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Minor improvements for internal variables
[modules/adao.git] / src / daComposant / daCore / BasicObjects.py
index c27247f108a9f50e3b30f5eaf7d811732b01f946..76fd292115541ec3f7f48a185d9533f34158f3ee 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 # -*- coding: utf-8 -*-
 #
-# Copyright (C) 2008-2020 EDF R&D
+# Copyright (C) 2008-2021 EDF R&D
 #
 # This library is free software; you can redistribute it and/or
 # modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
@@ -30,6 +30,7 @@ import os
 import sys
 import logging
 import copy
+import time
 import numpy
 from functools import partial
 from daCore import Persistence, PlatformInfo, Interfaces
@@ -178,7 +179,7 @@ class Operator(object):
         "Renvoie le type"
         return self.__Type
 
-    def appliedTo(self, xValue, HValue = None, argsAsSerie = False):
+    def appliedTo(self, xValue, HValue = None, argsAsSerie = False, returnSerieAsArrayMatrix = False):
         """
         Permet de restituer le résultat de l'application de l'opérateur à une
         série d'arguments xValue. Cette méthode se contente d'appliquer, chaque
@@ -202,13 +203,13 @@ class Operator(object):
         #
         if _HValue is not None:
             assert len(_xValue) == len(_HValue), "Incompatible number of elements in xValue and HValue"
-            HxValue = []
+            _HxValue = []
             for i in range(len(_HValue)):
-                HxValue.append( numpy.asmatrix( numpy.ravel( _HValue[i] ) ).T )
+                _HxValue.append( numpy.asmatrix( numpy.ravel( _HValue[i] ) ).T )
                 if self.__AvoidRC:
-                    Operator.CM.storeValueInX(_xValue[i],HxValue[-1],self.__name)
+                    Operator.CM.storeValueInX(_xValue[i],_HxValue[-1],self.__name)
         else:
-            HxValue = []
+            _HxValue = []
             _xserie = []
             _hindex = []
             for i, xv in enumerate(_xValue):
@@ -229,7 +230,7 @@ class Operator(object):
                         _xserie.append( xv )
                         _hindex.append(  i )
                         _hv = None
-                HxValue.append( _hv )
+                _HxValue.append( _hv )
             #
             if len(_xserie)>0 and self.__Matrix is None:
                 if self.__extraArgs is None:
@@ -241,14 +242,17 @@ class Operator(object):
                 for i in _hindex:
                     _xv = _xserie.pop(0)
                     _hv = _hserie.pop(0)
-                    HxValue[i] = _hv
+                    _HxValue[i] = _hv
                     if self.__AvoidRC:
                         Operator.CM.storeValueInX(_xv,_hv,self.__name)
         #
-        if argsAsSerie: return HxValue
-        else:           return HxValue[-1]
+        if returnSerieAsArrayMatrix:
+            _HxValue = numpy.stack([numpy.ravel(_hv) for _hv in _HxValue], axis=1)
+        #
+        if argsAsSerie: return _HxValue
+        else:           return _HxValue[-1]
 
