Quinoa regression test code coverage report
 Current view: top level - DiffEq/OrnsteinUhlenbeck - DiagOrnsteinUhlenbeck.hpp (source / functions) Hit Total Coverage Commit: Quinoa_v0.3-298-g5666f42 Lines: 16 17 94.1 % Date: 2021-01-09 20:32:40 Functions: 2 16 12.5 % Legend: Lines: hit not hit | Branches: + taken - not taken # not executed Branches: 14 24 58.3 %
  Branch data Line data Source code  1 : : // ***************************************************************************** 2 : : /*! 3 : : \file src/DiffEq/OrnsteinUhlenbeck/DiagOrnsteinUhlenbeck.hpp 4 : : \copyright 2012-2015 J. Bakosi, 5 : : 2016-2018 Los Alamos National Security, LLC., 6 : : 2019-2020 Triad National Security, LLC. 7 : : All rights reserved. See the LICENSE file for details. 8 : : \brief System of diagonal Ornstein-Uhlenbeck SDEs 9 : : \details This file implements the time integration of a system of stochastic 10 : : differential equations (SDEs), with linear drift and constant diagonal 11 : : diffusion, whose invariant is the joint [normal 12 : : distribution](http://en.wikipedia.org/wiki/Normal_distribution). 13 : : 14 : : In a nutshell, the equation integrated governs a set of scalars, 15 : : \f$Y_\alpha\f$, \f$\alpha\!=\!1,\dots,N\f$, as 16 : : 17 : : @m_class{m-show-m} 18 : : 19 : : \f[ 20 : : \mathrm{d}Y_\alpha(t) = \theta_\alpha\left(\mu_\alpha - Y_\alpha\right) 21 : : \mathrm{d}t + \sigma_\alpha\mathrm{d}W_\alpha(t), \qquad \alpha=1,\dots,N 22 : : \f] 23 : : 24 : : @m_class{m-hide-m} 25 : : 26 : : \f[ \begin{split} 27 : : \mathrm{d}Y_\alpha(t) = \theta_\alpha\left(\mu_\alpha - Y_\alpha\right) 28 : : \mathrm{d}t + \sigma_\alpha\mathrm{d}W_\alpha(t), \\ \alpha=1,\dots,N 29 : : \end{split} \f] 30 : : 31 : : with parameter vectors \f$\theta_\alpha > 0\f$, \f$\mu_\alpha\f$, and 32 : : \f$\sigma_\alpha > 0\f$. Here \f$\mathrm{d}W_\alpha(t)\f$ is an isotropic 33 : : vector-valued [Wiener process](http://en.wikipedia.org/wiki/Wiener_process) 34 : : with independent increments. The invariant distribution is the joint normal 35 : : distribution. This system of SDEs consists of N independent equations, each 36 : : being a single-variate [Ornstein-Uhlenbeck 37 : : process](http://en.wikipedia.org/wiki/Ornstein%E2%80%93Uhlenbeck_process). 38 : : 39 : : From the Fokker-Planck equation, equivalent to the SDE above, the equations 40 : : governing the means, \f$\langle Y_\alpha \rangle\f$, are 41 : : \f[ 42 : : \newcommand{\irmean}[1]{{\langle{#1}\rangle}} 43 : : \frac{\partial\irmean{Y_\alpha}}{\partial t} = 44 : : \theta_\alpha\left(\mu_\alpha - \irmean{Y_\alpha}\right) 45 : : \f] 46 : : while the equation governing the covariance matrix, \f$\langle y_\alpha 47 : : y_\beta \rangle \equiv \left\langle (Y_\alpha - \langle Y_\alpha \rangle) 48 : : (Y_\beta - \langle Y_\beta\rangle) \right\rangle \f$, is 49 : : 50 : : @m_class{m-show-m} 51 : : 52 : : \f[ 53 : : \newcommand{\irmean}[1]{{\langle{#1}\rangle}} 54 : : \newcommand{\irv}[1]{\langle{#1^2}\rangle} 55 : : \frac{\partial\irmean{y_\alpha y_\beta}}{\partial t} = 56 : : -\left(\theta_\alpha+\theta_\beta\right)\irmean{y_\alpha y_\beta} + 57 : : \left\{ \begin{array}{lr} 58 : : \sigma_\alpha^2 & \mathrm{for} \quad \alpha = \beta,\\ 59 : : 0 & \mathrm{for} \quad \alpha \ne \beta 60 : : \end{array} \right.. 