| 1 | // | 
|---|
| 2 | // diis.cc | 
|---|
| 3 | // | 
|---|
| 4 | // Copyright (C) 1996 Limit Point Systems, Inc. | 
|---|
| 5 | // | 
|---|
| 6 | // Author: Curtis Janssen <cljanss@limitpt.com> | 
|---|
| 7 | // Maintainer: LPS | 
|---|
| 8 | // | 
|---|
| 9 | // This file is part of the SC Toolkit. | 
|---|
| 10 | // | 
|---|
| 11 | // The SC Toolkit is free software; you can redistribute it and/or modify | 
|---|
| 12 | // it under the terms of the GNU Library General Public License as published by | 
|---|
| 13 | // the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option) | 
|---|
| 14 | // any later version. | 
|---|
| 15 | // | 
|---|
| 16 | // The SC Toolkit is distributed in the hope that it will be useful, | 
|---|
| 17 | // but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of | 
|---|
| 18 | // MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the | 
|---|
| 19 | // GNU Library General Public License for more details. | 
|---|
| 20 | // | 
|---|
| 21 | // You should have received a copy of the GNU Library General Public License | 
|---|
| 22 | // along with the SC Toolkit; see the file COPYING.LIB.  If not, write to | 
|---|
| 23 | // the Free Software Foundation, 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA. | 
|---|
| 24 | // | 
|---|
| 25 | // The U.S. Government is granted a limited license as per AL 91-7. | 
|---|
| 26 | // | 
|---|
| 27 |  | 
|---|
| 28 | #ifdef __GNUC__ | 
|---|
| 29 | #pragma implementation | 
|---|
| 30 | #endif | 
|---|
| 31 |  | 
|---|
| 32 | #include <math.h> | 
|---|
| 33 |  | 
|---|
| 34 | #include <util/misc/formio.h> | 
|---|
| 35 | #include <util/state/stateio.h> | 
|---|
| 36 | #include <math/scmat/cmatrix.h> | 
|---|
| 37 | #include <math/optimize/diis.h> | 
|---|
| 38 |  | 
|---|
| 39 | using namespace sc; | 
|---|
| 40 |  | 
|---|
| 41 | static ClassDesc DIIS_cd( | 
|---|
| 42 | typeid(DIIS),"DIIS",3,"public SelfConsistentExtrapolation", | 
|---|
| 43 | 0, create<DIIS>, create<DIIS>); | 
|---|
| 44 |  | 
|---|
| 45 | void | 
|---|
| 46 | DIIS::init() | 
|---|
| 47 | { | 
|---|
| 48 | int dim = ndiis+1; | 
|---|
| 49 |  | 
|---|
| 50 | iter = 0; | 
|---|
| 51 |  | 
|---|
| 52 | btemp = new double[dim]; | 
|---|
| 53 |  | 
|---|
| 54 | bmat = new double*[dim]; | 
|---|
| 55 | bold = new double*[ndiis]; | 
|---|
| 56 |  | 
|---|
| 57 | if (!btemp || !bmat || !bold) { | 
|---|
| 58 | ExEnv::err0() << indent | 
|---|
| 59 | << "DIIS::init: alloc of bmat, bold, and btemp failed\n"; | 
|---|
| 60 | abort(); | 
|---|
| 61 | } | 
|---|
| 62 |  | 
|---|
| 63 | for (int i=0; i < dim; i++) { | 
|---|
| 64 | bmat[i] = new double[dim]; | 
|---|
| 65 | if (i < dim-1) | 
|---|
| 66 | bold[i] = new double[ndiis]; | 
|---|
| 67 | } | 
