chiark / gitweb /
simplex wip: use gsl_vector_get for X, for abandonment
[moebius3.git] / symbolic.py
old mode 100755 (executable)
new mode 100644 (file)
index 382f933..acc9657
-#!/usr/bin/python
 
+from __future__ import print_function
+
+from sympy.vector.vector import *
 from sympy import *
+import itertools
+from sympy.utilities.lambdify import lambdify, implemented_function
+import numpy as np
+
+from moedebug import *
+
+# When cse() is called for something containing BaseVector, it
+# produces infinite recursion.
+#def cse(x, *a, **kw): return ((), (x,))
+
+def dprint(*args):
+  if not dbg_enabled(): return
+  print(*args)
+
+def dbg(*args):
+  if not dbg_enabled(): return
+  for vn in args:
+    print('\n    ' + vn + '\n')
+    pprint(eval(vn))
+    print('\n          =\n')
+    pprint(cse(eval(vn)))
+
+def sqnorm(v): return v & v
+
+N = CoordSysCartesian('N')
+
+calculated = False
+
+def vector_symbols(vnames):
+  out = []
+  for vname in vnames.split(' '):
+    v = Vector.zero
+    for cname in 'i j k'.split(' '):
+      v += getattr(N, cname) * symbols(vname + '_' + cname)
+    out.append(v)
+  return out
+
+A, B, C, D = vector_symbols('A B C D')
+p = vector_symbols('p')
+
+E, H = vector_symbols('E H')
+F0, G0 = vector_symbols('F0 G0')
+En, Hn = vector_symbols('En Hn')
+
+EFlq, HGlq = symbols('EFlq HGlq')
+
+def vector_component(v, ix):
+  return v.components[N.base_vectors()[ix]]
+
+# x array in numerical algorithm has:
+#    N x 3    coordinates of points 0..N-3
+#    1        EFlq = sqrt of length parameter |EF| for point 1
+#    1        HGlq = sqrt of length parameter |HG| for point N-2
+
+# fixed array in numerical algorithm has:
+#    4 x 3    E, En, H, Hn
+
+#def subst_vect():
+
+iterations = []
+
+class SomeIteration():
+  def __init__(ar, names, size, expr):
+    ar.names_string = names
+    ar.names = names.split(' ')
+    ar.name = ar.names[0]
+    ar.size = size
+    ar.expr = expr
+    if dbg_enabled():
+      print('\n   ' + ar.name + '\n')
+      print(expr)
+    iterations.append(ar)
+
+  def gen_calculate_cost(ar):
+    ar._gen_array()
+    cprint('for (P=0; P<(%s); P++) {' % ar.size)
+    ar._cassign()
+    cprint('}')
+
+class ScalarArray(SomeIteration):
+  def _gen_array(ar):
+    cprint('double A_%s[%s];' % (ar.name, ar.size))
+  def gen_references(ar):
+    for ai in range(0, len(ar.names)):
+      ar._gen_reference(ai, ar.names[ai])
+  def _gen_reference(ar, ai, an):
+    cprintraw('#define %s A_%s[P%+d]' % (an, ar.name, ai))
+  def _cassign(ar):
+    cassign(ar.expr, ar.name, 'tmp_'+ar.name)
+  def s(ar):
+    return symbols(ar.names_string)
+
+class CoordArray(ScalarArray):
+  def _gen_array(ar):
+    cprint('double A_%s[%s][3];' % (ar.name, ar.size))
+  def _gen_reference(ar, ai, an):
+    ScalarArray._gen_reference(ar, ai, an)
+    gen_point_coords_macro(an)
+  def _cassign(ar):
+    cassign_vector(ar.expr, ar.name, 'tmp_'+ar.name)
+  def s(ar):
+    return vector_symbols(ar.names_string)
+
+class CostComponent(SomeIteration):
+  def __init__(cc, size, expr):
+    cc.size = size
+    cc.expr = expr
+    iterations.append(cc)
+  def gen_references(cc): pass
+  def _gen_array(cc): pass
+  def _cassign(cc):
+    cassign(cc.expr, 'P_cost', 'tmp_cost')
+    cprint('cost += P_cost;')
+
+def calculate():
+  global calculated
+  if calculated: return
+
+  # ---------- actual cost computation formulae ----------
+
+  global F, G
+  F = E + En * pow(EFlq, 2)
+  G = H + Hn * pow(HGlq, 2)
