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Adding ExtendedBlue algorithm
authorJean-Philippe ARGAUD <jean-philippe.argaud@edf.fr>
Fri, 5 Jul 2013 13:46:43 +0000 (15:46 +0200)
committerJean-Philippe ARGAUD <jean-philippe.argaud@edf.fr>
Fri, 5 Jul 2013 13:46:43 +0000 (15:46 +0200)
doc/en/reference.rst
src/daComposant/daAlgorithms/ExtendedBlue.py [new file with mode: 0644]
src/daSalome/daYacsSchemaCreator/infos_daComposant.py

index 96154312b97323be6ed540efe22f43f141455d19..ca97218861d06827a586d673d43d72d54ce09b51 100644 (file)
@@ -231,6 +231,7 @@ Options and required commands for calculation algorithms
 
 .. index:: single: 3DVAR
 .. index:: single: Blue
+.. index:: single: ExtendedBlue
 .. index:: single: EnsembleBlue
 .. index:: single: KalmanFilter
 .. index:: single: ExtendedKalmanFilter
@@ -292,6 +293,27 @@ commands and keywords for an ADAO calculation case`_.
     list: ["APosterioriCovariance", "BMA", "OMA", "OMB", "Innovation",
     "SigmaBck2", "SigmaObs2", "MahalanobisConsistency"].
 
+**"ExtendedBlue"**
+
+  *Required commands*
+    *"Background", "BackgroundError",
+    "Observation", "ObservationError",
+    "ObservationOperator"*
+
+  StoreInternalVariables
+    This boolean key allows to store default internal variables, mainly the
+    current state during iterative optimization process. Be careful, this can be
+    a numerically costly choice in certain calculation cases. The default is
+    "False".
+
+  StoreSupplementaryCalculations
+    This list indicates the names of the supplementary variables that can be
+    available at the end of the algorithm. It involves potentially costly
+    calculations. The default is a void list, none of these variables being
+    calculated and stored by default. The possible names are in the following
+    list: ["APosterioriCovariance", "BMA", "OMA", "OMB", "Innovation",
+    "SigmaBck2", "SigmaObs2", "MahalanobisConsistency"].
+
 **"LinearLeastSquares"**
 
