xref: /petsc/src/mat/impls/aij/seq/lusol/lusol.c (revision f4f49eeac7efa77fffa46b7ff95a3ed169f659ed)
14eb8e494SKris Buschelman /*
24eb8e494SKris Buschelman         Provides an interface to the LUSOL package of ....
34eb8e494SKris Buschelman 
44eb8e494SKris Buschelman */
5c6db04a5SJed Brown #include <../src/mat/impls/aij/seq/aij.h>
64eb8e494SKris Buschelman 
74eb8e494SKris Buschelman #if defined(PETSC_HAVE_FORTRAN_UNDERSCORE)
84eb8e494SKris Buschelman   #define LU1FAC lu1fac_
94eb8e494SKris Buschelman   #define LU6SOL lu6sol_
104eb8e494SKris Buschelman   #define M1PAGE m1page_
114eb8e494SKris Buschelman   #define M5SETX m5setx_
124eb8e494SKris Buschelman   #define M6RDEL m6rdel_
134eb8e494SKris Buschelman #elif !defined(PETSC_HAVE_FORTRAN_CAPS)
144eb8e494SKris Buschelman   #define LU1FAC lu1fac
154eb8e494SKris Buschelman   #define LU6SOL lu6sol
164eb8e494SKris Buschelman   #define M1PAGE m1page
174eb8e494SKris Buschelman   #define M5SETX m5setx
184eb8e494SKris Buschelman   #define M6RDEL m6rdel
194eb8e494SKris Buschelman #endif
204eb8e494SKris Buschelman 
214eb8e494SKris Buschelman /*
224eb8e494SKris Buschelman     Dummy symbols that the MINOS files mi25bfac.f and mi15blas.f may require
234eb8e494SKris Buschelman */
24d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M1PAGE()
25d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
264eb8e494SKris Buschelman   ;
274eb8e494SKris Buschelman }
28d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M5SETX()
29d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
304eb8e494SKris Buschelman   ;
314eb8e494SKris Buschelman }
324eb8e494SKris Buschelman 
33d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN void M6RDEL()
34d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
354eb8e494SKris Buschelman   ;
364eb8e494SKris Buschelman }
374eb8e494SKris Buschelman 
389371c9d4SSatish 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);
394eb8e494SKris Buschelman 
409371c9d4SSatish 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);
414eb8e494SKris Buschelman 
4209573ac7SBarry Smith extern PetscErrorCode MatDuplicate_LUSOL(Mat, MatDuplicateOption, Mat *);
43f0c56d0fSKris Buschelman 
44f0c56d0fSKris Buschelman typedef struct {
454eb8e494SKris Buschelman   double *data;
464eb8e494SKris Buschelman   int    *indc;
474eb8e494SKris Buschelman   int    *indr;
484eb8e494SKris Buschelman 
494eb8e494SKris Buschelman   int    *ip;
504eb8e494SKris Buschelman   int    *iq;
514eb8e494SKris Buschelman   int    *lenc;
524eb8e494SKris Buschelman   int    *lenr;
534eb8e494SKris Buschelman   int    *locc;
544eb8e494SKris Buschelman   int    *locr;
554eb8e494SKris Buschelman   int    *iploc;
564eb8e494SKris Buschelman   int    *iqloc;
574eb8e494SKris Buschelman   int    *ipinv;
584eb8e494SKris Buschelman   int    *iqinv;
594eb8e494SKris Buschelman   double *mnsw;
604eb8e494SKris Buschelman   double *mnsv;
614eb8e494SKris Buschelman 
624eb8e494SKris Buschelman   double elbowroom;
634eb8e494SKris Buschelman   double luroom;     /* Extra space allocated when factor fails   */
644eb8e494SKris Buschelman   double parmlu[30]; /* Input/output to LUSOL                     */
654eb8e494SKris Buschelman 
664eb8e494SKris Buschelman   int n;          /* Number of rows/columns in matrix          */
674eb8e494SKris Buschelman   int nz;         /* Number of nonzeros                        */
684eb8e494SKris Buschelman   int nnz;        /* Number of nonzeros allocated for factors  */
694eb8e494SKris Buschelman   int luparm[30]; /* Input/output to LUSOL                     */
704eb8e494SKris Buschelman 
71ace3abfcSBarry Smith   PetscBool CleanUpLUSOL;
724eb8e494SKris Buschelman 
73f0c56d0fSKris Buschelman } Mat_LUSOL;
744eb8e494SKris Buschelman 
754eb8e494SKris Buschelman /*  LUSOL input/Output Parameters (Description uses C-style indexes
764eb8e494SKris Buschelman  *
774eb8e494SKris Buschelman  *  Input parameters                                        Typical value
784eb8e494SKris Buschelman  *
794eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(0) = nout     File number for printed messages.         6
804eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(1) = lprint   Print level.                              0
814eb8e494SKris Buschelman  *                    < 0 suppresses output.