-    def appliedControledFormTo(self, paires, argsAsSerie = False):
+    def appliedControledFormTo(self, paires, argsAsSerie = False, returnSerieAsArrayMatrix = False):
         """
         Permet de restituer le résultat de l'application de l'opérateur à des
         paires (xValue, uValue). Cette méthode se contente d'appliquer, son
@@ -265,30 +269,32 @@ class Operator(object):
         PlatformInfo.isIterable( _xuValue, True, " in Operator.appliedControledFormTo" )
         #
         if self.__Matrix is not None:
-            HxValue = []
+            _HxValue = []
             for paire in _xuValue:
                 _xValue, _uValue = paire
                 self.__addOneMatrixCall()
-                HxValue.append( self.__Matrix * _xValue )
+                _HxValue.append( self.__Matrix * _xValue )
         else:
-            HxValue = []
+            _xuArgs = []
             for paire in _xuValue:
-                _xuValue = []
                 _xValue, _uValue = paire
                 if _uValue is not None:
-                    _xuValue.append( paire )
+                    _xuArgs.append( paire )
                 else:
-                    _xuValue.append( _xValue )
-            self.__addOneMethodCall( len(_xuValue) )
+                    _xuArgs.append( _xValue )
+            self.__addOneMethodCall( len(_xuArgs) )
             if self.__extraArgs is None:
-                HxValue = self.__Method( _xuValue ) # Calcul MF
+                _HxValue = self.__Method( _xuArgs ) # Calcul MF
             else:
-                HxValue = self.__Method( _xuValue, self.__extraArgs ) # Calcul MF
+                _HxValue = self.__Method( _xuArgs, self.__extraArgs ) # Calcul MF
+        #
+        if returnSerieAsArrayMatrix:
+            _HxValue = numpy.stack([numpy.ravel(_hv) for _hv in _HxValue], axis=1)
         #
-        if argsAsSerie: return HxValue
-        else:           return HxValue[-1]
+        if argsAsSerie: return _HxValue
+        else:           return _HxValue[-1]
 
-    def appliedInXTo(self, paires, argsAsSerie = False):
+    def appliedInXTo(self, paires, argsAsSerie = False, returnSerieAsArrayMatrix = False):
         """
         Permet de restituer le résultat de l'application de l'opérateur à une
         série d'arguments xValue, sachant que l'opérateur est valable en
@@ -309,20 +315,23 @@ class Operator(object):
         PlatformInfo.isIterable( _nxValue, True, " in Operator.appliedInXTo" )
         #
         if self.__Matrix is not None:
-            HxValue = []
+            _HxValue = []
             for paire in _nxValue:
                 _xNominal, _xValue = paire
                 self.__addOneMatrixCall()
-                HxValue.append( self.__Matrix * _xValue )
+                _HxValue.append( self.__Matrix * _xValue )
         else:
             self.__addOneMethodCall( len(_nxValue) )
             if self.__extraArgs is None:
-                HxValue = self.__Method( _nxValue ) # Calcul MF
+                _HxValue = self.__Method( _nxValue ) # Calcul MF
             else:
-                HxValue = self.__Method( _nxValue, self.__extraArgs ) # Calcul MF
+                _HxValue = self.__Method( _nxValue, self.__extraArgs ) # Calcul MF
         #
-        if argsAsSerie: return HxValue
-        else:           return HxValue[-1]
+        if returnSerieAsArrayMatrix:
+            _HxValue = numpy.stack([numpy.ravel(_hv) for _hv in _HxValue], axis=1)
+        #
+        if argsAsSerie: return _HxValue
+        else:           return _HxValue[-1]
 
     def asMatrix(self, ValueForMethodForm = "UnknownVoidValue", argsAsSerie = False):
         """
@@ -591,6 +600,7 @@ class Algorithm(object):
             - CostFunctionJbAtCurrentOptimum : partie ébauche à l'état optimal courant lors d'itérations
             - CostFunctionJo : partie observations de la fonction-coût : Jo
             - CostFunctionJoAtCurrentOptimum : partie observations à l'état optimal courant lors d'itérations
+            - CurrentIterationNumber : numéro courant d'itération dans les algorithmes itératifs, à partir de 0
             - CurrentOptimum : état optimal courant lors d'itérations
             - CurrentState : état courant lors d'itérations
             - GradientOfCostFunctionJ  : gradient de la fonction-coût globale
@@ -645,6 +655,7 @@ class Algorithm(object):
         self.StoredVariables["CostFunctionJbAtCurrentOptimum"]       = Persistence.OneScalar(name = "CostFunctionJbAtCurrentOptimum")
         self.StoredVariables["CostFunctionJo"]                       = Persistence.OneScalar(name = "CostFunctionJo")
         self.StoredVariables["CostFunctionJoAtCurrentOptimum"]       = Persistence.OneScalar(name = "CostFunctionJoAtCurrentOptimum")
+        self.StoredVariables["CurrentIterationNumber"]               = Persistence.OneIndex(name = "CurrentIterationNumber")
         self.StoredVariables["CurrentOptimum"]                       = Persistence.OneVector(name = "CurrentOptimum")
         self.StoredVariables["CurrentState"]                         = Persistence.OneVector(name = "CurrentState")
         self.StoredVariables["ForecastState"]                        = Persistence.OneVector(name = "ForecastState")
@@ -680,10 +691,11 @@ class Algorithm(object):
         self.__canonical_parameter_name["algorithm"] = "Algorithm"
         self.__canonical_parameter_name["storesupplementarycalculations"] = "StoreSupplementaryCalculations"
 
