xref: /petsc/src/mat/impls/aij/seq/lusol/lusol.c (revision 1cc06b555e92f8ec64db10330b8bbd830e5bc876)
1be1d678aSKris Buschelman 
24eb8e494SKris Buschelman /*
34eb8e494SKris Buschelman         Provides an interface to the LUSOL package of ....
44eb8e494SKris Buschelman 
54eb8e494SKris Buschelman */
6c6db04a5SJed Brown #include <../src/mat/impls/aij/seq/aij.h>
74eb8e494SKris Buschelman 
84eb8e494SKris Buschelman #if defined(PETSC_HAVE_FORTRAN_UNDERSCORE)
94eb8e494SKris Buschelman   #define LU1FAC lu1fac_
104eb8e494SKris Buschelman   #define LU6SOL lu6sol_
114eb8e494SKris Buschelman   #define M1PAGE m1page_
124eb8e494SKris Buschelman   #define M5SETX m5setx_
134eb8e494SKris Buschelman   #define M6RDEL m6rdel_
144eb8e494SKris Buschelman #elif !defined(PETSC_HAVE_FORTRAN_CAPS)
154eb8e494SKris Buschelman   #define LU1FAC lu1fac
164eb8e494SKris Buschelman   #define LU6SOL lu6sol
174eb8e494SKris Buschelman   #define M1PAGE m1page
184eb8e494SKris Buschelman   #define M5SETX m5setx
194eb8e494SKris Buschelman   #define M6RDEL m6rdel
204eb8e494SKris Buschelman #endif
214eb8e494SKris Buschelman 
224eb8e494SKris Buschelman /*
234eb8e494SKris Buschelman     Dummy symbols that the MINOS files mi25bfac.f and mi15blas.f may require
244eb8e494SKris Buschelman */
25d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M1PAGE()
26d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
274eb8e494SKris Buschelman   ;
284eb8e494SKris Buschelman }
29d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M5SETX()
30d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
314eb8e494SKris Buschelman   ;
324eb8e494SKris Buschelman }
334eb8e494SKris Buschelman 
34d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M6RDEL()
35d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
364eb8e494SKris Buschelman   ;
374eb8e494SKris Buschelman }
384eb8e494SKris Buschelman 
399371c9d4SSatish Balay PETSC_EXTERN void LU1FAC(int *m, int *n, int *nnz, int *size, int *luparm, double *parmlu, double *data, int *indc, int *indr, int *rowperm, int *colperm, int *collen, int *rowlen, int *colstart, int *rowstart, int *rploc, int *cploc, int *rpinv, int *cpinv, double *w, int *inform);
404eb8e494SKris Buschelman 
419371c9d4SSatish Balay PETSC_EXTERN void LU6SOL(int *mode, int *m, int *n, double *rhs, double *x, int *size, int *luparm, double *parmlu, double *data, int *indc, int *indr, int *rowperm, int *colperm, int *collen, int *rowlen, int *colstart, int *rowstart, int *inform);
424eb8e494SKris Buschelman 
4309573ac7SBarry Smith extern PetscErrorCode MatDuplicate_LUSOL(Mat, MatDuplicateOption, Mat *);
44f0c56d0fSKris Buschelman 
45f0c56d0fSKris Buschelman typedef struct {
464eb8e494SKris Buschelman   double *data;
474eb8e494SKris Buschelman   int    *indc;
484eb8e494SKris Buschelman   int    *indr;
494eb8e494SKris Buschelman 
504eb8e494SKris Buschelman   int    *ip;
514eb8e494SKris Buschelman   int    *iq;
524eb8e494SKris Buschelman   int    *lenc;
534eb8e494SKris Buschelman   int    *lenr;
544eb8e494SKris Buschelman   int    *locc;
554eb8e494SKris Buschelman   int    *locr;
564eb8e494SKris Buschelman   int    *iploc;
574eb8e494SKris Buschelman   int    *iqloc;
584eb8e494SKris Buschelman   int    *ipinv;
594eb8e494SKris Buschelman   int    *iqinv;
604eb8e494SKris Buschelman   double *mnsw;
614eb8e494SKris Buschelman   double *mnsv;
624eb8e494SKris Buschelman 
634eb8e494SKris Buschelman   double elbowroom;
644eb8e494SKris Buschelman   double luroom;     /* Extra space allocated when factor fails   */
654eb8e494SKris Buschelman   double parmlu[30]; /* Input/output to LUSOL                     */
664eb8e494SKris Buschelman 
674eb8e494SKris Buschelman   int n;          /* Number of rows/columns in matrix          */
684eb8e494SKris Buschelman   int nz;         /* Number of nonzeros                        */
694eb8e494SKris Buschelman   int nnz;        /* Number of nonzeros allocated for factors  */
704eb8e494SKris Buschelman   int luparm[30]; /* Input/output to LUSOL                     */
714eb8e494SKris Buschelman 
72ace3abfcSBarry Smith   PetscBool CleanUpLUSOL;
734eb8e494SKris Buschelman 
74f0c56d0fSKris Buschelman } Mat_LUSOL;
754eb8e494SKris Buschelman 
764eb8e494SKris Buschelman /*  LUSOL input/Output Parameters (Description uses C-style indexes
774eb8e494SKris Buschelman  *
784eb8e494SKris Buschelman  *  Input parameters                                        Typical value
794eb8e494SKris Buschelman  *
804eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(0) = nout     File number for printed messages.         6
814eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(1) = lprint   Print level.                              0
824eb8e494SKris Buschelman  *                    < 0 suppresses output.
