| [0b990d] | 1 | //
 | 
|---|
 | 2 | // diis.cc
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|---|
 | 3 | //
 | 
|---|
 | 4 | // Copyright (C) 1996 Limit Point Systems, Inc.
 | 
|---|
 | 5 | //
 | 
|---|
 | 6 | // Author: Curtis Janssen <cljanss@limitpt.com>
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|---|
 | 7 | // Maintainer: LPS
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|---|
 | 8 | //
 | 
|---|
 | 9 | // This file is part of the SC Toolkit.
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 | 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 | //
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|---|
 | 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 | //
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|---|
 | 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;
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|---|
 | 322 | 
 | 
|---|
 | 323 |           if (bold[trial][trial] > 1.e-10) {
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|---|
 | 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:
 | 
|---|