|---|
| 68 |  | 
|---|
| 69 | diism_data = new Ref<SCExtrapData>[ndiis]; | 
|---|
| 70 | diism_error = new Ref<SCExtrapError>[ndiis]; | 
|---|
| 71 | } | 
|---|
| 72 |  | 
|---|
| 73 | DIIS::DIIS(int strt, int ndi, double dmp, int ngr, int ngrdiis) : | 
|---|
| 74 | btemp(0), bold(0), bmat(0), diism_data(0), diism_error(0) | 
|---|
| 75 | { | 
|---|
| 76 | start = strt; | 
|---|
| 77 | ndiis = ndi; | 
|---|
| 78 | damping_factor = dmp; | 
|---|
| 79 |  | 
|---|
| 80 | ngroup = ngr; | 
|---|
| 81 | ngroupdiis = ngrdiis; | 
|---|
| 82 |  | 
|---|
| 83 | init(); | 
|---|
| 84 | } | 
|---|
| 85 |  | 
|---|
| 86 | DIIS::DIIS(StateIn& s) : | 
|---|
| 87 | SelfConsistentExtrapolation(s), | 
|---|
| 88 | btemp(0), bold(0), bmat(0), diism_data(0), diism_error(0) | 
|---|
| 89 | { | 
|---|
| 90 | int i; | 
|---|
| 91 |  | 
|---|
| 92 | s.get(start); | 
|---|
| 93 | s.get(ndiis); | 
|---|
| 94 | s.get(iter); | 
|---|
| 95 | if (s.version(::class_desc<DIIS>()) >= 2) { | 
|---|
| 96 | s.get(ngroup); | 
|---|
| 97 | s.get(ngroupdiis); | 
|---|
| 98 | } | 
|---|
| 99 | s.get(damping_factor); | 
|---|
| 100 |  | 
|---|
| 101 | // alloc storage for arrays | 
|---|
| 102 | btemp = new double[ndiis+1]; | 
|---|
| 103 |  | 
|---|
| 104 | bold = new double*[ndiis]; | 
|---|
| 105 | for (i=0; i < ndiis; i++) | 
|---|
| 106 | bold[i] = new double[ndiis]; | 
|---|
| 107 |  | 
|---|
| 108 | bmat = new double*[ndiis+1]; | 
|---|
| 109 | for (i=0; i <= ndiis; i++) | 
|---|
| 110 | bmat[i] = new double[ndiis+1]; | 
|---|
| 111 |  | 
|---|
| 112 | diism_data = new Ref<SCExtrapData>[ndiis]; | 
|---|
| 113 | diism_error = new Ref<SCExtrapError>[ndiis]; | 
|---|
| 114 |  | 
|---|
| 115 | // read arrays | 
|---|
| 116 | int ndat = iter; | 
|---|
| 117 | if (iter > ndiis) ndat = ndiis; | 
|---|
| 118 | if (s.version(::class_desc<DIIS>()) < 3) ndat = ndiis; | 
|---|
| 119 |  | 
|---|
| 120 | s.get_array_double(btemp,ndat+1); | 
|---|
| 121 |  | 
|---|
| 122 | for (i=0; i < ndat; i++) | 
|---|
| 123 | s.get_array_double(bold[i],ndat); | 
|---|
| 124 |  | 
|---|
| 125 | for (i=0; i <= ndat; i++) | 
|---|
| 126 | s.get_array_double(bmat[i],ndat+1); | 
|---|
| 127 |  | 
|---|
| 128 | for (i=0; i < ndat; i++) { | 
|---|
| 129 | diism_data[i] << SavableState::restore_state(s); | 
|---|
| 130 | diism_error[i] << SavableState::restore_state(s); | 
|---|
| 131 | } | 
|---|
| 132 | } | 
|---|
| 133 |  | 
|---|
| 134 | DIIS::DIIS(const Ref<KeyVal>& keyval): | 
|---|
| 135 | SelfConsistentExtrapolation(keyval), | 
|---|
| 136 | btemp(0), bold(0), bmat(0), diism_data(0), diism_error(0) | 
|---|
| 137 | { | 
|---|
| 138 | ndiis = keyval->intvalue("n"); | 
|---|
| 139 | if (keyval->error() != KeyVal::OK) ndiis = 5; | 
|---|
| 140 |  | 
