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[modules/adao.git] / src / daComposant / daAlgorithms / TangentTest.py
index ca81ee563eb941f582e0dcb2c14a75c937ddde1d..e653bed6aee29951efac9bb171f8092c8a457bcd 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
-#-*-coding:iso-8859-1-*-
+# -*- coding: utf-8 -*-
 #
-# Copyright (C) 2008-2017 EDF R&D
+# Copyright (C) 2008-2023 EDF R&D
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 # This library is free software; you can redistribute it and/or
 # modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
 #
 # Author: Jean-Philippe Argaud, jean-philippe.argaud@edf.fr, EDF R&D
 
-import logging
-from daCore import BasicObjects, PlatformInfo
-import numpy, math
+import numpy
+from daCore import BasicObjects, NumericObjects, PlatformInfo
 mpr = PlatformInfo.PlatformInfo().MachinePrecision()
+mfp = PlatformInfo.PlatformInfo().MaximumPrecision()
 
 # ==============================================================================
 class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
@@ -33,14 +33,14 @@ class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
             name     = "ResiduFormula",
             default  = "Taylor",
             typecast = str,
-            message  = "Formule de résidu utilisée",
+            message  = "Formule de résidu utilisée",
             listval  = ["Taylor"],
             )
         self.defineRequiredParameter(
             name     = "EpsilonMinimumExponent",
             default  = -8,
             typecast = int,
-            message  = "Exposant minimal en puissance de 10 pour le multiplicateur d'incrément",
+            message  = "Exposant minimal en puissance de 10 pour le multiplicateur d'incrément",
             minval   = -20,
             maxval   = 0,
             )
@@ -48,13 +48,13 @@ class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
             name     = "InitialDirection",
             default  = [],
             typecast = list,
-            message  = "Direction initiale de la dérivée directionnelle autour du point nominal",
+            message  = "Direction initiale de la dérivée directionnelle autour du point nominal",
             )
         self.defineRequiredParameter(
             name     = "AmplitudeOfInitialDirection",
             default  = 1.,
             typecast = float,
-            message  = "Amplitude de la direction initiale de la dérivée directionnelle autour du point nominal",
+            message  = "Amplitude de la direction initiale de la dérivée directionnelle autour du point nominal",
             )
         self.defineRequiredParameter(
             name     = "AmplitudeOfTangentPerturbation",
@@ -67,7 +67,14 @@ class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
         self.defineRequiredParameter(
             name     = "SetSeed",
             typecast = numpy.random.seed,
-            message  = "Graine fixée pour le générateur aléatoire",
+            message  = "Graine fixée pour le générateur aléatoire",
+            )
+        self.defineRequiredParameter(
+            name     = "NumberOfPrintedDigits",
+            default  = 5,
+            typecast = int,
+            message  = "Nombre de chiffres affichés pour les impressions de réels",
+            minval   = 0,
             )
         self.defineRequiredParameter(
             name     = "ResultTitle",
@@ -79,124 +86,147 @@ class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
             name     = "StoreSupplementaryCalculations",
             default  = [],
             typecast = tuple,
-            message  = "Liste de calculs supplémentaires à stocker et/ou effectuer",
-            listval  = ["CurrentState", "Residu", "SimulatedObservationAtCurrentState"]
+            message  = "Liste de calculs supplémentaires à stocker et/ou effectuer",
+            listval  = [
+                "CurrentState",
+                "Residu",
+                "SimulatedObservationAtCurrentState",
+                ]
             )
+        self.requireInputArguments(
+            mandatory= ("Xb", "HO"),
+            )
+        self.setAttributes(tags=(
+            "Checking",
+            ))
 
     def run(self, Xb=None, Y=None, U=None, HO=None, EM=None, CM=None, R=None, B=None, Q=None, Parameters=None):
-        self._pre_run(Parameters)
+        self._pre_run(Parameters, Xb, Y, U, HO, EM, CM, R, B, Q)
         #
         Hm = HO["Direct"].appliedTo
         Ht = HO["Tangent"].appliedInXTo
         #
-        # Construction des perturbations
-        # ------------------------------
+        X0      = numpy.ravel( Xb ).reshape((-1,1))
+        #
+        # ----------
+        __p = self._parameters["NumberOfPrintedDigits"]
+        #
+        __marge = 5*u" "
+        __flech = 3*"="+"> "
+        msgs  = ("\n") # 1
+        if len(self._parameters["ResultTitle"]) > 0:
+            __rt = str(self._parameters["ResultTitle"])
+            msgs += (__marge + "====" + "="*len(__rt) + "====\n")
+            msgs += (__marge + "    " + __rt + "\n")
+            msgs += (__marge + "====" + "="*len(__rt) + "====\n")
