xref: /petsc/src/dm/impls/swarm/tutorials/ex1.c (revision 63a3b9bc7a1f24f247904ccba9383635fe6abade)
14cd81d59SMatthew G. Knepley static char help[] = "Example program demonstrating projection between particle and finite element spaces\n\n";
24cd81d59SMatthew G. Knepley 
34cd81d59SMatthew G. Knepley #include "petscdmplex.h"
44cd81d59SMatthew G. Knepley #include "petscds.h"
54cd81d59SMatthew G. Knepley #include "petscdmswarm.h"
64cd81d59SMatthew G. Knepley #include "petscksp.h"
74cd81d59SMatthew G. Knepley 
84cd81d59SMatthew G. Knepley int main(int argc, char **argv)
94cd81d59SMatthew G. Knepley {
103c611800SMark Adams   DM              dm, sw;
114cd81d59SMatthew G. Knepley   PetscFE         fe;
124cd81d59SMatthew G. Knepley   KSP             ksp;
133c611800SMark Adams   PC              pc;
143c611800SMark Adams   Mat             M_p, PM_p=NULL;
153c611800SMark Adams   Vec             f, rho, rhs;
163c611800SMark Adams   PetscInt        dim, Nc = 1, timestep = 0, i, faces[3];
1730602db0SMatthew G. Knepley   PetscInt        Np = 10, p, field = 0, zero = 0, bs;
183c611800SMark Adams   PetscReal       time = 0.0,  norm, energy_0, energy_1;
1930602db0SMatthew G. Knepley   PetscReal       lo[3], hi[3], h[3];
2030602db0SMatthew G. Knepley   PetscBool       removePoints = PETSC_TRUE;
2130602db0SMatthew G. Knepley   PetscReal       *wq, *coords;
224cd81d59SMatthew G. Knepley   PetscDataType   dtype;
233c611800SMark Adams   PetscBool       is_bjac;
244cd81d59SMatthew G. Knepley 
259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInitialize(&argc, &argv, NULL,help));
264cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Create a mesh */
279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreate(PETSC_COMM_WORLD, &dm));
289566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetType(dm, DMPLEX));
299566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetFromOptions(dm));
309566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMViewFromOptions(dm, NULL, "-dm_view"));
3130602db0SMatthew G. Knepley 
329566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetDimension(dm, &dim));
3330602db0SMatthew G. Knepley   i    = dim;
349566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsGetIntArray(NULL, NULL, "-dm_plex_box_faces", faces, &i, NULL));
359566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscOptionsGetInt(NULL, NULL, "-np", &Np, NULL));
369566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMGetBoundingBox(dm, lo, hi));
3730602db0SMatthew G. Knepley   for (i=0;i<dim;i++) {
3830602db0SMatthew G. Knepley     h[i] = (hi[i] - lo[i])/faces[i];
39*63a3b9bcSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscPrintf(PETSC_COMM_SELF," lo = %g hi = %g n = %" PetscInt_FMT " h = %g\n",(double)lo[i],(double)hi[i],faces[i],(double)h[i]));
4030602db0SMatthew G. Knepley   }
4130602db0SMatthew G. Knepley 
429566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFECreateDefault(PETSC_COMM_SELF, dim, Nc, PETSC_FALSE, "", PETSC_DECIDE, &fe));
439566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFESetFromOptions(fe));
449566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectSetName((PetscObject)fe, "fe"));
459566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetField(dm, field, NULL, (PetscObject)fe));
469566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreateDS(dm));
479566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFEDestroy(&fe));
484cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Create particle swarm */
499566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreate(PETSC_COMM_SELF, &sw));
509566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetType(sw, DMSWARM));
519566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetDimension(sw, dim));
529566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetType(sw, DMSWARM_PIC));
539566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetCellDM(sw, dm));
549566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRegisterPetscDatatypeField(sw, "w_q", Nc, PETSC_SCALAR));
559566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmFinalizeFieldRegister(sw));
569566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmSetLocalSizes(sw, Np, zero));
579566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetFromOptions(sw));
589566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, "w_q", &bs, &dtype, (void**)&wq));
599566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, "DMSwarmPIC_coor", &bs, &dtype, (void**)&coords));
603c611800SMark Adams   for (p=0,energy_0=0;p<Np;p++) {
614cd81d59SMatthew G. Knepley     coords[p*2+0]  = -PetscCosReal((PetscReal)(p+1)/(PetscReal)(Np+1) * PETSC_PI);
624cd81d59SMatthew G. Knepley     coords[p*2+1] =   PetscSinReal((PetscReal)(p+1)/(PetscReal)(Np+1) * PETSC_PI);
634cd81d59SMatthew G. Knepley     wq[p]          = 1.0;
643c611800SMark Adams     energy_0 += wq[p]*(PetscSqr(coords[p*2+0])+PetscSqr(coords[p*2+1]));
654cd81d59SMatthew G. Knepley   }
669566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, "DMSwarmPIC_coor", &bs, &dtype, (void**)&coords));
679566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, "w_q", &bs, &dtype, (void**)&wq));
689566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmMigrate(sw, removePoints));
699566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectSetName((PetscObject)sw, "Particle Grid"));
709566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMViewFromOptions(sw, NULL, "-swarm_view"));
713c611800SMark Adams 
724cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Project particles to field */
734cd81d59SMatthew G. Knepley   /* This gives M f = \int_\Omega \phi f, which looks like a rhs for a PDE */