|---|
| 141 | start = keyval->intvalue("start"); | 
|---|
| 142 | if (keyval->error() != KeyVal::OK) start = 1; | 
|---|
| 143 |  | 
|---|
| 144 | ngroup = keyval->intvalue("ngroup"); | 
|---|
| 145 | if (keyval->error() != KeyVal::OK) ngroup = 1; | 
|---|
| 146 |  | 
|---|
| 147 | ngroupdiis = keyval->intvalue("ngroupdiis"); | 
|---|
| 148 | if (keyval->error() != KeyVal::OK) ngroupdiis = 1; | 
|---|
| 149 |  | 
|---|
| 150 | damping_factor = keyval->doublevalue("damping_factor"); | 
|---|
| 151 | if (keyval->error() != KeyVal::OK) damping_factor = 0; | 
|---|
| 152 |  | 
|---|
| 153 | if (ndiis <= 0) { | 
|---|
| 154 | ExEnv::err0() << indent | 
|---|
| 155 | << "DIIS::DIIS(const Ref<KeyVal>& keyval): got ndiis = 0\n"; | 
|---|
| 156 | abort(); | 
|---|
| 157 | } | 
|---|
| 158 |  | 
|---|
| 159 | init(); | 
|---|
| 160 | } | 
|---|
| 161 |  | 
|---|
| 162 | DIIS::~DIIS() | 
|---|
| 163 | { | 
|---|
| 164 | if (btemp) { | 
|---|
| 165 | delete[] btemp; | 
|---|
| 166 | btemp=0; | 
|---|
| 167 | } | 
|---|
| 168 |  | 
|---|
| 169 | if (bold) { | 
|---|
| 170 | for (int i=0; i < ndiis; i++) { | 
|---|
| 171 | if (bold[i]) | 
|---|
| 172 | delete[] bold[i]; | 
|---|
| 173 | } | 
|---|
| 174 | delete[] bold; | 
|---|
| 175 | bold=0; | 
|---|
| 176 | } | 
|---|
| 177 |  | 
|---|
| 178 | if (bmat) { | 
|---|
| 179 | for (int i=0; i <= ndiis; i++) { | 
|---|
| 180 | if (bmat[i]) | 
|---|
| 181 | delete[] bmat[i]; | 
|---|
| 182 | } | 
|---|
| 183 | delete[] bmat; | 
|---|
| 184 | bmat=0; | 
|---|
| 185 | } | 
|---|
| 186 |  | 
|---|
| 187 | if (diism_data) { | 
|---|
| 188 | delete[] diism_data; | 
|---|
| 189 | diism_data=0; | 
|---|
| 190 | } | 
|---|
| 191 |  | 
|---|
| 192 | if (diism_error) { | 
|---|
| 193 | delete[] diism_error; | 
|---|
| 194 | diism_error=0; | 
|---|
| 195 | } | 
|---|
| 196 | } | 
|---|
| 197 |  | 
|---|
| 198 | void | 
|---|
| 199 | DIIS::save_data_state(StateOut& s) | 
|---|
| 200 | { | 
|---|
| 201 | int i; | 
|---|
| 202 |  | 
|---|
| 203 | SelfConsistentExtrapolation::save_data_state(s); | 
|---|
| 204 | s.put(start); | 
|---|
| 205 | s.put(ndiis); | 
|---|
| 206 | s.put(iter); | 
|---|
| 207 | s.put(ngroup); | 
|---|
| 208 | s.put(ngroupdiis); | 
|---|
| 209 | s.put(damping_factor); | 
|---|
| 210 |  | 
|---|
| 211 | int ndat = iter; | 
|---|
| 212 | if (iter > ndiis) ndat = ndiis; | 
|---|
| 213 |  | 
|---|
| 214 | s.put_array_double(btemp, ndat+1); | 
|---|
| 215 |  | 
|---|
| 216 | for (i=0; i < ndat; i++) | 
|---|
| 217 | s.put_array_double(bold[i], ndat); | 
|---|
| 218 |  | 
|---|
| 219 | for (i=0; i <= ndat; i++) | 
|---|
| 220 | s.put_array_double(bmat[i], ndat+1); | 
|---|
| 221 |  | 
|---|
| 222 | for (i=0; i < ndat; i++) { | 
|---|