-    def _pre_run(self, Parameters, Xb=None, Y=None, R=None, B=None, Q=None ):
+    def _pre_run(self, Parameters, Xb=None, Y=None, U=None, HO=None, EM=None, CM=None, R=None, B=None, Q=None ):
         "Pré-calcul"
         logging.debug("%s Lancement", self._name)
         logging.debug("%s Taille mémoire utilisée de %.0f Mio"%(self._name, self._m.getUsedMemory("Mio")))
+        self._getTimeState(reset=True)
         #
         # Mise a jour des paramètres internes avec le contenu de Parameters, en
         # reprenant les valeurs par défauts pour toutes celles non définies
@@ -691,36 +703,57 @@ class Algorithm(object):
         for k, v in self.__variable_names_not_public.items():
             if k not in self._parameters:  self.__setParameters( {k:v} )
         #
-        # Corrections et compléments
-        def __test_vvalue(argument, variable, argname):
+        # Corrections et compléments des vecteurs
+        def __test_vvalue(argument, variable, argname, symbol=None):
+            if symbol is None: symbol = variable
             if argument is None:
                 if variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["mandatory"]:
-                    raise ValueError("%s %s vector %s has to be properly defined!"%(self._name,argname,variable))
+                    raise ValueError("%s %s vector %s is not set and has to be properly defined!"%(self._name,argname,symbol))
                 elif variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["optional"]:
-                    logging.debug("%s %s vector %s is not set, but is optional."%(self._name,argname,variable))
+                    logging.debug("%s %s vector %s is not set, but is optional."%(self._name,argname,symbol))
                 else:
-                    logging.debug("%s %s vector %s is not set, but is not required."%(self._name,argname,variable))
+                    logging.debug("%s %s vector %s is not set, but is not required."%(self._name,argname,symbol))
             else:
-                logging.debug("%s %s vector %s is set, and its size is %i."%(self._name,argname,variable,numpy.array(argument).size))
+                logging.debug("%s %s vector %s is set, and its size is %i."%(self._name,argname,symbol,numpy.array(argument).size))
             return 0
         __test_vvalue( Xb, "Xb", "Background or initial state" )
         __test_vvalue( Y,  "Y",  "Observation" )
+        __test_vvalue( U,  "U",  "Control" )
         #
-        def __test_cvalue(argument, variable, argname):
+        # Corrections et compléments des covariances
+        def __test_cvalue(argument, variable, argname, symbol=None):
+            if symbol is None: symbol = variable
             if argument is None:
                 if variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["mandatory"]:
-                    raise ValueError("%s %s error covariance matrix %s has to be properly defined!"%(self._name,argname,variable))
+                    raise ValueError("%s %s error covariance matrix %s is not set and has to be properly defined!"%(self._name,argname,symbol))
                 elif variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["optional"]:
-                    logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is not set, but is optional."%(self._name,argname,variable))
+                    logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is not set, but is optional."%(self._name,argname,symbol))
                 else:
-                    logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is not set, but is not required."%(self._name,argname,variable))
+                    logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is not set, but is not required."%(self._name,argname,symbol))
             else:
-                logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is set."%(self._name,argname,variable))
+                logging.debug("%s %s error covariance matrix %s is set."%(self._name,argname,symbol))
             return 0
-        __test_cvalue( R, "R", "Observation" )
         __test_cvalue( B, "B", "Background" )
+        __test_cvalue( R, "R", "Observation" )
         __test_cvalue( Q, "Q", "Evolution" )
         #
+        # Corrections et compléments des opérateurs
+        def __test_ovalue(argument, variable, argname, symbol=None):
+            if symbol is None: symbol = variable
+            if argument is None or (isinstance(argument,dict) and len(argument)==0):
+                if variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["mandatory"]:
+                    raise ValueError("%s %s operator %s is not set and has to be properly defined!"%(self._name,argname,symbol))
+                elif variable in self.__required_inputs["RequiredInputValues"]["optional"]:
+                    logging.debug("%s %s operator %s is not set, but is optional."%(self._name,argname,symbol))
+                else:
+                    logging.debug("%s %s operator %s is not set, but is not required."%(self._name,argname,symbol))
+            else:
+                logging.debug("%s %s operator %s is set."%(self._name,argname,symbol))
+            return 0
+        __test_ovalue( HO, "HO", "Observation", "H" )
+        __test_ovalue( EM, "EM", "Evolution", "M" )
+        __test_ovalue( CM, "CM", "Control Model", "C" )
+        #
         if ("Bounds" in self._parameters) and isinstance(self._parameters["Bounds"], (list, tuple)) and (len(self._parameters["Bounds"]) > 0):
             logging.debug("%s Prise en compte des bornes effectuee"%(self._name,))
         else:
@@ -760,6 +793,7 @@ class Algorithm(object):
             logging.debug("%s Nombre d'évaluation(s) de l'opérateur d'observation direct/tangent/adjoint.: %i/%i/%i", self._name, _oH["Direct"].nbcalls(0),_oH["Tangent"].nbcalls(0),_oH["Adjoint"].nbcalls(0))
             logging.debug("%s Nombre d'appels au cache d'opérateur d'observation direct/tangent/adjoint..: %i/%i/%i", self._name, _oH["Direct"].nbcalls(3),_oH["Tangent"].nbcalls(3),_oH["Adjoint"].nbcalls(3))
         logging.debug("%s Taille mémoire utilisée de %.0f Mio", self._name, self._m.getUsedMemory("Mio"))
+        logging.debug("%s Durées d'utilisation CPU de %.1fs et elapsed de %.1fs", self._name, self._getTimeState()[0], self._getTimeState()[1])
         logging.debug("%s Terminé", self._name)
         return 0
 
