symbolic.py

   1
   2 from __future__ import print_function
   3
   4 from sympy.vector.vector import *
   5 from sympy import *
   6 import itertools
   7 from sympy.utilities.lambdify import lambdify, implemented_function
   8 import numpy as np
   9
  10 from moedebug import *
  11
  12 def dprint(*args):
  13   if not dbg_enabled(): return
  14   print(*args)
  15
  16 def dbg(*args):
  17   if not dbg_enabled(): return
  18   for vn in args:
  19     print('\n    ' + vn + '\n')
  20     pprint(eval(vn))
  21     print('\n          =\n')
  22     pprint(cse(eval(vn)))
  23
  24 N = CoordSysCartesian('N')
  25
  26 calculated = False
  27
  28 def vector_symbols(vnames):
  29   out = []
  30   for vname in vnames.split(' '):
  31     v = Vector.zero
  32     for cname in 'i j k'.split(' '):
  33       v += getattr(N, cname) * symbols(vname + '_' + cname)
  34     out.append(v)
  35   return out
  36
  37 A, B, C, D = vector_symbols('A B C D')
  38 p = vector_symbols('p')
  39
  40 E, H = vector_symbols('E H')
  41 F0, G0 = vector_symbols('F0 G0')
  42 En, Hn = vector_symbols('En Hn')
  43
  44 EFl, HGl = symbols('EFl HGl')
  45
  46 def vector_component(v, ix):
  47   return v.components[N.base_vectors()[ix]]
  48
  49 # x array in numerical algorithm has:
  50 #    N x 3    coordinates of points 0..N-3
  51 #    1        EFl = length parameter |EF| for point 1
  52 #    1        HGl = length parameter |HG| for point N-2
  53
  54 # fixed array in numerical algorithm has:
  55 #    4 x 3    E, En, H, Hn
  56
  57 #def subst_vect():
  58
  59 def calculate():
  60   global calculated
  61   if calculated: return
  62
  63   Q = B + 0.5 * (B - A)
  64   R = C + 0.5 * (C - D)
  65   QR = R - Q
  66   BC = C - B
  67   global cost_ABCD
  68   cost_ABCD = (QR & QR) / (BC & BC)
  69   dbg('cost_ABCD')
  70   dprint(A)
  71
  72   global F, G
  73   F = E + En * EFl
  74   G = H + Hn * HGl
  75
  76   # diff_A_i = cost_ABCD.diff(vector_component(A, 0))
  77   # global diff_A_i
  78   # dbg('diff_A_i')
  79
  80   calculated = True
  81
  82 def ourccode(*a, **kw):
  83   return ccode(*a, user_functions={'sinc':'sinc'}, **kw)
  84
  85 def cprintraw(*s):
  86   print(*s)
  87
  88 def cprint(s):
  89   for l in s.split('\n'):
  90     cprintraw(l, '\\')
  91
  92 def cse_prep_cprint(v, tmp_prefix):
  93   # => v, but also having cprint'd the common subexpression assignments
  94   sym_iter = map((lambda i: symbols('%s%d' % (tmp_prefix,i))),
  95                  itertools.count())
  96   (defs, vs) = cse(v, symbols=sym_iter)
  97   for defname, defval in defs:
  98     cprint('double '+ourccode(defval, assign_to=defname))
  99   return vs[0]
 100
 101 def cassign(v, assign_to, tmp_prefix):
 102   v = cse_prep_cprint(v, tmp_prefix)
 103   cprint(ourccode(v, assign_to=assign_to))
 104
 105 def cassign_vector(v, assign_to, tmp_prefix):
 106   ijk = 'i j k'.split(' ')
 107   for ii in range(0, len(ijk)):
 108     x = v & getattr(N, ijk[ii])
 109     cassign(x, '%s[%d]' % (assign_to, ii), '%s_%s' % (tmp_prefix, ijk[ii]))
 110
 111 def gen_diff(current, smalls):
 112   global j
 113   if not smalls:
 114     j = zeros(len(params),0)
 115     for param in params:
 116       global d
 117       paramv = eval(param)
 118       d = diff(current, paramv)
 119       dbg('d')
 120       j = j.row_join(d)
 121     dbg('j')
 122     j = cse_prep_cprint(j, 'jtmp')
 123     for ix in range(0, j.cols):
