPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
7443ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscCall(generator->kernel(sdim, N, M, cols, rows, ptr, generator->kernelctx));
7459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc1(M * N, &tmp));
7469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscArraycpy(tmp, ptr, M * N));
74798e73e17SPierre Jolivet   for (PetscInt i = 0; i < M; ++i) {
74898e73e17SPierre Jolivet     for (PetscInt j = 0; j < N; ++j) ptr[i + j * M] = tmp[j + i * N];
74998e73e17SPierre Jolivet   }
7509566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(tmp));
7513ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
752c7a4214aSPierre Jolivet }
753c7a4214aSPierre Jolivet 
754c7a4214aSPierre Jolivet /* naive implementation which keeps a reference to the original Mat */
755d71ae5a4SJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatTranspose_Htool(Mat A, MatReuse reuse, Mat *B)
756d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
757c7a4214aSPierre Jolivet   Mat                      C;
758c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool               *a = (Mat_Htool *)A->data, *c;
759c7a4214aSPierre Jolivet   PetscInt                 M = A->rmap->N, N = A->cmap->N, m = A->rmap->n, n = A->cmap->n;
760c7a4214aSPierre Jolivet   PetscContainer           container;
761c7a4214aSPierre Jolivet   MatHtoolKernelTranspose *kernelt;
762c7a4214aSPierre Jolivet 
763c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
7647fb60732SBarry Smith   if (reuse == MAT_REUSE_MATRIX) PetscCall(MatTransposeCheckNonzeroState_Private(A, *B));
7655f80ce2aSJacob Faibussowitsch   PetscCheck(reuse != MAT_INPLACE_MATRIX, PetscObjectComm((PetscObject)A), PETSC_ERR_SUP, "MatTranspose() with MAT_INPLACE_MATRIX not supported");
766c7a4214aSPierre Jolivet   if (reuse == MAT_INITIAL_MATRIX) {
7679566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatCreate(PetscObjectComm((PetscObject)A), &C));
7689566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetSizes(C, n, m, N, M));
7699566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetType(C, ((PetscObject)A)->type_name));
7709566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatSetUp(C));
7719566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscContainerCreate(PetscObjectComm((PetscObject)C), &container));
7729566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscNew(&kernelt));
7739566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscContainerSetPointer(container, kernelt));
7749566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscObjectCompose((PetscObject)C, "KernelTranspose", (PetscObject)container));
775c7a4214aSPierre Jolivet   } else {
776c7a4214aSPierre Jolivet     C = *B;
7779566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscObjectQuery((PetscObject)C, "KernelTranspose", (PetscObject *)&container));
7785f80ce2aSJacob Faibussowitsch     PetscCheck(container, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONGSTATE, "Must call MatTranspose() with MAT_INITIAL_MATRIX first");
7799566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscContainerGetPointer(container, (void **)&kernelt));
780c7a4214aSPierre Jolivet   }
781c7a4214aSPierre Jolivet   c         = (Mat_Htool *)C->data;
782c7a4214aSPierre Jolivet   c->dim    = a->dim;
783c7a4214aSPierre Jolivet   c->s      = a->s;
78498e73e17SPierre Jolivet   c->kernel = GenEntriesTranspose;
785c7a4214aSPierre Jolivet   if (kernelt->A != A) {
7869566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(MatDestroy(&kernelt->A));
787c7a4214aSPierre Jolivet     kernelt->A = A;
7889566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscObjectReference((PetscObject)A));
789c7a4214aSPierre Jolivet   }
790c7a4214aSPierre Jolivet   kernelt->kernel    = a->kernel;
791c7a4214aSPierre Jolivet   kernelt->kernelctx = a->kernelctx;
792c7a4214aSPierre Jolivet   c->kernelctx       = kernelt;
793c7a4214aSPierre Jolivet   if (reuse == MAT_INITIAL_MATRIX) {
7949566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscMalloc1(N * c->dim, &c->gcoords_target));
7959566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscArraycpy(c->gcoords_target, a->gcoords_source, N * c->dim));
796c7a4214aSPierre Jolivet     if (a->gcoords_target != a->gcoords_source) {
7979566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscMalloc1(M * c->dim, &c->gcoords_source));
7989566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscArraycpy(c->gcoords_source, a->gcoords_target, M * c->dim));
799c7a4214aSPierre Jolivet     } else c->gcoords_source = c->gcoords_target;
8009566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscCalloc2(M, &c->work_source, N, &c->work_target));
801c7a4214aSPierre Jolivet   }
8029566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyBegin(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
8039566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatAssemblyEnd(C, MAT_FINAL_ASSEMBLY));
804c7a4214aSPierre Jolivet   if (reuse == MAT_INITIAL_MATRIX) *B = C;
8053ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
806c7a4214aSPierre Jolivet }
807c7a4214aSPierre Jolivet 
808c7a4214aSPierre Jolivet /*@C
80911a5261eSBarry Smith   MatCreateHtoolFromKernel - Creates a `MATHTOOL` from a user-supplied kernel.