834eb8e494SKris Buschelman  *                    = 0 gives error messages.
844eb8e494SKris Buschelman  *                    = 1 gives debug output from some of the
854eb8e494SKris Buschelman  *                        other routines in LUSOL.
864eb8e494SKris Buschelman  *                   >= 2 gives the pivot row and column and the
874eb8e494SKris Buschelman  *                        no. of rows and columns involved at
884eb8e494SKris Buschelman  *                        each elimination step in lu1fac.
894eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(2) = maxcol   lu1fac: maximum number of columns         5
904eb8e494SKris Buschelman  *                        searched allowed in a Markowitz-type
914eb8e494SKris Buschelman  *                        search for the next pivot element.
924eb8e494SKris Buschelman  *                        For some of the factorization, the
934eb8e494SKris Buschelman  *                        number of rows searched is
944eb8e494SKris Buschelman  *                        maxrow = maxcol - 1.
954eb8e494SKris Buschelman  *
964eb8e494SKris Buschelman  *
977a7aea1fSJed Brown  *  Output parameters:
984eb8e494SKris Buschelman  *
994eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(9) = inform   Return code from last call to any LU routine.
1004eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(10) = nsing    No. of singularities marked in the
1014eb8e494SKris Buschelman  *                        output array w(*).
1024eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(11) = jsing    Column index of last singularity.
1034eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(12) = minlen   Minimum recommended value for  lena.
1044eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(13) = maxlen   ?
1054eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(14) = nupdat   No. of updates performed by the lu8 routines.
1064eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(15) = nrank    No. of nonempty rows of U.
1074eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(16) = ndens1   No. of columns remaining when the density of
1084eb8e494SKris Buschelman  *                        the matrix being factorized reached dens1.
1094eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(17) = ndens2   No. of columns remaining when the density of
1104eb8e494SKris Buschelman  *                        the matrix being factorized reached dens2.
1114eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(18) = jumin    The column index associated with dumin.
1124eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(19) = numl0    No. of columns in initial  L.
1134eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(20) = lenl0    Size of initial  L  (no. of nonzeros).
1144eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(21) = lenu0    Size of initial  U.
1154eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(22) = lenl     Size of current  L.
1164eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(23) = lenu     Size of current  U.
1174eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(24) = lrow     Length of row file.
1184eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(25) = ncp      No. of compressions of LU data structures.
1194eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(26) = mersum   lu1fac: sum of Markowitz merit counts.
1204eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(27) = nutri    lu1fac: triangular rows in U.
1214eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(28) = nltri    lu1fac: triangular rows in L.
1224eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(29) =
1234eb8e494SKris Buschelman  *
1244eb8e494SKris Buschelman  *
1254eb8e494SKris Buschelman  *  Input parameters                                        Typical value
1264eb8e494SKris Buschelman  *
1274eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(0) = elmax1   Max multiplier allowed in  L           10.0
1284eb8e494SKris Buschelman  *                        during factor.
1294eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(1) = elmax2   Max multiplier allowed in  L           10.0
1304eb8e494SKris Buschelman  *                        during updates.