| 223 | SavableState::save_state(diism_data[i].pointer(),s); | 
|---|
| 224 | SavableState::save_state(diism_error[i].pointer(),s); | 
|---|
| 225 | } | 
|---|
| 226 | } | 
|---|
| 227 |  | 
|---|
| 228 | void | 
|---|
| 229 | DIIS::reinitialize() | 
|---|
| 230 | { | 
|---|
| 231 | iter=0; | 
|---|
| 232 | } | 
|---|
| 233 |  | 
|---|
| 234 | void | 
|---|
| 235 | DIIS::start_extrapolation() | 
|---|
| 236 | { | 
|---|
| 237 | if (start > iter) start = iter+1; | 
|---|
| 238 | } | 
|---|
| 239 |  | 
|---|
| 240 | int | 
|---|
| 241 | DIIS::extrapolate(const Ref<SCExtrapData>& data, | 
|---|
| 242 | const Ref<SCExtrapError>& error) | 
|---|
| 243 | { | 
|---|
| 244 | int i, j, k; | 
|---|
| 245 | int last = iter; | 
|---|
| 246 | int trial = 0; | 
|---|
| 247 | int col = iter + 2; | 
|---|
| 248 | double norm, determ; | 
|---|
| 249 | double scale; | 
|---|
| 250 |  | 
|---|
| 251 | iter++; | 
|---|
| 252 |  | 
|---|
| 253 | scale = 1.0 + damping_factor; | 
|---|
| 254 |  | 
|---|
| 255 | if (iter > ndiis) { | 
|---|
| 256 | last = ndiis-1; | 
|---|
| 257 | col = ndiis+1; | 
|---|
| 258 | dtemp_data = diism_data[0]; | 
|---|
| 259 | dtemp_error = diism_error[0]; | 
|---|
| 260 | for (i=0; i < last ; i++) { | 
|---|
| 261 | diism_data[i] = diism_data[i+1]; | 
|---|
| 262 | diism_error[i] = diism_error[i+1]; | 
|---|
| 263 | } | 
|---|
| 264 | diism_data[last] = dtemp_data; | 
|---|
| 265 | diism_error[last] = dtemp_error; | 
|---|
| 266 | } | 
|---|
| 267 |  | 
|---|
| 268 | diism_data[last] = data->copy(); | 
|---|
| 269 | diism_error[last] = error; | 
|---|
| 270 |  | 
|---|
| 271 | set_error(error->error()); | 
|---|
| 272 |  | 
|---|
| 273 | // then set up B matrix, where B(i,j) = <ei|ej> | 
|---|
| 274 |  | 
|---|
| 275 | // move bold(i+1,j+1) to bold(i,j) | 
|---|
| 276 | if (iter > ndiis) { | 
|---|
| 277 | for (i=0; i < last ; i++) { | 
|---|
| 278 | for (j=0; j <= i ; j++) { | 
|---|
| 279 | bold[i][j]=bold[j][i]=bold[i+1][j+1]; | 
|---|
| 280 | } | 
|---|
| 281 | } | 
|---|
| 282 | } | 
|---|
| 283 |  | 
|---|
| 284 | // and set the current rows of bold | 
|---|
| 285 | for (i=0; i <= last ; i++) | 
|---|
| 286 | bold[i][last]=bold[last][i] = | 
|---|
| 287 | diism_error[i]->scalar_product(diism_error[last]); | 
|---|
| 288 |  | 
|---|
| 289 | bmat[0][0] = 0.0; | 
|---|
| 290 | btemp[0] = -1.0; | 
|---|
| 291 |  | 
|---|
| 292 | if (bold[0][0] > 1.e-10) { | 
|---|
| 293 | norm = 1.0/bold[0][0]; | 
|---|
| 294 | } | 
|---|
| 295 | else { | 
|---|
| 296 | norm = 1.0; | 
|---|
| 297 | } | 
|---|
| 298 |  | 
|---|
| 299 | for (i=1; i <= last+1 ; i++) { | 
|---|
| 300 | bmat[i][0]=bmat[0][i] = -1.0; | 
|---|
| 301 | btemp[i] = 0.0; | 
|---|
| 302 | for (j=1; j <= i ; j++) { | 
|---|