824eb8e494SKris Buschelman  *                    = 0 gives error messages.
834eb8e494SKris Buschelman  *                    = 1 gives debug output from some of the
844eb8e494SKris Buschelman  *                        other routines in LUSOL.
854eb8e494SKris Buschelman  *                   >= 2 gives the pivot row and column and the
864eb8e494SKris Buschelman  *                        no. of rows and columns involved at
874eb8e494SKris Buschelman  *                        each elimination step in lu1fac.
884eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(2) = maxcol   lu1fac: maximum number of columns         5
894eb8e494SKris Buschelman  *                        searched allowed in a Markowitz-type
904eb8e494SKris Buschelman  *                        search for the next pivot element.
914eb8e494SKris Buschelman  *                        For some of the factorization, the
924eb8e494SKris Buschelman  *                        number of rows searched is
934eb8e494SKris Buschelman  *                        maxrow = maxcol - 1.
944eb8e494SKris Buschelman  *
954eb8e494SKris Buschelman  *
967a7aea1fSJed Brown  *  Output parameters:
974eb8e494SKris Buschelman  *
984eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(9) = inform   Return code from last call to any LU routine.
994eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(10) = nsing    No. of singularities marked in the
1004eb8e494SKris Buschelman  *                        output array w(*).
1014eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(11) = jsing    Column index of last singularity.
1024eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(12) = minlen   Minimum recommended value for  lena.
1034eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(13) = maxlen   ?
1044eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(14) = nupdat   No. of updates performed by the lu8 routines.
1054eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(15) = nrank    No. of nonempty rows of U.
1064eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(16) = ndens1   No. of columns remaining when the density of
1074eb8e494SKris Buschelman  *                        the matrix being factorized reached dens1.
1084eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(17) = ndens2   No. of columns remaining when the density of
1094eb8e494SKris Buschelman  *                        the matrix being factorized reached dens2.
1104eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(18) = jumin    The column index associated with dumin.
1114eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(19) = numl0    No. of columns in initial  L.
1124eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(20) = lenl0    Size of initial  L  (no. of nonzeros).
1134eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(21) = lenu0    Size of initial  U.
1144eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(22) = lenl     Size of current  L.
1154eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(23) = lenu     Size of current  U.
1164eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(24) = lrow     Length of row file.
1174eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(25) = ncp      No. of compressions of LU data structures.
1184eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(26) = mersum   lu1fac: sum of Markowitz merit counts.
1194eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(27) = nutri    lu1fac: triangular rows in U.
1204eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(28) = nltri    lu1fac: triangular rows in L.
1214eb8e494SKris Buschelman  *  luparm(29) =
1224eb8e494SKris Buschelman  *
1234eb8e494SKris Buschelman  *
1244eb8e494SKris Buschelman  *  Input parameters                                        Typical value
1254eb8e494SKris Buschelman  *
1264eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(0) = elmax1   Max multiplier allowed in  L           10.0
1274eb8e494SKris Buschelman  *                        during factor.
1284eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(1) = elmax2   Max multiplier allowed in  L           10.0
1294eb8e494SKris Buschelman  *                        during updates.
1304eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(2) = small    Absolute tolerance for             eps**0.8
1314eb8e494SKris Buschelman  *                        treating reals as zero.     IBM double: 3.0d-13
1324eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(3) = utol1    Absolute tol for flagging          eps**0.66667
1334eb8e494SKris Buschelman  *                        small diagonals of U.       IBM double: 3.7d-11
1344eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(4) = utol2    Relative tol for flagging          eps**0.66667
1354eb8e494SKris Buschelman  *                        small diagonals of U.       IBM double: 3.7d-11
1364eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(5) = uspace   Factor limiting waste space in  U.      3.0
1374eb8e494SKris Buschelman  *                        In lu1fac, the row or column lists
1384eb8e494SKris Buschelman  *                        are compressed if their length
1394eb8e494SKris Buschelman  *                        exceeds uspace times the length of
1404eb8e494SKris Buschelman  *                        either file after the last compression.