1314eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(2) = small    Absolute tolerance for             eps**0.8
1324eb8e494SKris Buschelman  *                        treating reals as zero.     IBM double: 3.0d-13
1334eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(3) = utol1    Absolute tol for flagging          eps**0.66667
1344eb8e494SKris Buschelman  *                        small diagonals of U.       IBM double: 3.7d-11
1354eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(4) = utol2    Relative tol for flagging          eps**0.66667
1364eb8e494SKris Buschelman  *                        small diagonals of U.       IBM double: 3.7d-11
1374eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(5) = uspace   Factor limiting waste space in  U.      3.0
1384eb8e494SKris Buschelman  *                        In lu1fac, the row or column lists
1394eb8e494SKris Buschelman  *                        are compressed if their length
1404eb8e494SKris Buschelman  *                        exceeds uspace times the length of
1414eb8e494SKris Buschelman  *                        either file after the last compression.
1424eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(6) = dens1    The density at which the Markowitz      0.3
1434eb8e494SKris Buschelman  *                        strategy should search maxcol columns
1444eb8e494SKris Buschelman  *                        and no rows.
1454eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(7) = dens2    the density at which the Markowitz      0.6
1464eb8e494SKris Buschelman  *                        strategy should search only 1 column
1474eb8e494SKris Buschelman  *                        or (preferably) use a dense LU for
1484eb8e494SKris Buschelman  *                        all the remaining rows and columns.
1494eb8e494SKris Buschelman  *
1504eb8e494SKris Buschelman  *
1517a7aea1fSJed Brown  *  Output parameters:
1524eb8e494SKris Buschelman  *
1534eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(9) = amax     Maximum element in  A.
1544eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(10) = elmax    Maximum multiplier in current  L.
1554eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(11) = umax     Maximum element in current  U.
1564eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(12) = dumax    Maximum diagonal in  U.
1574eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(13) = dumin    Minimum diagonal in  U.
1584eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(14) =
1594eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(15) =
1604eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(16) =
1614eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(17) =
1624eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(18) =
1634eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(19) = resid    lu6sol: residual after solve with U or U'.
1644eb8e494SKris Buschelman  *  ...
1654eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(29) =
1664eb8e494SKris Buschelman  */
1674eb8e494SKris Buschelman 
1684eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Tolerance       1e-1
1694eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Pivot_Tolerance pow(2.2204460492503131E-16, 2.0 / 3.0)
1704eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Small_Tolerance 1e-15 /* pow(DBL_EPSILON, 0.8) */
1714eb8e494SKris Buschelman 
172d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatDestroy_LUSOL(Mat A)
173d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
174f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol = (Mat_LUSOL *)A->spptr;
1754eb8e494SKris Buschelman 
1764eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
177bf0cc555SLisandro Dalcin   if (lusol && lusol->CleanUpLUSOL) {
1789566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->ip));
1799566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iq));
1809566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->lenc));
1819566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->lenr));
1829566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->locc));
1839566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->locr));
1849566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iploc));
1859566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iqloc));
1869566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->ipinv));
1879566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iqinv));
1889566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->mnsw));
1899566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->mnsv));
1909566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree3(lusol->data, lusol->indc, lusol->indr));
1914eb8e494SKris Buschelman   }
1929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(A->spptr));
1939566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDestroy_SeqAIJ(A));
1943ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
1954eb8e494SKris Buschelman }
1964eb8e494SKris Buschelman 
197d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatSolve_LUSOL(Mat A, Vec b, Vec x)
198d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