810c7a4214aSPierre Jolivet 
811c7a4214aSPierre Jolivet   Input Parameters:
812c7a4214aSPierre Jolivet + comm          - MPI communicator
8132ef1f0ffSBarry Smith . m             - number of local rows (or `PETSC_DECIDE` to have calculated if `M` is given)
8142ef1f0ffSBarry Smith . n             - number of local columns (or `PETSC_DECIDE` to have calculated if `N` is given)
8152ef1f0ffSBarry Smith . M             - number of global rows (or `PETSC_DETERMINE` to have calculated if `m` is given)
8162ef1f0ffSBarry Smith . N             - number of global columns (or `PETSC_DETERMINE` to have calculated if `n` is given)
817c7a4214aSPierre Jolivet . spacedim      - dimension of the space coordinates
818c7a4214aSPierre Jolivet . coords_target - coordinates of the target
819c7a4214aSPierre Jolivet . coords_source - coordinates of the source
8202ef1f0ffSBarry Smith . kernel        - computational kernel (or `NULL`)
8212ef1f0ffSBarry Smith - kernelctx     - kernel context (if kernel is `NULL`, the pointer must be of type htool::VirtualGenerator<PetscScalar>*)
822c7a4214aSPierre Jolivet 
823c7a4214aSPierre Jolivet   Output Parameter:
824c7a4214aSPierre Jolivet . B - matrix
825c7a4214aSPierre Jolivet 
826c7a4214aSPierre Jolivet   Options Database Keys:
82711a5261eSBarry Smith + -mat_htool_min_cluster_size <`PetscInt`>                                                     - minimal leaf size in cluster tree
82811a5261eSBarry Smith . -mat_htool_max_block_size <`PetscInt`>                                                       - maximal number of coefficients in a dense block
82911a5261eSBarry Smith . -mat_htool_epsilon <`PetscReal`>                                                             - relative error in Frobenius norm when approximating a block
83011a5261eSBarry Smith . -mat_htool_eta <`PetscReal`>                                                                 - admissibility condition tolerance
83111a5261eSBarry Smith . -mat_htool_min_target_depth <`PetscInt`>                                                     - minimal cluster tree depth associated with the rows
83211a5261eSBarry Smith . -mat_htool_min_source_depth <`PetscInt`>                                                     - minimal cluster tree depth associated with the columns
83398e73e17SPierre Jolivet . -mat_htool_compressor <sympartialACA, fullACA, SVD>                                          - type of compression
83498e73e17SPierre Jolivet - -mat_htool_clustering <PCARegular, PCAGeometric, BounbingBox1Regular, BoundingBox1Geometric> - type of clustering
835c7a4214aSPierre Jolivet 
836c7a4214aSPierre Jolivet   Level: intermediate
837c7a4214aSPierre Jolivet 
8381cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MatCreate()`, `MATHTOOL`, `PCSetCoordinates()`, `MatHtoolSetKernel()`, `MatHtoolCompressorType`, `MATH2OPUS`, `MatCreateH2OpusFromKernel()`
839c7a4214aSPierre Jolivet @*/
840d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatCreateHtoolFromKernel(MPI_Comm comm, PetscInt m, PetscInt n, PetscInt M, PetscInt N, PetscInt spacedim, const PetscReal coords_target[], const PetscReal coords_source[], MatHtoolKernel kernel, void *kernelctx, Mat *B)
841d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
842c7a4214aSPierre Jolivet   Mat        A;
843c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a;
844c7a4214aSPierre Jolivet 
845c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
8469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatCreate(comm, &A));
847c7a4214aSPierre Jolivet   PetscValidLogicalCollectiveInt(A, spacedim, 6);
8484f572ea9SToby Isaac   PetscAssertPointer(coords_target, 7);
8494f572ea9SToby Isaac   PetscAssertPointer(coords_source, 8);
850c7a4214aSPierre Jolivet   if (!kernelctx) PetscValidFunction(kernel, 9);
8514f572ea9SToby Isaac   if (!kernel) PetscAssertPointer(kernelctx, 10);
8529566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetSizes(A, m, n, M, N));
8539566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetType(A, MATHTOOL));
8549566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetUp(A));
855c7a4214aSPierre Jolivet   a            = (Mat_Htool *)A->data;
856c7a4214aSPierre Jolivet   a->dim       = spacedim;
857c7a4214aSPierre Jolivet   a->s         = 1.0;
858c7a4214aSPierre Jolivet   a->kernel    = kernel;
859c7a4214aSPierre Jolivet   a->kernelctx = kernelctx;
8609566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscCalloc1(A->rmap->N * spacedim, &a->gcoords_target));
8619566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscArraycpy(a->gcoords_target + A->rmap->rstart * spacedim, coords_target, A->rmap->n * spacedim));
8621c2dc1cbSBarry Smith   PetscCall(MPIU_Allreduce(MPI_IN_PLACE, a->gcoords_target, A->rmap->N * spacedim, MPIU_REAL, MPI_SUM, PetscObjectComm((PetscObject)A))); /* global target coordinates */
863c7a4214aSPierre Jolivet   if (coords_target != coords_source) {
8649566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscCalloc1(A->cmap->N * spacedim, &a->gcoords_source));
8659566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscArraycpy(a->gcoords_source + A->cmap->rstart * spacedim, coords_source, A->cmap->n * spacedim));
8661c2dc1cbSBarry Smith     PetscCall(MPIU_Allreduce(MPI_IN_PLACE, a->gcoords_source, A->cmap->N * spacedim, MPIU_REAL, MPI_SUM, PetscObjectComm((PetscObject)A))); /* global source coordinates */
867c7a4214aSPierre Jolivet   } else a->gcoords_source = a->gcoords_target;
8689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscCalloc2(A->cmap->N, &a->work_source, A->rmap->N, &a->work_target));
869c7a4214aSPierre Jolivet   *B = A;
8703ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
871c7a4214aSPierre Jolivet }
872c7a4214aSPierre Jolivet 
873c7a4214aSPierre Jolivet /*MC
874c7a4214aSPierre Jolivet      MATHTOOL = "htool" - A matrix type for hierarchical matrices using the Htool package.