1414eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(6) = dens1    The density at which the Markowitz      0.3
1424eb8e494SKris Buschelman  *                        strategy should search maxcol columns
1434eb8e494SKris Buschelman  *                        and no rows.
1444eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(7) = dens2    the density at which the Markowitz      0.6
1454eb8e494SKris Buschelman  *                        strategy should search only 1 column
1464eb8e494SKris Buschelman  *                        or (preferably) use a dense LU for
1474eb8e494SKris Buschelman  *                        all the remaining rows and columns.
1484eb8e494SKris Buschelman  *
1494eb8e494SKris Buschelman  *
1507a7aea1fSJed Brown  *  Output parameters:
1514eb8e494SKris Buschelman  *
1524eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(9) = amax     Maximum element in  A.
1534eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(10) = elmax    Maximum multiplier in current  L.
1544eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(11) = umax     Maximum element in current  U.
1554eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(12) = dumax    Maximum diagonal in  U.
1564eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(13) = dumin    Minimum diagonal in  U.
1574eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(14) =
1584eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(15) =
1594eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(16) =
1604eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(17) =
1614eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(18) =
1624eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(19) = resid    lu6sol: residual after solve with U or U'.
1634eb8e494SKris Buschelman  *  ...
1644eb8e494SKris Buschelman  *  parmlu(29) =
1654eb8e494SKris Buschelman  */
1664eb8e494SKris Buschelman 
1674eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Tolerance       1e-1
1684eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Pivot_Tolerance pow(2.2204460492503131E-16, 2.0 / 3.0)
1694eb8e494SKris Buschelman #define Factorization_Small_Tolerance 1e-15 /* pow(DBL_EPSILON, 0.8) */
1704eb8e494SKris Buschelman 
17166976f2fSJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatDestroy_LUSOL(Mat A)
172d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
173f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol = (Mat_LUSOL *)A->spptr;
1744eb8e494SKris Buschelman 
1754eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
176bf0cc555SLisandro Dalcin   if (lusol && lusol->CleanUpLUSOL) {
1779566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->ip));
1789566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iq));
1799566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->lenc));
1809566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->lenr));
1819566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->locc));
1829566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->locr));
1839566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iploc));
1849566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iqloc));
1859566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->ipinv));
1869566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->iqinv));
1879566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->mnsw));
1889566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree(lusol->mnsv));
1899566063dSJacob Faibussowitsch     PetscCall(PetscFree3(lusol->data, lusol->indc, lusol->indr));
1904eb8e494SKris Buschelman   }
1919566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(A->spptr));
1929566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatDestroy_SeqAIJ(A));
1933ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
1944eb8e494SKris Buschelman }
1954eb8e494SKris Buschelman 
19666976f2fSJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatSolve_LUSOL(Mat A, Vec b, Vec x)
197d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
198f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL    *lusol = (Mat_LUSOL *)A->spptr;
199d9ca1df4SBarry Smith   double       *xx;
200d9ca1df4SBarry Smith   const double *bb;
2014eb8e494SKris Buschelman   int           mode = 5;
2026849ba73SBarry Smith   int           i, m, n, nnz, status;
2034eb8e494SKris Buschelman 
2044eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
2059566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArray(x, &xx));
2069566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecGetArrayRead(b, &bb));
2074eb8e494SKris Buschelman 
2084eb8e494SKris Buschelman   m = n = lusol->n;
2094eb8e494SKris Buschelman   nnz   = lusol->nnz;
2104eb8e494SKris Buschelman 
2112205254eSKarl Rupp   for (i = 0; i < m; i++) lusol->mnsv[i] = bb[i];
2124eb8e494SKris Buschelman 