199f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL    *lusol = (Mat_LUSOL *)A->spptr;
200d9ca1df4SBarry Smith   double       *xx;
201d9ca1df4SBarry Smith   const double *bb;
2024eb8e494SKris Buschelman   int           mode = 5;
2036849ba73SBarry Smith   int           i, m, n, nnz, status;
2044eb8e494SKris Buschelman 
2054eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
2069566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(x, &xx));
2079566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayRead(b, &bb));
2084eb8e494SKris Buschelman 
2094eb8e494SKris Buschelman   m = n = lusol->n;
2104eb8e494SKris Buschelman   nnz   = lusol->nnz;
2114eb8e494SKris Buschelman 
2122205254eSKarl Rupp   for (i = 0; i < m; i++) lusol->mnsv[i] = bb[i];
2134eb8e494SKris Buschelman 
2149371c9d4SSatish Balay   LU6SOL(&mode, &m, &n, lusol->mnsv, xx, &nnz, lusol->luparm, lusol->parmlu, lusol->data, lusol->indc, lusol->indr, lusol->ip, lusol->iq, lusol->lenc, lusol->lenr, lusol->locc, lusol->locr, &status);
2154eb8e494SKris Buschelman 
21628b400f6SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(!status, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "solve failed, error code %d", status);
2174eb8e494SKris Buschelman 
2189566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(x, &xx));
2199566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayRead(b, &bb));
2203ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
2214eb8e494SKris Buschelman }
2224eb8e494SKris Buschelman 
223d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatLUFactorNumeric_LUSOL(Mat F, Mat A, const MatFactorInfo *info)
224d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
2254eb8e494SKris Buschelman   Mat_SeqAIJ *a;
226719d5645SBarry Smith   Mat_LUSOL  *lusol = (Mat_LUSOL *)F->spptr;
2274eb8e494SKris Buschelman   int         m, n, nz, nnz, status;
2286849ba73SBarry Smith   int         i, rs, re;
2294eb8e494SKris Buschelman   int         factorizations;
2304eb8e494SKris Buschelman 
2314eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
2329566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
2334eb8e494SKris Buschelman   a = (Mat_SeqAIJ *)A->data;
2344eb8e494SKris Buschelman 
23508401ef6SPierre Jolivet   PetscCheck(m == lusol->n, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "factorization struct inconsistent");
2364eb8e494SKris Buschelman 
2374eb8e494SKris Buschelman   factorizations = 0;
2382205254eSKarl Rupp   do {
2394eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2404eb8e494SKris Buschelman     /* Check the workspace allocation.                                 */
2414eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2424eb8e494SKris Buschelman 
2434eb8e494SKris Buschelman     nz  = a->nz;
2444eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(lusol->nnz, (int)(lusol->elbowroom * nz));
2454eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(nnz, 5 * n);
2464eb8e494SKris Buschelman 
2474eb8e494SKris Buschelman     if (nnz < lusol->luparm[12]) {
2484eb8e494SKris Buschelman       nnz = (int)(lusol->luroom * lusol->luparm[12]);
2494eb8e494SKris Buschelman     } else if ((factorizations > 0) && (lusol->luroom < 6)) {
2504eb8e494SKris Buschelman       lusol->luroom += 0.1;
2514eb8e494SKris Buschelman     }
2524eb8e494SKris Buschelman 
2534eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(nnz, (int)(lusol->luroom * (lusol->luparm[22] + lusol->luparm[23])));
2544eb8e494SKris Buschelman 
2554eb8e494SKris Buschelman     if (nnz > lusol->nnz) {
2569566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscFree3(lusol->data, lusol->indc, lusol->indr));
2579566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscMalloc3(nnz, &lusol->data, nnz, &lusol->indc, nnz, &lusol->indr));
2584eb8e494SKris Buschelman       lusol->nnz = nnz;
2594eb8e494SKris Buschelman     }
2604eb8e494SKris Buschelman 
2614eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2624eb8e494SKris Buschelman     /* Fill in the data for the problem.      (1-based Fortran style)  */
2634eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2644eb8e494SKris Buschelman 
2654eb8e494SKris Buschelman     nz = 0;
2662205254eSKarl Rupp     for (i = 0; i < n; i++) {
2674eb8e494SKris Buschelman       rs = a->i[i];
2684eb8e494SKris Buschelman       re = a->i[i + 1];
2694eb8e494SKris Buschelman 
2702205254eSKarl Rupp       while (rs < re) {
2712205254eSKarl Rupp         if (a->a[rs] != 0.0) {
2724eb8e494SKris Buschelman           lusol->indc[nz] = i + 1;
2734eb8e494SKris Buschelman           lusol->indr[nz] = a->j[rs] + 1;
2744eb8e494SKris Buschelman           lusol->data[nz] = a->a[rs];
2754eb8e494SKris Buschelman           nz++;
2764eb8e494SKris Buschelman         }
2774eb8e494SKris Buschelman         rs++;
2784eb8e494SKris Buschelman       }
2794eb8e494SKris Buschelman     }
2804eb8e494SKris Buschelman 
2814eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2824eb8e494SKris Buschelman     /* Do the factorization.                                           */
2834eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2844eb8e494SKris Buschelman 