875c7a4214aSPierre Jolivet 
8762ef1f0ffSBarry Smith   Use `./configure --download-htool` to install PETSc to use Htool.
877c7a4214aSPierre Jolivet 
8782ef1f0ffSBarry Smith    Options Database Key:
8792ef1f0ffSBarry Smith .     -mat_type htool - matrix type to `MATHTOOL`
880c7a4214aSPierre Jolivet 
881c7a4214aSPierre Jolivet    Level: beginner
882c7a4214aSPierre Jolivet 
8831cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `MATH2OPUS`, `MATDENSE`, `MatCreateHtoolFromKernel()`, `MatHtoolSetKernel()`
884c7a4214aSPierre Jolivet M*/
885d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatCreate_Htool(Mat A)
886d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
887c7a4214aSPierre Jolivet   Mat_Htool *a;
888c7a4214aSPierre Jolivet 
889c7a4214aSPierre Jolivet   PetscFunctionBegin;
8904dfa11a4SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscNew(&a));
891c7a4214aSPierre Jolivet   A->data = (void *)a;
8929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectChangeTypeName((PetscObject)A, MATHTOOL));
8939566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMemzero(A->ops, sizeof(struct _MatOps)));
894c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->getdiagonal      = MatGetDiagonal_Htool;
895c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->getdiagonalblock = MatGetDiagonalBlock_Htool;
896c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->mult             = MatMult_Htool;
897c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->multadd          = MatMultAdd_Htool;
8988b8ddd11SPierre Jolivet   A->ops->multtranspose    = MatMultTranspose_Htool;
8998b8ddd11SPierre Jolivet   if (!PetscDefined(USE_COMPLEX)) A->ops->multhermitiantranspose = MatMultTranspose_Htool;
900c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->increaseoverlap   = MatIncreaseOverlap_Htool;
901c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->createsubmatrices = MatCreateSubMatrices_Htool;
902c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->transpose         = MatTranspose_Htool;
903c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->destroy           = MatDestroy_Htool;
904c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->view              = MatView_Htool;
905c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->setfromoptions    = MatSetFromOptions_Htool;
906c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->scale             = MatScale_Htool;
907c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->getrow            = MatGetRow_Htool;
908c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->restorerow        = MatRestoreRow_Htool;
909c7a4214aSPierre Jolivet   A->ops->assemblyend       = MatAssemblyEnd_Htool;
910c7a4214aSPierre Jolivet   a->dim                    = 0;
911f22e26b7SPierre Jolivet   a->gcoords_target         = nullptr;
912f22e26b7SPierre Jolivet   a->gcoords_source         = nullptr;
913c7a4214aSPierre Jolivet   a->s                      = 1.0;
914c7a4214aSPierre Jolivet   a->bs[0]                  = 10;
915c7a4214aSPierre Jolivet   a->bs[1]                  = 1000000;
916c7a4214aSPierre Jolivet   a->epsilon                = PetscSqrtReal(PETSC_SMALL);
917c7a4214aSPierre Jolivet   a->eta                    = 10.0;
918c7a4214aSPierre Jolivet   a->depth[0]               = 0;
919c7a4214aSPierre Jolivet   a->depth[1]               = 0;
920c7a4214aSPierre Jolivet   a->compressor             = MAT_HTOOL_COMPRESSOR_SYMPARTIAL_ACA;
9219566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatProductSetFromOptions_htool_seqdense_C", MatProductSetFromOptions_Htool));
9229566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatProductSetFromOptions_htool_mpidense_C", MatProductSetFromOptions_Htool));
9239566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatConvert_htool_seqdense_C", MatConvert_Htool_Dense));
9249566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatConvert_htool_mpidense_C", MatConvert_Htool_Dense));
9259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetHierarchicalMat_C", MatHtoolGetHierarchicalMat_Htool));
9269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolSetKernel_C", MatHtoolSetKernel_Htool));
9279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetPermutationSource_C", MatHtoolGetPermutationSource_Htool));
9289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolGetPermutationTarget_C", MatHtoolGetPermutationTarget_Htool));
9299566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)A, "MatHtoolUsePermutation_C", MatHtoolUsePermutation_Htool));
9303ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
931c7a4214aSPierre Jolivet }
932