| 303 | bmat[i][j]=bmat[j][i] = bold[i-1][j-1]*norm; | 
|---|
| 304 | if (i==j) bmat[i][j] *= scale; | 
|---|
| 305 | } | 
|---|
| 306 | } | 
|---|
| 307 |  | 
|---|
| 308 | // finally, solve the set of linear equations, obtain the coefficients, | 
|---|
| 309 | // and form the new fock matrix F= sum(i=1,n) ci*Fi | 
|---|
| 310 |  | 
|---|
| 311 | if (iter-1) { | 
|---|
| 312 | determ = cmat_solve_lin(bmat,0,btemp,col); | 
|---|
| 313 |  | 
|---|
| 314 | // test for poorly conditioned equations */ | 
|---|
| 315 | while (fabs(determ) < 1.0e-19 && trial < last) { | 
|---|
| 316 |  | 
|---|
| 317 | trial++; | 
|---|
| 318 | col--; | 
|---|
| 319 |  | 
|---|
| 320 | bmat[0][0] = 0.0; | 
|---|
| 321 | btemp[0] = -1.0; | 
|---|
| 322 |  | 
|---|
| 323 | if (bold[trial][trial] > 1.e-10) { | 
|---|
| 324 | norm=1.0/bold[trial][trial]; | 
|---|
| 325 | } | 
|---|
| 326 | else { | 
|---|
| 327 | norm = 1.0; | 
|---|
| 328 | } | 
|---|
| 329 |  | 
|---|
| 330 | for (i=1; i <= last-trial+1 ; i++) { | 
|---|
| 331 | bmat[i][0]=bmat[0][i] = -1.0; | 
|---|
| 332 | for (j=1; j <= i ; j++) { | 
|---|
| 333 | bmat[i][j]=bmat[j][i]=bold[i+trial-1][j+trial-1]*norm; | 
|---|
| 334 | if (i==j) bmat[i][j] *= scale; | 
|---|
| 335 | } | 
|---|
| 336 | btemp[i] = 0.0; | 
|---|
| 337 | } | 
|---|
| 338 |  | 
|---|
| 339 | determ = cmat_solve_lin(bmat,0,btemp,col); | 
|---|
| 340 | } | 
|---|
| 341 |  | 
|---|
| 342 | if (fabs(determ) < 10.0e-20) { | 
|---|
| 343 | ExEnv::err0() << indent | 
|---|
| 344 | << "DIIS::extrapolate:  trial " << trial << " no good\n"; | 
|---|
| 345 | return -1; | 
|---|
| 346 | } | 
|---|
| 347 |  | 
|---|
| 348 | if (iter >= start && (((iter-start)%ngroup) < ngroupdiis)) { | 
|---|
| 349 | int kk=1; | 
|---|
| 350 |  | 
|---|
| 351 | data->zero(); | 
|---|
| 352 |  | 
|---|
| 353 | for (k=trial; k < last+1 ; k++) { | 
|---|
| 354 | data->accumulate_scaled(btemp[kk], diism_data[k]); | 
|---|
| 355 | kk++; | 
|---|
| 356 | } | 
|---|
| 357 | } | 
|---|
| 358 | } | 
|---|
| 359 |  | 
|---|
| 360 | return 0; | 
|---|
| 361 | } | 
|---|
| 362 |  | 
|---|
| 363 | void | 
|---|
| 364 | DIIS::print(std::ostream& o) const | 
|---|
| 365 | { | 
|---|
| 366 | o << indent | 
|---|
| 367 | << "DIIS: " | 
|---|
| 368 | << "n=" << ndiis | 
|---|
| 369 | << ", start=" << start | 
|---|
| 370 | << ", ngroup=" << ngroup | 
|---|
| 371 | << ", ngroupdiis=" << ngroupdiis | 
|---|
| 372 | << ", damping_factor=" << damping_factor | 
|---|
| 373 | << std::endl; | 
|---|
| 374 | } | 
|---|
| 375 |  | 
|---|
| 376 | ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// | 
|---|
| 377 |  | 
|---|
| 378 | // Local Variables: | 
|---|
| 379 | // mode: c++ | 
|---|
| 380 | // c-file-style: "ETS" | 
|---|
| 381 | // End: | 
|---|