2139371c9d4SSatish 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);
2144eb8e494SKris Buschelman 
21528b400f6SJacob Faibussowitsch   PetscCheck(!status, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "solve failed, error code %d", status);
2164eb8e494SKris Buschelman 
2179566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArray(x, &xx));
2189566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(VecRestoreArrayRead(b, &bb));
2193ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
2204eb8e494SKris Buschelman }
2214eb8e494SKris Buschelman 
22266976f2fSJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatLUFactorNumeric_LUSOL(Mat F, Mat A, const MatFactorInfo *info)
223d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
2244eb8e494SKris Buschelman   Mat_SeqAIJ *a;
225719d5645SBarry Smith   Mat_LUSOL  *lusol = (Mat_LUSOL *)F->spptr;
2264eb8e494SKris Buschelman   int         m, n, nz, nnz, status;
2276849ba73SBarry Smith   int         i, rs, re;
2284eb8e494SKris Buschelman   int         factorizations;
2294eb8e494SKris Buschelman 
2304eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
2319566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
2324eb8e494SKris Buschelman   a = (Mat_SeqAIJ *)A->data;
2334eb8e494SKris Buschelman 
23408401ef6SPierre Jolivet   PetscCheck(m == lusol->n, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "factorization struct inconsistent");
2354eb8e494SKris Buschelman 
2364eb8e494SKris Buschelman   factorizations = 0;
2372205254eSKarl Rupp   do {
2384eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2394eb8e494SKris Buschelman     /* Check the workspace allocation.                                 */
2404eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2414eb8e494SKris Buschelman 
2424eb8e494SKris Buschelman     nz  = a->nz;
2434eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(lusol->nnz, (int)(lusol->elbowroom * nz));
2444eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(nnz, 5 * n);
2454eb8e494SKris Buschelman 
2464eb8e494SKris Buschelman     if (nnz < lusol->luparm[12]) {
2474eb8e494SKris Buschelman       nnz = (int)(lusol->luroom * lusol->luparm[12]);
2484eb8e494SKris Buschelman     } else if ((factorizations > 0) && (lusol->luroom < 6)) {
2494eb8e494SKris Buschelman       lusol->luroom += 0.1;
2504eb8e494SKris Buschelman     }
2514eb8e494SKris Buschelman 
2524eb8e494SKris Buschelman     nnz = PetscMax(nnz, (int)(lusol->luroom * (lusol->luparm[22] + lusol->luparm[23])));
2534eb8e494SKris Buschelman 
2544eb8e494SKris Buschelman     if (nnz > lusol->nnz) {
2559566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscFree3(lusol->data, lusol->indc, lusol->indr));
2569566063dSJacob Faibussowitsch       PetscCall(PetscMalloc3(nnz, &lusol->data, nnz, &lusol->indc, nnz, &lusol->indr));
2574eb8e494SKris Buschelman       lusol->nnz = nnz;
2584eb8e494SKris Buschelman     }
2594eb8e494SKris Buschelman 
2604eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2614eb8e494SKris Buschelman     /* Fill in the data for the problem.      (1-based Fortran style)  */
2624eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2634eb8e494SKris Buschelman 
2644eb8e494SKris Buschelman     nz = 0;
2652205254eSKarl Rupp     for (i = 0; i < n; i++) {
2664eb8e494SKris Buschelman       rs = a->i[i];
2674eb8e494SKris Buschelman       re = a->i[i + 1];
2684eb8e494SKris Buschelman 
2692205254eSKarl Rupp       while (rs < re) {
2702205254eSKarl Rupp         if (a->a[rs] != 0.0) {
2714eb8e494SKris Buschelman           lusol->indc[nz] = i + 1;
2724eb8e494SKris Buschelman           lusol->indr[nz] = a->j[rs] + 1;
2734eb8e494SKris Buschelman           lusol->data[nz] = a->a[rs];
2744eb8e494SKris Buschelman           nz++;
2754eb8e494SKris Buschelman         }
2764eb8e494SKris Buschelman         rs++;
2774eb8e494SKris Buschelman       }
2784eb8e494SKris Buschelman     }
2794eb8e494SKris Buschelman 
2804eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2814eb8e494SKris Buschelman     /* Do the factorization.                                           */
2824eb8e494SKris Buschelman     /*******************************************************************/
2834eb8e494SKris Buschelman 
2849371c9d4SSatish 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);
2854eb8e494SKris Buschelman 
2862205254eSKarl Rupp     switch (status) {
287d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 0: /* factored */
288d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
2894eb8e494SKris Buschelman 
290d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 7: /* insufficient memory */
291d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       break;
2924eb8e494SKris Buschelman 
2934eb8e494SKris Buschelman     case 1:
294d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case -1: /* singular */
295d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "Singular matrix");