+        else:
+            msgs += (__marge + "%s\n"%self._name)
+            msgs += (__marge + "%s\n"%("="*len(self._name),))
+        #
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "This test allows to analyze the numerical stability of the tangent of some\n")
+        msgs += (__marge + "given simulation operator F, applied to one single vector argument x.\n")
+        msgs += (__marge + "The output shows simple statistics related to its stability for various\n")
+        msgs += (__marge + "increments, around an input checking point X.\n")
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__flech + "Information before launching:\n")
+        msgs += (__marge + "-----------------------------\n")
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "Characteristics of input vector X, internally converted:\n")
+        msgs += (__marge + "  Type...............: %s\n")%type( X0 )
+        msgs += (__marge + "  Length of vector...: %i\n")%max(numpy.ravel( X0 ).shape)
+        msgs += (__marge + "  Minimum value......: %."+str(__p)+"e\n")%numpy.min(  X0 )
+        msgs += (__marge + "  Maximum value......: %."+str(__p)+"e\n")%numpy.max(  X0 )
+        msgs += (__marge + "  Mean of vector.....: %."+str(__p)+"e\n")%numpy.mean( X0, dtype=mfp )
+        msgs += (__marge + "  Standard error.....: %."+str(__p)+"e\n")%numpy.std(  X0, dtype=mfp )
+        msgs += (__marge + "  L2 norm of vector..: %."+str(__p)+"e\n")%numpy.linalg.norm( X0 )
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "%s\n\n"%("-"*75,))
+        msgs += (__flech + "Numerical quality indicators:\n")
+        msgs += (__marge + "-----------------------------\n")
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "Using the \"%s\" formula, one observes the residue R which is the\n"%self._parameters["ResiduFormula"])
+        msgs += (__marge + "ratio of increments using the tangent linear:\n")
+        msgs += ("\n")
+        #
+        if self._parameters["ResiduFormula"] == "Taylor":
+            msgs += (__marge + "                || F(X+Alpha*dX) - F(X) ||\n")
+            msgs += (__marge + "    R(Alpha) = -----------------------------\n")
+            msgs += (__marge + "               || Alpha * TangentF_X * dX ||\n")
+            msgs += ("\n")
+            msgs += (__marge + "which must remain stable in 1+O(Alpha) until the accuracy of the\n")
+            msgs += (__marge + "calculation is reached.\n")
+            msgs += ("\n")
+            msgs += (__marge + "When |R-1|/Alpha is less than or equal to a stable value when Alpha varies,\n")
+            msgs += (__marge + "the tangent is valid, until the accuracy of the calculation is reached.\n")
+            msgs += ("\n")
+            msgs += (__marge + "If |R-1|/Alpha is very small, the code F is likely linear or quasi-linear,\n")
+            msgs += (__marge + "and the tangent is valid until computational accuracy is reached.\n")
+            #
+            __entete = u"  i   Alpha     ||X||      ||F(X)||   |     R(Alpha)    |R-1|/Alpha"
+            #
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "We take dX0 = Normal(0,X) and dX = Alpha*dX0. F is the calculation code.\n")
+        msgs += ("\n")
+        msgs += (__marge + "(Remark: numbers that are (about) under %.0e represent 0 to machine precision)\n"%mpr)
+        print(msgs) # 1
+        #
         Perturbations = [ 10**i for i in range(self._parameters["EpsilonMinimumExponent"],1) ]
         Perturbations.reverse()
         #
-        # Calcul du point courant
-        # -----------------------
-        Xn      = numpy.asmatrix(numpy.ravel( Xb )).T
-        FX      = numpy.asmatrix(numpy.ravel( Hm( Xn ) )).T
-        NormeX  = numpy.linalg.norm( Xn )
+        FX      = numpy.ravel( Hm( X0 ) ).reshape((-1,1))
+        NormeX  = numpy.linalg.norm( X0 )
         NormeFX = numpy.linalg.norm( FX )
-        if "CurrentState" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
-            self.StoredVariables["CurrentState"].store( numpy.ravel(Xn) )
-        if "SimulatedObservationAtCurrentState" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
-            self.StoredVariables["SimulatedObservationAtCurrentState"].store( numpy.ravel(FX) )
-        #
-        # Fabrication de la direction de  l'incrément dX
-        # ----------------------------------------------
-        if len(self._parameters["InitialDirection"]) == 0:
-            dX0 = []
-            for v in Xn.A1:
-                if abs(v) > 1.e-8:
-                    dX0.append( numpy.random.normal(0.,abs(v)) )
-                else:
-                    dX0.append( numpy.random.normal(0.,Xn.mean()) )
-        else:
-            dX0 = numpy.ravel( self._parameters["InitialDirection"] )
+        if NormeFX < mpr: NormeFX = mpr
+        if self._toStore("CurrentState"):
+            self.StoredVariables["CurrentState"].store( X0 )
+        if self._toStore("SimulatedObservationAtCurrentState"):
+            self.StoredVariables["SimulatedObservationAtCurrentState"].store( FX )
         #