749566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreateMassMatrix(sw, dm, &M_p));
759566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreateGlobalVector(dm, &rho));
769566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectSetName((PetscObject)rho, "rho"));
773c611800SMark Adams 
789566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmCreateGlobalVectorFromField(sw, "w_q", &f));
799566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectSetName((PetscObject)f, "weights"));
809566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatMultTranspose(M_p, f, rho));
814cd81d59SMatthew G. Knepley 
824cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Visualize mesh field */
839566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetOutputSequenceNumber(dm, timestep, time));
849566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecViewFromOptions(rho, NULL, "-rho_view"));
854cd81d59SMatthew G. Knepley 
864cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Project field to particles */
874cd81d59SMatthew G. Knepley   /*   This gives f_p = M_p^+ M f */
889566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMCreateGlobalVector(dm, &rhs));
899566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecCopy(rho, rhs)); /* Identity: M^1 M rho */
903c611800SMark Adams 
919566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPCreate(PETSC_COMM_WORLD, &ksp));
929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPSetOptionsPrefix(ksp, "ftop_"));
939566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPSetFromOptions(ksp));
949566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPGetPC(ksp,&pc));
959566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectTypeCompare((PetscObject)pc,PCBJACOBI,&is_bjac));
963c611800SMark Adams   if (is_bjac) {
979566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(DMSwarmCreateMassMatrixSquare(sw, dm, &PM_p));
989566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(KSPSetOperators(ksp, M_p, PM_p));
993c611800SMark Adams   } else {
1009566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(KSPSetOperators(ksp, M_p, M_p));
1013c611800SMark Adams   }
1029566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPSolveTranspose(ksp, rhs, f));
1039566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(KSPDestroy(&ksp));
1049566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDestroy(&rhs));
1054cd81d59SMatthew G. Knepley 
1064cd81d59SMatthew G. Knepley   /* Visualize particle field */
1079566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSetOutputSequenceNumber(sw, timestep, time));
1089566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecViewFromOptions(f, NULL, "-weights_view"));
1099566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecNorm(f,NORM_1,&norm));
1109566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmDestroyGlobalVectorFromField(sw, "w_q", &f));
1113c611800SMark Adams 
1123c611800SMark Adams   /* compute energy */
1139566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, "w_q", &bs, &dtype, (void**)&wq));
1149566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmGetField(sw, "DMSwarmPIC_coor", &bs, &dtype, (void**)&coords));
1153c611800SMark Adams   for (p=0,energy_1=0;p<Np;p++) {
1163c611800SMark Adams     energy_1 += wq[p]*(PetscSqr(coords[p*2+0])+PetscSqr(coords[p*2+1]));
1173c611800SMark Adams   }
1189566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, "DMSwarmPIC_coor", &bs, &dtype, (void**)&coords));
1199566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMSwarmRestoreField(sw, "w_q", &bs, &dtype, (void**)&wq));
120*63a3b9bcSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscPrintf(PETSC_COMM_SELF,"Total number = %20.12e. energy = %20.12e error = %20.12e\n", (double)norm, (double)energy_0, (double)((energy_1-energy_0)/energy_0)));
1213c611800SMark Adams   /* Cleanup */
1229566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDestroy(&M_p));
1239566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDestroy(&PM_p));
1249566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecDestroy(&rho));
1259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMDestroy(&sw));
1269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(DMDestroy(&dm));
1279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFinalize());
128b122ec5aSJacob Faibussowitsch   return 0;
1294cd81d59SMatthew G. Knepley }
1304cd81d59SMatthew G. Knepley 
1314cd81d59SMatthew G. Knepley /*TEST
1324cd81d59SMatthew G. Knepley 
1334cd81d59SMatthew G. Knepley   build:
1344cd81d59SMatthew G. Knepley     requires: !complex
1354cd81d59SMatthew G. Knepley 
1364cd81d59SMatthew G. Knepley   test:
1374cd81d59SMatthew G. Knepley     suffix: 0
1383c611800SMark Adams     requires: double triangle
1393c611800SMark Adams     args: -dm_plex_simplex 0 -dm_plex_box_faces 4,2 -np 50 -dm_plex_box_lower -2.0,0.0 -dm_plex_box_upper 2.0,2.0 -petscspace_degree 2 -ftop_ksp_type lsqr -ftop_pc_type none -dm_view -swarm_view -ftop_ksp_rtol 1.e-14
1403c611800SMark Adams     filter: grep -v DM_ | grep -v atomic
1413c611800SMark Adams 
1423c611800SMark Adams   test:
1433c611800SMark Adams     suffix: bjacobi
1443c611800SMark Adams     requires: double triangle
1453c611800SMark Adams     args: -dm_plex_simplex 0 -dm_plex_box_faces 4,2 -np 50 -dm_plex_box_lower -2.0,0.0 -dm_plex_box_upper 2.0,2.0 -petscspace_degree 2 -dm_plex_hash_location -ftop_ksp_type lsqr -ftop_pc_type bjacobi -ftop_sub_pc_type lu -ftop_sub_pc_factor_shift_type nonzero -dm_view -swarm_view -ftop_ksp_rtol 1.e-14
1464cd81d59SMatthew G. Knepley     filter: grep -v DM_ | grep -v atomic
1474cd81d59SMatthew G. Knepley 
1484cd81d59SMatthew G. Knepley TEST*/
149