2964eb8e494SKris Buschelman 
2974eb8e494SKris Buschelman     case 3:
298d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     case 4: /* error conditions */
299d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "matrix error");
3004eb8e494SKris Buschelman 
301d71ae5a4SJacob Faibussowitsch     default: /* unknown condition */
302d71ae5a4SJacob Faibussowitsch       SETERRQ(PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_LIB, "matrix unknown return code");
3034eb8e494SKris Buschelman     }
3044eb8e494SKris Buschelman 
3054eb8e494SKris Buschelman     factorizations++;
3064eb8e494SKris Buschelman   } while (status == 7);
307719d5645SBarry Smith   F->ops->solve   = MatSolve_LUSOL;
308719d5645SBarry Smith   F->assembled    = PETSC_TRUE;
309719d5645SBarry Smith   F->preallocated = PETSC_TRUE;
3103ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
3114eb8e494SKris Buschelman }
3124eb8e494SKris Buschelman 
31366976f2fSJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatLUFactorSymbolic_LUSOL(Mat F, Mat A, IS r, IS c, const MatFactorInfo *info)
314d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
3154eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3164eb8e494SKris Buschelman   /* Input                                                                */
3174eb8e494SKris Buschelman   /*     A  - matrix to factor                                            */
3184eb8e494SKris Buschelman   /*     r  - row permutation (ignored)                                   */
3194eb8e494SKris Buschelman   /*     c  - column permutation (ignored)                                */
3204eb8e494SKris Buschelman   /*                                                                      */
3214eb8e494SKris Buschelman   /* Output                                                               */
3224eb8e494SKris Buschelman   /*     F  - matrix storing the factorization;                           */
3234eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
324f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol;
325dfbe8321SBarry Smith   int        i, m, n, nz, nnz;
3264eb8e494SKris Buschelman 
3274eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
3284eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3294eb8e494SKris Buschelman   /* Check the arguments.                                                 */
3304eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3314eb8e494SKris Buschelman 
3329566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
3334eb8e494SKris Buschelman   nz = ((Mat_SeqAIJ *)A->data)->nz;
3344eb8e494SKris Buschelman 
3354eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3364eb8e494SKris Buschelman   /* Create the factorization.                                            */
3374eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3384eb8e494SKris Buschelman 
33935bd34faSBarry Smith   F->ops->lufactornumeric = MatLUFactorNumeric_LUSOL;
340*f4f49eeaSPierre Jolivet   lusol                   = (Mat_LUSOL *)F->spptr;
3414eb8e494SKris Buschelman 
3424eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3434eb8e494SKris Buschelman   /* Initialize parameters                                                */
3444eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3454eb8e494SKris Buschelman 
3462205254eSKarl Rupp   for (i = 0; i < 30; i++) {
3474eb8e494SKris Buschelman     lusol->luparm[i] = 0;
3484eb8e494SKris Buschelman     lusol->parmlu[i] = 0;
3494eb8e494SKris Buschelman   }
3504eb8e494SKris Buschelman 
3514eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[1] = -1;
3524eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[2] = 5;
3534eb8e494SKris Buschelman   lusol->luparm[7] = 1;
3544eb8e494SKris Buschelman 
3554eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[0] = 1 / Factorization_Tolerance;
3564eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[1] = 1 / Factorization_Tolerance;
3574eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[2] = Factorization_Small_Tolerance;
3584eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[3] = Factorization_Pivot_Tolerance;
3594eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[4] = Factorization_Pivot_Tolerance;
3604eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[5] = 3.0;
3614eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[6] = 0.3;
3624eb8e494SKris Buschelman   lusol->parmlu[7] = 0.6;
3634eb8e494SKris Buschelman 
3644eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3654eb8e494SKris Buschelman   /* Allocate the workspace needed by LUSOL.                              */
3664eb8e494SKris Buschelman   /************************************************************************/
3674eb8e494SKris Buschelman 
3684eb8e494SKris Buschelman   lusol->elbowroom = PetscMax(lusol->elbowroom, info->fill);