+
+  global a,b, al,bl, au,bu
+  a,  b  = CoordArray ('a_ b_',   'NP-1', B-A           ).s() # [mm]
+  al, bl = ScalarArray('al bl',   'NP-1', a.magnitude() ).s() # [mm]
+  au, bu = CoordArray ('au bu',   'NP-1', a / al        ).s() # [1]
+
+  tan_theta = (au ^ bu) / (au & bu)     # [1]     bending
+
+  global mu, nu
+  mu, nu = CoordArray ('mu nu', 'NP-2', tan_theta ).s() # [1]
+
+  CostComponent('NP-3', sqnorm(mu - nu)) # [1]
+
+  dl2 = pow(al - bl, 2) # [mm^2]
+  CostComponent('NP-2', dl2 / (al*bl)) # [1]
+
+  # ---------- end of cost computation formulae ----------
+
+  calculated = True
+
+def ourccode(*a, **kw):
+  return ccode(*a, user_functions={'sinc':'sinc'}, **kw)
+
+def cprintraw(*s):
+  print(*s)
+
+def cprint(s):
+  for l in s.split('\n'):
+    cprintraw(l, '\\')
+
+def cse_prep_cprint(v, tmp_prefix):
+  # => v, but also having cprint'd the common subexpression assignments
+  sym_iter = map((lambda i: symbols('%s%d' % (tmp_prefix,i))),
+                 itertools.count())
+  (defs, vs) = cse(v, symbols=sym_iter)
+  for defname, defval in defs:
+    cprint('double '+ourccode(defval, assign_to=defname))
+  return vs[0]
+
+def cassign(v, assign_to, tmp_prefix):
+  v = cse_prep_cprint(v, tmp_prefix)
+  cprint(ourccode(v, assign_to=assign_to))
+
+def cassign_vector(v, assign_to, tmp_prefix):
+  ijk = 'i j k'.split(' ')
+  for ii in range(0, len(ijk)):
+    x = v & getattr(N, ijk[ii])
+    cassign(x, '%s[%d]' % (assign_to, ii), '%s_%s' % (tmp_prefix, ijk[ii]))
+
+def gen_diff(current, smalls):
+  global j
+  if not smalls:
+    j = zeros(len(params),0)
+    for param in params:
+      global d
+      paramv = eval(param)
+      d = diff(current, paramv)
+      dbg('d')
+      j = j.row_join(d)
+    dbg('j')
+    j = cse_prep_cprint(j, 'jtmp')
+    for ix in range(0, j.cols):
+      cprint(ourccode(j.col(ix), 'J_COL'))
+      cprint('J_END_COL(%d)' % ix)
+  else:
+    small = smalls[0]
+    smalls = smalls[1:]
+    cprint('if (!IS_SMALL(' + ourccode(small) + ')) {')
+    gen_diff(current, smalls)
+    cprint('} else { /* %s small */' % small)
+    gen_diff(current.replace(
+      sinc(small),
+      1 - small*small/factorial(3) - small**4/factorial(5),
+      ),
+      smalls
+    )
+    cprint('} /* %s small */' % small)
+
+def gen_misc():
+  cprintraw('// AUTOGENERATED - DO NOT EDIT\n')
+
+def gen_point_coords_macro(macro_basename):
+  ijk = 'i j k'.split(' ')
+  for ii in range(0, len(ijk)):
+    cprintraw('#define %s_%s (%s[%d])'
+              % (macro_basename, ijk[ii], macro_basename, ii))
+
+def gen_point_index_macro(macro_basename, c_array_name, base_index):
+  cprintraw('#define %s (&%s[%s])'
+            % (macro_basename, c_array_name, base_index))
+  gen_point_coords_macro(macro_basename)
+
+def gen_point_references():
+  abcd = 'A B C D'.split(' ')
+
+  gen_point_index_macro('E',  'INPUT', '3*0')
+  gen_point_index_macro('F0', 'INPUT', '3*1')
+  gen_point_index_macro('G0', 'INPUT', '3*(NP-2)')
+  gen_point_index_macro('H',  'INPUT', '3*(NP-1)')
+  cprintraw(         '#define NINPUT  ( 3*(NP-0) )')
+
+  gen_point_index_macro('En', 'PREP', '3*0')
+  gen_point_index_macro('Hn', 'PREP', '3*1')
+  cprintraw(         '#define NPREP   (3*2)')
+
+  cprintraw('#define NX_DIRECT 3*(NP-4)')
+  cprint('#define POINT(PP) (')
+  cprint(' (PP) == 0    ? E :')
+  cprint(' (PP) == 1    ? F :')
+  cprint(' (PP) == NP-2 ? G :')
+  cprint(' (PP) == NP-1 ? H :')
+  cprint(' &X(3*((PP)-2))')
+  cprintraw(')')
 