 124       cprint(ourccode(j.col(ix), 'J_COL'))
 125       cprint('J_END_COL(%d)' % ix)
 126   else:
 127     small = smalls[0]
 128     smalls = smalls[1:]
 129     cprint('if (!IS_SMALL(' + ourccode(small) + ')) {')
 130     gen_diff(current, smalls)
 131     cprint('} else { /* %s small */' % small)
 132     gen_diff(current.replace(
 133       sinc(small),
 134       1 - small*small/factorial(3) - small**4/factorial(5),
 135       ),
 136       smalls
 137     )
 138     cprint('} /* %s small */' % small)
 139
 140 def gen_misc():
 141   cprintraw('// AUTOGENERATED - DO NOT EDIT\n')
 142
 143 def gen_point_coords_macro(macro_basename):
 144   ijk = 'i j k'.split(' ')
 145   for ii in range(0, len(ijk)):
 146     cprintraw('#define %s_%s (%s[%d])'
 147               % (macro_basename, ijk[ii], macro_basename, ii))
 148
 149 def gen_point_index_macro(macro_basename, c_array_name, base_index):
 150   cprintraw('#define %s (&%s[%s])'
 151             % (macro_basename, c_array_name, base_index))
 152   gen_point_coords_macro(macro_basename)
 153
 154 def gen_point_references():
 155   abcd = 'A B C D'.split(' ')
 156
 157   gen_point_index_macro('E',  'INPUT', '3*0')
 158   gen_point_index_macro('F0', 'INPUT', '3*1')
 159   gen_point_index_macro('G0', 'INPUT', '3*(NP-2)')
 160   gen_point_index_macro('H',  'INPUT', '3*(NP-1)')
 161   cprintraw(         '#define NINPUT  ( 3*(NP-0) )')
 162
 163   gen_point_index_macro('En', 'PREP', '3*0')
 164   gen_point_index_macro('Hn', 'PREP', '3*1')
 165   cprintraw(         '#define NPREP   (3*2)')
 166
 167   cprintraw('#define NX_DIRECT 3*(NP-4)')
 168   cprint('#define POINT(PP) (')
 169   cprint(' (PP) == 0    ? E :')
 170   cprint(' (PP) == 1    ? F :')
 171   cprint(' (PP) == NP-2 ? G :')
 172   cprint(' (PP) == NP-1 ? H :')
 173   cprint(' &X[3*((PP)-2)]')
 174   cprintraw(')')
 175
 176   cprintraw('#define EFl X[ NX_DIRECT + 0 ]')
 177   cprintraw('#define HGl X[ NX_DIRECT + 1 ]')
 178   cprintraw('#define NX   ( NX_DIRECT + 2 )')
 179
 180   for ai in range(0, len(abcd)):
 181     cprintraw('#define %s POINT(P%+d)' % (abcd[ai], ai))
 182     gen_point_coords_macro(abcd[ai])
 183
 184   cprintraw('')
 185
 186 def gen_prepare():
 187   cprint('#define PREPARE')
 188   cprint('memcpy(X, &INPUT[3*2], sizeof(double) * NX_DIRECT);')
 189   for EH,EHs,FG0,FGs in ((E,'E', F0,'F'),
 190                          (H,'H', G0,'G')):
 191     EFHGv = FG0 - EH
 192     EFHGl = EFHGv.magnitude()
 193     cassign_vector(EFHGv/EFHGl, EHs+'n', 'tmp_'+EHs)
 194     cassign(EFHGl, EHs+FGs+'l', 'tmp_l'+EHs)
 195   cprintraw('')
 196
 197 def gen_calculate_FG():
 198   cprintraw('#define DECLARE_F_G double F[3], G[3];')
 199   cprint('#define CALCULATE_F_G')
 200   cassign_vector(F,'F','tmp_F')
 201   cassign_vector(G,'G','tmp_G')
 202   cprintraw('')
 203
 204 def gen_calculate_cost():
 205   cprint('#define CALCULATE_COST')
 206   cassign(cost_ABCD,'P_cost','tmp_P_cost')
 207   cprintraw('')
 208
 209 def gen_C():
 210   gen_misc()
 211   gen_point_references()
 212   gen_prepare()
 213   gen_calculate_FG()
 214   gen_calculate_cost()
 215
 216 def get_python():
 217   # https://github.com/sympy/sympy/issues/13642
 218   # "lambdify sinc gives wrong answer!"
 219   out = q_sqparm
 220   sinc_fixed = Function('sinc_fixed')
 221   implemented_function(sinc_fixed, lambda x: np.sinc(x/np.pi))
 222   out = out.subs(sinc,sinc_fixed)
 223   p = list(map(eval,params))
 224   return lambdify(p, out)