-        dX0 = float(self._parameters["AmplitudeOfInitialDirection"]) * numpy.matrix( dX0 ).T
+        dX0 = NumericObjects.SetInitialDirection(
+            self._parameters["InitialDirection"],
+            self._parameters["AmplitudeOfInitialDirection"],
+            X0,
+            )
         #
-        # Calcul du gradient au point courant X pour l'incrément dX
-        # qui est le tangent en X multiplié par dX
+        # Calcul du gradient au point courant X pour l'incrément dX
+        # qui est le tangent en X multiplie par dX
         # ---------------------------------------------------------
         dX1      = float(self._parameters["AmplitudeOfTangentPerturbation"]) * dX0
-        GradFxdX = Ht( (Xn, dX1) )
-        GradFxdX = numpy.asmatrix(numpy.ravel( GradFxdX )).T
+        GradFxdX = Ht( (X0, dX1) )
+        GradFxdX = numpy.ravel( GradFxdX ).reshape((-1,1))
         GradFxdX = float(1./self._parameters["AmplitudeOfTangentPerturbation"]) * GradFxdX
         NormeGX  = numpy.linalg.norm( GradFxdX )
+        if NormeGX < mpr: NormeGX = mpr
         #
-        # Entete des resultats
-        # --------------------
-        __marge =  12*" "
-        __precision = """
-            Remarque : les nombres inferieurs a %.0e (environ) representent un zero
-                       a la precision machine.\n"""%mpr
-        if self._parameters["ResiduFormula"] == "Taylor":
-            __entete = "  i   Alpha     ||X||      ||F(X)||   |     R(Alpha)    |R-1|/Alpha  "
-            __msgdoc = """
-            On observe le résidu provenant du rapport d'incréments utilisant le
-            linéaire tangent :
-
-                          || F(X+Alpha*dX) - F(X) ||
-              R(Alpha) = -----------------------------
-                         || Alpha * TangentF_X * dX ||
-
-            qui doit rester stable en 1+O(Alpha) jusqu'à ce que l'on atteigne la
-            précision du calcul.
-            
-            Lorsque |R-1|/Alpha est inférieur ou égal à une valeur stable
-            lorsque Alpha varie, le tangent est valide, jusqu'à ce que l'on
-            atteigne la précision du calcul.
-            
-            Si |R-1|/Alpha est très faible, le code F est vraisemblablement
-            linéaire ou quasi-linéaire, et le tangent est valide jusqu'à ce que
-            l'on atteigne la précision du calcul.
-
-            On prend dX0 = Normal(0,X) et dX = Alpha*dX0. F est le code de calcul.
-            """ + __precision
-        #
-        if len(self._parameters["ResultTitle"]) > 0:
-            msgs  = "\n"
-            msgs += __marge + "====" + "="*len(self._parameters["ResultTitle"]) + "====\n"
-            msgs += __marge + "    " + self._parameters["ResultTitle"] + "\n"
-            msgs += __marge + "====" + "="*len(self._parameters["ResultTitle"]) + "====\n"
-        else:
-            msgs  = ""
-        msgs += __msgdoc
-        #
-        __nbtirets = len(__entete)
+        # Boucle sur les perturbations
+        # ----------------------------
+        __nbtirets = len(__entete) + 2
+        msgs  = ("") # 2
         msgs += "\n" + __marge + "-"*__nbtirets
         msgs += "\n" + __marge + __entete
         msgs += "\n" + __marge + "-"*__nbtirets
-        #
-        # Boucle sur les perturbations
-        # ----------------------------
+        msgs += ("\n")
         for i,amplitude in enumerate(Perturbations):
-            dX      = amplitude * dX0
+            dX      = amplitude * dX0.reshape((-1,1))
             #
             if self._parameters["ResiduFormula"] == "Taylor":
-                FX_plus_dX  = numpy.asmatrix(numpy.ravel( Hm( Xn + dX ) )).T
+                FX_plus_dX  = numpy.ravel( Hm( X0 + dX ) ).reshape((-1,1))
                 #
                 Residu = numpy.linalg.norm( FX_plus_dX - FX ) / (amplitude * NormeGX)
-                #
-                self.StoredVariables["Residu"].store( Residu )
-                msg = "  %2i  %5.0e   %9.3e   %9.3e   |   %11.5e    %5.1e"%(i,amplitude,NormeX,NormeFX,Residu,abs(Residu-1.)/amplitude)
-                msgs += "\n" + __marge + msg
-        #
-        msgs += "\n" + __marge + "-"*__nbtirets
-        msgs += "\n"
+            #
+            self.StoredVariables["Residu"].store( Residu )
+            ttsep = "  %2i  %5.0e   %9.3e   %9.3e   |   %11.5e    %5.1e\n"%(i,amplitude,NormeX,NormeFX,Residu,abs(Residu-1.)/amplitude)
+            msgs += __marge + ttsep
         #
-        # Sorties eventuelles
-        # -------------------
-        print("\nResults of tangent check by \"%s\" formula:"%self._parameters["ResiduFormula"])
-        print(msgs)
+        msgs += (__marge + "-"*__nbtirets + "\n\n")
+        msgs += (__marge + "End of the \"%s\" verification by the \"%s\" formula.\n\n"%(self._name,self._parameters["ResiduFormula"]))
+        msgs += (__marge + "%s\n"%("-"*75,))
+        print(msgs) # 2
         #
         self._post_run(HO)
         return 0
 
 # ==============================================================================
 if __name__ == "__main__":
-    print('\n AUTODIAGNOSTIC \n')
+    print("\n AUTODIAGNOSTIC\n")