2859371c9d4SSatish Balay     LU1FAC(&m, &n, &nz, &nnz, lusol->luparm, lusol->parmlu, lusol->data, lusol->indc, lusol->indr, lusol->ip, lusol->iq, lusol->lenc, lusol->lenr, lusol->locc, lusol->locr, lusol->iploc, lusol->iqloc, lusol->ipinv, lusol->iqinv, lusol->mnsw, &status);
2864eb8e494SKris Buschelman 
2872205254eSKarl Rupp     switch (status) {
288d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 0: /* factored */
289d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
2904eb8e494SKris Buschelman 
291d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 7: /* insufficient memory */
292d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
2934eb8e494SKris Buschelman 
2944eb8e494SKris Buschelman     case 1:
295d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case -1: /* singular */
296d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "Singular matrix");
2974eb8e494SKris Buschelman 
2984eb8e494SKris Buschelman     case 3:
299d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 4: /* error conditions */
300d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "matrix error");
3014eb8e494SKris Buschelman 
302d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     default: /* unknown condition */
303d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "matrix unknown return code");
3044eb8e494SKris Buschelman     }
3054eb8e494SKris Buschelman 
3064eb8e494SKris Buschelman     factorizations++;
3074eb8e494SKris Buschelman   } while (status == 7);
308719d5645SBarry Smith   F->ops->solve   = MatSolve_LUSOL;
309719d5645SBarry Smith   F->assembled    = PETSC_TRUE;
310719d5645SBarry Smith   F->preallocated = PETSC_TRUE;
3113ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
3124eb8e494SKris Buschelman }
3134eb8e494SKris Buschelman 
314d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatLUFactorSymbolic_LUSOL(Mat F, Mat A, IS r, IS c, const MatFactorInfo *info)
315d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3164eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3174eb8e494SKris Buschelman   /* Input                                                                */
3184eb8e494SKris Buschelman   /*     A  - matrix to factor                                            */
3194eb8e494SKris Buschelman   /*     r  - row permutation (ignored)                                   */
3204eb8e494SKris Buschelman   /*     c  - column permutation (ignored)                                */
3214eb8e494SKris Buschelman   /*                                                                      */
3224eb8e494SKris Buschelman   /* Output                                                               */
3234eb8e494SKris Buschelman   /*     F  - matrix storing the factorization;                           */
3244eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
325f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol;
326dfbe8321SBarry Smith   int        i, m, n, nz, nnz;
3274eb8e494SKris Buschelman 
3284eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
3294eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3304eb8e494SKris Buschelman   /* Check the arguments.                                                 */
3314eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3324eb8e494SKris Buschelman 
3339566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
3344eb8e494SKris Buschelman   nz = ((Mat_SeqAIJ *)A->data)->nz;
3354eb8e494SKris Buschelman 
3364eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3374eb8e494SKris Buschelman   /* Create the factorization.                                            */
3384eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3394eb8e494SKris Buschelman 
34035bd34faSBarry Smith   F->ops->lufactornumeric = MatLUFactorNumeric_LUSOL;
34135bd34faSBarry Smith   lusol                   = (Mat_LUSOL *)(F->spptr);
3424eb8e494SKris Buschelman 
3434eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3444eb8e494SKris Buschelman   /* Initialize parameters                                                */
3454eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3464eb8e494SKris Buschelman 
3472205254eSKarl Rupp   for (i = 0; i < 30; i++) {
3484eb8e494SKris Buschelman     lusol->luparm[i] = 0;
3494eb8e494SKris Buschelman     lusol->parmlu[i] = 0;
3504eb8e494SKris Buschelman   }
3514eb8e494SKris Buschelman 
3524eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[1] = -1;
3534eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[2] = 5;
3544eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[7] = 1;
3554eb8e494SKris Buschelman 
3564eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[0] = 1 / Factorization_Tolerance;
3574eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[1] = 1 / Factorization_Tolerance;
3584eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[2] = Factorization_Small_Tolerance;
3594eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[3] = Factorization_Pivot_Tolerance;
3604eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[4] = Factorization_Pivot_Tolerance;
3614eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[5] = 3.0;
3624eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[6] = 0.3;
3634eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[7] = 0.6;
3644eb8e494SKris Buschelman 