   *Required commands*
diff --git a/src/daComposant/daAlgorithms/ExtendedBlue.py b/src/daComposant/daAlgorithms/ExtendedBlue.py
new file mode 100644 (file)
index 0000000..c4085c5
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,156 @@
+#-*-coding:iso-8859-1-*-
+#
+#  Copyright (C) 2008-2013 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
+#  License as published by the Free Software Foundation; either
+#  version 2.1 of the License.
+#
+#  This library is distributed in the hope that it will be useful,
+#  but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+#  MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+#  Lesser General Public License for more details.
+#
+#  You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+#  License along with this library; if not, write to the Free Software
+#  Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307 USA
+#
+#  See http://www.salome-platform.org/ or email : webmaster.salome@opencascade.com
+#
+#  Author: Jean-Philippe Argaud, jean-philippe.argaud@edf.fr, EDF R&D
+
+import logging
+from daCore import BasicObjects, PlatformInfo
+m = PlatformInfo.SystemUsage()
+
+import numpy
+
+# ==============================================================================
+class ElementaryAlgorithm(BasicObjects.Algorithm):
+    def __init__(self):
+        BasicObjects.Algorithm.__init__(self, "EXTENDEDBLUE")
+        self.defineRequiredParameter(
+            name     = "StoreInternalVariables",
+            default  = False,
+            typecast = bool,
+            message  = "Stockage des variables internes ou intermédiaires du calcul",
+            )
+        self.defineRequiredParameter(
+            name     = "StoreSupplementaryCalculations",
+            default  = [],
+            typecast = tuple,
+            message  = "Liste de calculs supplémentaires à stocker et/ou effectuer",
+            listval  = ["APosterioriCovariance", "BMA", "OMA", "OMB", "Innovation", "SigmaBck2", "SigmaObs2", "MahalanobisConsistency"]
+            )
+
+    def run(self, Xb=None, Y=None, U=None, HO=None, EM=None, CM=None, R=None, B=None, Q=None, Parameters=None):
+        logging.debug("%s Lancement"%self._name)
+        logging.debug("%s Taille mémoire utilisée de %.1f Mo"%(self._name, m.getUsedMemory("M")))
+        #
+        # Paramètres de pilotage
+        # ----------------------
+        self.setParameters(Parameters)
+        #
+        # Opérateur d'observation
+        # -----------------------
+        H  = HO["Direct"].appliedTo
+        Hm = HO["Tangent"].asMatrix(Xb)
+        Hm = Hm.reshape(Y.size,Xb.size) # ADAO & check shape
+        Ha = HO["Adjoint"].asMatrix(Xb)
+        Ha = Ha.reshape(Xb.size,Y.size) # ADAO & check shape
+        #
+        # Utilisation éventuelle d'un vecteur H(Xb) précalculé
+        # ----------------------------------------------------
+        if HO["AppliedToX"] is not None and HO["AppliedToX"].has_key("HXb"):
+            HXb = HO["AppliedToX"]["HXb"]
+        else:
+            HXb = H( Xb )
+        HXb = numpy.asmatrix(numpy.ravel( HXb )).T
+        #
+        # Précalcul des inversions de B et R
+        # ----------------------------------
+        BI = B.getI()
+        RI = R.getI()
+        #
+        # Calcul de l'innovation
+        # ----------------------
+        if Y.size != HXb.size:
+            raise ValueError("The size %i of observations Y and %i of observed calculation H(X) are different, they have to be identical."%(Y.size,HXb.size))
+        if max(Y.shape) != max(HXb.shape):
+            raise ValueError("The shapes %s of observations Y and %s of observed calculation H(X) are different, they have to be identical."%(Y.shape,HXb.shape))
+        d  = Y - HXb
+        #
+        # Calcul de la matrice de gain et de l'analyse
+        # --------------------------------------------
+        if Y.size <= Xb.size:
+            if Y.size > 100: # len(R)
+                _A = R + Hm * B * Ha
+                _u = numpy.linalg.solve( _A , d )
+                Xa = Xb + B * Ha * _u
+            else:
+                K  = B * Ha * (R + Hm * B * Ha).I
+                Xa = Xb + K*d
+        else:
+            if Y.size > 100: # len(R)
+                _A = BI + Ha * RI * Hm
+                _u = numpy.linalg.solve( _A , Ha * RI * d )
+                Xa = Xb + _u
+            else:
+                K = (BI + Ha * RI * Hm).I * Ha * RI
+                Xa = Xb + K*d
+        self.StoredVariables["Analysis"].store( Xa.A1 )
+        #
+        # Calcul de la fonction coût
+        # --------------------------
+        if self._parameters["StoreInternalVariables"] or "OMA" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"] or "SigmaObs2" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"] or "MahalanobisConsistency" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            oma = Y - Hm * Xa
+        if self._parameters["StoreInternalVariables"] or "MahalanobisConsistency" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            Jb  = 0.5 * (Xa - Xb).T * BI * (Xa - Xb)
+            Jo  = 0.5 * oma.T * RI * oma
+            J   = float( Jb ) + float( Jo )
+            self.StoredVariables["CostFunctionJb"].store( Jb )
+            self.StoredVariables["CostFunctionJo"].store( Jo )
+            self.StoredVariables["CostFunctionJ" ].store( J )
+        #
+        # Calcul de la covariance d'analyse
+        # ---------------------------------
+        if "APosterioriCovariance" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            A = B - K * Hm * B
+            if min(A.shape) != max(A.shape):
+                raise ValueError("The %s a posteriori covariance matrix A is of shape %s, despites it has to be a squared matrix. There is an error in the observation operator, please check it."%(self._name,str(A.shape)))
+            if (numpy.diag(A) < 0).any():
+                raise ValueError("The %s a posteriori covariance matrix A has at least one negative value on its diagonal. There is an error in the observation operator, please check it."%(self._name,))
+            if logging.getLogger().level < logging.WARNING: # La verification n'a lieu qu'en debug
+                try:
+                    L = numpy.linalg.cholesky( A )
+                except:
+                    raise ValueError("The %s a posteriori covariance matrix A is not symmetric positive-definite. Please check your a priori covariances and your observation operator."%(self._name,))
+            self.StoredVariables["APosterioriCovariance"].store( A )
+        #
+        # Calculs et/ou stockages supplémentaires
+        # ---------------------------------------
+        if "Innovation" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["Innovation"].store( numpy.ravel(d) )
+        if "BMA" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["BMA"].store( numpy.ravel(Xb) - numpy.ravel(Xa) )
+        if "OMA" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["OMA"].store( numpy.ravel(oma) )
+        if "OMB" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["OMB"].store( numpy.ravel(d) )
+        if "SigmaObs2" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            TraceR = R.trace(Y.size)
+            self.StoredVariables["SigmaObs2"].store( float( (d.T * (numpy.asmatrix(numpy.ravel(oma)).T)) ) / TraceR )
+        if "SigmaBck2" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["SigmaBck2"].store( float( (d.T * Hm * (Xa - Xb))/(Hm * B * Hm.T).trace() ) )
+        if "MahalanobisConsistency" in self._parameters["StoreSupplementaryCalculations"]:
+            self.StoredVariables["MahalanobisConsistency"].store( float( 2.*J/d.size ) )
+        #
+        logging.debug("%s Taille mémoire utilisée de %.1f Mo"%(self._name, m.getUsedMemory("M")))
+        logging.debug("%s Terminé"%self._name)
+        #
+        return 0
+
+# ==============================================================================
+if __name__ == "__main__":
+    print '\n AUTODIAGNOSTIC \n'
index 8b6d78792f3c8e05b042da17ac7c2052d16681e9..2b901f8c73a6275fc3fd1b444bf762c526a4e69a 100644 (file)
@@ -60,6 +60,7 @@ FromNumpyList["Dict"]                 = ["Script"]
 AssimAlgos = [
     "3DVAR",
     "Blue",
+    "ExtendedBlue",
     "EnsembleBlue",
     "KalmanFilter",
     "ExtendedKalmanFilter",
@@ -86,6 +87,11 @@ AlgoDataRequirements["Blue"] = [
     "Observation", "ObservationError",
     "ObservationOperator",
     ]
+AlgoDataRequirements["ExtendedBlue"] = [
+    "Background", "BackgroundError",
+    "Observation", "ObservationError",
+    "ObservationOperator",
+    ]
 AlgoDataRequirements["EnsembleBlue"] = [
     "Background", "BackgroundError",
     "Observation", "ObservationError",
@@ -144,6 +150,7 @@ AlgoDataRequirements["AdjointTest"] = [
 AlgoType = {}
 AlgoType["3DVAR"] = "Optim"
 AlgoType["Blue"] = "Optim"
+AlgoType["ExtendedBlue"] = "Optim"
 AlgoType["EnsembleBlue"] = "Optim"
 AlgoType["KalmanFilter"] = "Optim"
 AlgoType["ExtendedKalmanFilter"] = "Optim"