@@ -816,7 +850,7 @@ class Algorithm(object):
         """
         raise NotImplementedError("Mathematical assimilation calculation has not been implemented!")
 
-    def defineRequiredParameter(self, name = None, default = None, typecast = None, message = None, minval = None, maxval = None, listval = None):
+    def defineRequiredParameter(self, name = None, default = None, typecast = None, message = None, minval = None, maxval = None, listval = None, listadv = None):
         """
         Permet de définir dans l'algorithme des paramètres requis et leurs
         caractéristiques par défaut.
@@ -830,6 +864,7 @@ class Algorithm(object):
             "minval"   : minval,
             "maxval"   : maxval,
             "listval"  : listval,
+            "listadv"  : listadv,
             "message"  : message,
             }
         self.__canonical_parameter_name[name.lower()] = name
@@ -855,6 +890,7 @@ class Algorithm(object):
         minval   = self.__required_parameters[__k]["minval"]
         maxval   = self.__required_parameters[__k]["maxval"]
         listval  = self.__required_parameters[__k]["listval"]
+        listadv  = self.__required_parameters[__k]["listadv"]
         #
         if value is None and default is None:
             __val = None
@@ -873,12 +909,14 @@ class Algorithm(object):
             raise ValueError("The parameter named '%s' of value '%s' can not be less than %s."%(__k, __val, minval))
         if maxval is not None and (numpy.array(__val, float) > maxval).any():
             raise ValueError("The parameter named '%s' of value '%s' can not be greater than %s."%(__k, __val, maxval))
-        if listval is not None:
+        if listval is not None or listadv is not None:
             if typecast is list or typecast is tuple or isinstance(__val,list) or isinstance(__val,tuple):
                 for v in __val:
-                    if v not in listval:
+                    if listval is not None and v in listval: continue
+                    elif listadv is not None and v in listadv: continue
+                    else:
                         raise ValueError("The value '%s' is not allowed for the parameter named '%s', it has to be in the list %s."%(v, __k, listval))
-            elif __val not in listval:
+            elif not (listval is not None and __val in listval) and not (listadv is not None and __val in listadv):
                 raise ValueError("The value '%s' is not allowed for the parameter named '%s', it has to be in the list %s."%( __val, __k,listval))
         #
         return __val
@@ -924,6 +962,33 @@ class Algorithm(object):
                 pass
             logging.debug("%s %s : %s", self._name, self.__required_parameters[k]["message"], self._parameters[k])
 