-import sys
+  cprintraw('#define EFlq X( NX_DIRECT + 0 )')
+  cprintraw('#define HGlq X( NX_DIRECT + 1 )')
+  cprintraw('#define NX    ( NX_DIRECT + 2 )')
 
-#import sys, codecs
-#if sys.stdout.encoding is None:
-#  sys.stdout = codecs.open("/dev/stdout", "w", 'utf-8')
+  for ai in range(0, len(abcd)):
+    cprintraw('#define %s POINT(P%+d)' % (abcd[ai], ai))
+    gen_point_coords_macro(abcd[ai])
 
-init_printing(use_unicode=False)
+  for si in iterations:
+    si.gen_references()
 
-r, theta, s, la, mu = symbols('r theta s la mu')
+  cprintraw('')
 
-pprint(theta)
+def gen_prepare():
+  cprint('#define PREPARE')
+  cprint('memcpy(X, &INPUT[3*2], sizeof(double) * NX_DIRECT);')
+  for EH,EHs,FG0,FGs in ((E,'E', F0,'F'),
+                         (H,'H', G0,'G')):
+    EFHGv = FG0 - EH
+    EFHGl = EFHGv.magnitude()
+    EFHGlq = sqrt(EFHGl)
+    cassign_vector(EFHGv/EFHGl, EHs+'n', 'tmp_'+EHs)
+    cassign(EFHGlq, EHs+FGs+'lq', 'tmp_l'+EHs)
+  cprintraw('')
 
-# start      original formulation
-# rightvars  replaces 
+def gen_calculate_FG():
+  cprintraw('#define DECLARE_F_G double F[3], G[3];')
+  cprint('#define CALCULATE_F_G')
+  cassign_vector(F,'F','tmp_F')
+  cassign_vector(G,'G','tmp_G')
+  cprintraw('')
 
-p_start = Matrix([
-  r * (1 - cos(theta)),
-  r * sin(theta),
-  mu * s,
-])
+def gen_calculate_cost():
+  cprint('#define CALCULATE_COST')
+  cprint('double cost=0, P_cost;')
+  for si in iterations:
+    si.gen_calculate_cost()
+  cprintraw('')
 
-p_rightvars = p_start.subs(theta, s/r).subs(r, 1/la)
+def gen_C():
+  gen_misc()
+  gen_point_references()
+  gen_prepare()
+  gen_calculate_FG()
+  gen_calculate_cost()
 
-pprint(p_rightvars)
+def get_python():
+  # https://github.com/sympy/sympy/issues/13642
+  # "lambdify sinc gives wrong answer!"
+  out = q_sqparm
+  sinc_fixed = Function('sinc_fixed')
+  implemented_function(sinc_fixed, lambda x: np.sinc(x/np.pi))
+  out = out.subs(sinc,sinc_fixed)
+  p = list(map(eval,params))
+  return lambdify(p, out)