3654eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3664eb8e494SKris Buschelman   /* Allocate the workspace needed by LUSOL.                              */
3674eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3684eb8e494SKris Buschelman 
3694eb8e494SKris Buschelman   lusol->elbowroom = PetscMax(lusol->elbowroom, info->fill);
3704eb8e494SKris Buschelman   nnz              = PetscMax((int)(lusol->elbowroom * nz), 5 * n);
3714eb8e494SKris Buschelman 
3724eb8e494SKris Buschelman   lusol->n      = n;
3734eb8e494SKris Buschelman   lusol->nz     = nz;
3744eb8e494SKris Buschelman   lusol->nnz    = nnz;
3754eb8e494SKris Buschelman   lusol->luroom = 1.75;
3764eb8e494SKris Buschelman 
377d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->ip));
378d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iq));
379d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->lenc));
380d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->lenr));
381d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->locc));
382d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->locr));
383d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iploc));
384d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iqloc));
385d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->ipinv));
386d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iqinv));
387d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(double) * n, &lusol->mnsw));
388d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(double) * n, &lusol->mnsv));
3899566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc3(nnz, &lusol->data, nnz, &lusol->indc, nnz, &lusol->indr));
3902205254eSKarl Rupp 
3914eb8e494SKris Buschelman   lusol->CleanUpLUSOL     = PETSC_TRUE;
39235bd34faSBarry Smith   F->ops->lufactornumeric = MatLUFactorNumeric_LUSOL;
3933ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
3944eb8e494SKris Buschelman }
3954eb8e494SKris Buschelman 
396d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PetscErrorCode MatFactorGetSolverType_seqaij_lusol(Mat A, MatSolverType *type)
397d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
39835bd34faSBarry Smith   PetscFunctionBegin;
3992692d6eeSBarry Smith   *type = MATSOLVERLUSOL;
4003ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
40135bd34faSBarry Smith }
40235bd34faSBarry Smith 
403d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatGetFactor_seqaij_lusol(Mat A, MatFactorType ftype, Mat *F)
404d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
405b24902e0SBarry Smith   Mat        B;
406f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol;
40735bd34faSBarry Smith   int        m, n;
4084eb8e494SKris Buschelman 
4094eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
4109566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
4119566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatCreate(PetscObjectComm((PetscObject)A), &B));
4129566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetSizes(B, PETSC_DECIDE, PETSC_DECIDE, m, n));
4139566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetType(B, ((PetscObject)A)->type_name));
4149566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSeqAIJSetPreallocation(B, 0, NULL));
4154eb8e494SKris Buschelman 
4164dfa11a4SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscNew(&lusol));
417b24902e0SBarry Smith   B->spptr = lusol;
4182f71e704SKris Buschelman 
41966e17bc3SBarry Smith   B->trivialsymbolic       = PETSC_TRUE;
420f0c56d0fSKris Buschelman   B->ops->lufactorsymbolic = MatLUFactorSymbolic_LUSOL;
421f0c56d0fSKris Buschelman   B->ops->destroy          = MatDestroy_LUSOL;
4222205254eSKarl Rupp 
4239566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)B, "MatFactorGetSolverType_C", MatFactorGetSolverType_seqaij_lusol));
4242205254eSKarl Rupp 
425d5f3da31SBarry Smith   B->factortype = MAT_FACTOR_LU;
4269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(B->solvertype));
4279566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscStrallocpy(MATSOLVERLUSOL, &B->solvertype));
42800c67f3bSHong Zhang 
4293ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
430f0c56d0fSKris Buschelman }
431f0c56d0fSKris Buschelman 
432d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatSolverTypeRegister_Lusol(void)
433d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
43442c9c57cSBarry Smith   PetscFunctionBegin;
4359566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSolverTypeRegister(MATSOLVERLUSOL, MATSEQAIJ, MAT_FACTOR_LU, MatGetFactor_seqaij_lusol));
4363ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
43742c9c57cSBarry Smith }
43842c9c57cSBarry Smith 
4392f71e704SKris Buschelman /*MC
44011a5261eSBarry Smith   MATSOLVERLUSOL - "lusol" - Provides direct solvers, LU, for sequential matrices
4412f71e704SKris Buschelman                          via the external package LUSOL.
4422f71e704SKris Buschelman 
44311a5261eSBarry Smith   Works with `MATSEQAIJ` matrices
4442f71e704SKris Buschelman 
4452f71e704SKris Buschelman    Level: beginner
4462f71e704SKris Buschelman 
447*1cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `PCLU`, `PCFactorSetMatSolverType()`, `MatSolverType`
4482f71e704SKris Buschelman M*/
449