+    def _getTimeState(self, reset=False):
+        """
+        Initialise ou restitue le temps de calcul (cpu/elapsed) à la seconde
+        """
+        if reset:
+            self.__initial_cpu_time      = time.process_time()
+            self.__initial_elapsed_time  = time.perf_counter()
+            return 0., 0.
+        else:
+            self.__cpu_time     = time.process_time() - self.__initial_cpu_time
+            self.__elapsed_time = time.perf_counter() - self.__initial_elapsed_time
+            return self.__cpu_time, self.__elapsed_time
+
+    def _StopOnTimeLimit(self, X=None, withReason=False):
+        "Stop criteria on time limit: True/False [+ Reason]"
+        c, e = self._getTimeState()
+        if "MaximumCpuTime" in self._parameters and c > self._parameters["MaximumCpuTime"]:
+            __SC, __SR = True, "Reached maximum CPU time (%.1fs > %.1fs)"%(c, self._parameters["MaximumCpuTime"])
+        elif "MaximumElapsedTime" in self._parameters and e > self._parameters["MaximumElapsedTime"]:
+            __SC, __SR = True, "Reached maximum elapsed time (%.1fs > %.1fs)"%(e, self._parameters["MaximumElapsedTime"])
+        else:
+            __SC, __SR = False, ""
+        if withReason:
+            return __SC, __SR
+        else:
+            return __SC
+
 # ==============================================================================
 class AlgorithmAndParameters(object):
     """
@@ -1787,6 +1852,30 @@ class Covariance(object):
         elif self.isobject() and hasattr(self.__C,"choleskyI"):
             return Covariance(self.__name+"H", asCovObject   = self.__C.choleskyI() )
 
+    def sqrtm(self):
+        "Racine carrée matricielle"
+        if   self.ismatrix():
+            import scipy
+            return Covariance(self.__name+"C", asCovariance  = scipy.linalg.sqrtm(self.__C) )
+        elif self.isvector():
+            return Covariance(self.__name+"C", asEyeByVector = numpy.sqrt( self.__C ) )
+        elif self.isscalar():
+            return Covariance(self.__name+"C", asEyeByScalar = numpy.sqrt( self.__C ) )
+        elif self.isobject() and hasattr(self.__C,"sqrt"):
+            return Covariance(self.__name+"C", asCovObject   = self.__C.sqrt() )
+
+    def sqrtmI(self):
+        "Inversion de la racine carrée matricielle"
+        if   self.ismatrix():
+            import scipy
+            return Covariance(self.__name+"H", asCovariance  = scipy.linalg.sqrtm(self.__C).I )
+        elif self.isvector():
+            return Covariance(self.__name+"H", asEyeByVector = 1.0 / numpy.sqrt( self.__C ) )
+        elif self.isscalar():
+            return Covariance(self.__name+"H", asEyeByScalar = 1.0 / numpy.sqrt( self.__C ) )
+        elif self.isobject() and hasattr(self.__C,"sqrtI"):
+            return Covariance(self.__name+"H", asCovObject   = self.__C.sqrtI() )
+
     def diag(self, msize=None):
         "Diagonale de la matrice"
         if   self.ismatrix():