3694eb8e494SKris Buschelman   nnz              = PetscMax((int)(lusol->elbowroom * nz), 5 * n);
3704eb8e494SKris Buschelman 
3714eb8e494SKris Buschelman   lusol->n      = n;
3724eb8e494SKris Buschelman   lusol->nz     = nz;
3734eb8e494SKris Buschelman   lusol->nnz    = nnz;
3744eb8e494SKris Buschelman   lusol->luroom = 1.75;
3754eb8e494SKris Buschelman 
376d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->ip));
377d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iq));
378d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->lenc));
379d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->lenr));
380d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->locc));
381d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->locr));
382d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iploc));
383d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iqloc));
384d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->ipinv));
385d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(int) * n, &lusol->iqinv));
386d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(double) * n, &lusol->mnsw));
387d0609cedSBarry Smith   PetscCall(PetscMalloc(sizeof(double) * n, &lusol->mnsv));
3889566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc3(nnz, &lusol->data, nnz, &lusol->indc, nnz, &lusol->indr));
3892205254eSKarl Rupp 
3904eb8e494SKris Buschelman   lusol->CleanUpLUSOL     = PETSC_TRUE;
39135bd34faSBarry Smith   F->ops->lufactornumeric = MatLUFactorNumeric_LUSOL;
3923ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
3934eb8e494SKris Buschelman }
3944eb8e494SKris Buschelman 
39566976f2fSJacob Faibussowitsch static PetscErrorCode MatFactorGetSolverType_seqaij_lusol(Mat A, MatSolverType *type)
396d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
39735bd34faSBarry Smith   PetscFunctionBegin;
3982692d6eeSBarry Smith   *type = MATSOLVERLUSOL;
3993ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
40035bd34faSBarry Smith }
40135bd34faSBarry Smith 
402d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatGetFactor_seqaij_lusol(Mat A, MatFactorType ftype, Mat *F)
403d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
404b24902e0SBarry Smith   Mat        B;
405f0c56d0fSKris Buschelman   Mat_LUSOL *lusol;
40635bd34faSBarry Smith   int        m, n;
4074eb8e494SKris Buschelman 
4084eb8e494SKris Buschelman   PetscFunctionBegin;
4099566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatGetSize(A, &m, &n));
4109566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatCreate(PetscObjectComm((PetscObject)A), &B));
4119566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetSizes(B, PETSC_DECIDE, PETSC_DECIDE, m, n));
4129566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSetType(B, ((PetscObject)A)->type_name));
4139566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSeqAIJSetPreallocation(B, 0, NULL));
4144eb8e494SKris Buschelman 
4154dfa11a4SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscNew(&lusol));
416b24902e0SBarry Smith   B->spptr = lusol;
4172f71e704SKris Buschelman 
41866e17bc3SBarry Smith   B->trivialsymbolic       = PETSC_TRUE;
419f0c56d0fSKris Buschelman   B->ops->lufactorsymbolic = MatLUFactorSymbolic_LUSOL;
420f0c56d0fSKris Buschelman   B->ops->destroy          = MatDestroy_LUSOL;
4212205254eSKarl Rupp 
4229566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscObjectComposeFunction((PetscObject)B, "MatFactorGetSolverType_C", MatFactorGetSolverType_seqaij_lusol));
4232205254eSKarl Rupp 
424d5f3da31SBarry Smith   B->factortype = MAT_FACTOR_LU;
4259566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(B->solvertype));
4269566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscStrallocpy(MATSOLVERLUSOL, &B->solvertype));
4273ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
428f0c56d0fSKris Buschelman }
429f0c56d0fSKris Buschelman 
430d71ae5a4SJacob Faibussowitsch PETSC_EXTERN PetscErrorCode MatSolverTypeRegister_Lusol(void)
431d71ae5a4SJacob Faibussowitsch {
43242c9c57cSBarry Smith   PetscFunctionBegin;
4339566063dSJacob Faibussowitsch   PetscCall(MatSolverTypeRegister(MATSOLVERLUSOL, MATSEQAIJ, MAT_FACTOR_LU, MatGetFactor_seqaij_lusol));
4343ba16761SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(PETSC_SUCCESS);
43542c9c57cSBarry Smith }
43642c9c57cSBarry Smith 
4372f71e704SKris Buschelman /*MC
43811a5261eSBarry Smith   MATSOLVERLUSOL - "lusol" - Provides direct solvers, LU, for sequential matrices
4392f71e704SKris Buschelman                          via the external package LUSOL.
4402f71e704SKris Buschelman 
44111a5261eSBarry Smith   Works with `MATSEQAIJ` matrices
4422f71e704SKris Buschelman 
4432f71e704SKris Buschelman    Level: beginner
4442f71e704SKris Buschelman 
4451cc06b55SBarry Smith .seealso: [](ch_matrices), `Mat`, `PCLU`, `PCFactorSetMatSolverType()`, `MatSolverType`
4462f71e704SKris Buschelman M*/
447