61 : : \f] 62 : : 63 : : @m_class{m-hide-m} 64 : : 65 : : \f[ \begin{split} 66 : : \newcommand{\irmean}[1]{{\langle{#1}\rangle}} 67 : : \newcommand{\irv}[1]{\langle{#1^2}\rangle} 68 : : \frac{\partial\irmean{y_\alpha y_\beta}}{\partial t} = 69 : : -\left(\theta_\alpha+\theta_\beta\right)\irmean{y_\alpha y_\beta} \\ + 70 : : \left\{ \begin{array}{lr} 71 : : \sigma_\alpha^2 & \mathrm{for} \quad \alpha = \beta,\\ 72 : : 0 & \mathrm{for} \quad \alpha \ne \beta 73 : : \end{array} \right.. 74 : : \end{split} \f] 75 : : */ 76 : : // ***************************************************************************** 77 : : #ifndef DiagOrnsteinUhlenbeck_h 78 : : #define DiagOrnsteinUhlenbeck_h 79 : : 80 : : #include 81 : : #include 82 : : 83 : : #include "InitPolicy.hpp" 84 : : #include "DiagOrnsteinUhlenbeckCoeffPolicy.hpp" 85 : : #include "RNG.hpp" 86 : : #include "Particles.hpp" 87 : : 88 : : namespace walker { 89 : : 90 : : extern ctr::InputDeck g_inputdeck; 91 : : extern std::map< tk::ctr::RawRNGType, tk::RNG > g_rng; 92 : : 93 : : //! \brief Diagonal Ornstein-Uhlenbeck SDE used polymorphically with DiffEq 94 : : //! \details The template arguments specify policies and are used to configure 95 : : //! the behavior of the class. The policies are: 96 : : //! - Init - initialization policy, see DiffEq/InitPolicy.h 97 : : //! - Coefficients - coefficients policy, see 98 : : //! DiffEq/DiagOrnsteinUhlenbeckCoeffPolicy.h 99 : : template< class Init, class Coefficients > 100 : : class DiagOrnsteinUhlenbeck { 101 : : 102 : : private: 103 : : using ncomp_t = tk::ctr::ncomp_t; 104 : : 105 : : public: 106 : : //! \brief Constructor 107 : : //! \param[in] c Index specifying which system of diagonal 108 : : //! Ornstein-Uhlenbeck SDEs to construct. There can be multiple diag_ou 109 : : //! ... end blocks in a control file. This index specifies which diagonal 110 : : //! Ornstein-Uhlenbeck SDE system to instantiate. The index corresponds to 111 : : //! the order in which the diag_ou ... end blocks are given the control 112 : : //! file. 113 : 57 : explicit DiagOrnsteinUhlenbeck( ncomp_t c ) : 114 : : m_c( c ), 115 : : m_depvar( g_inputdeck.get< tag::param, tag::diagou, tag::depvar >().at(c) ), 116 : : m_ncomp( g_inputdeck.get< tag::component >().get< tag::diagou >().at(c) ), 117 : 57 : m_offset( g_inputdeck.get< tag::component >().offset< tag::diagou >(c) ), 118 : 57 : m_rng( g_rng.at( tk::ctr::raw( 119 : : g_inputdeck.get< tag::param, tag::diagou, tag::rng >().at(c) ) ) ), 120 : : m_sigmasq(), 121 : : m_theta(), 122 : : m_mu(), 123 : 57 : coeff( m_ncomp, 124 : : g_inputdeck.get< tag::param, tag::diagou, tag::sigmasq >().at(c), 125 : : g_inputdeck.get< tag::param, tag::diagou, tag::theta >().at(c), 126 : : g_inputdeck.get< tag::param, tag::diagou, tag::mu >().at(c), 127 [ - + ][ - + ]: 171 : m_sigmasq, m_theta, m_mu ) {} [ - + ][ - + ] [ + - ] 128 : : 129 : : //! Initalize SDE, prepare for time integration 130 : : //! \param[in] stream Thread (or more precisely stream) ID 131 : : //! \param[in,out] particles Array of particle properties 132 : : void initialize( int stream, tk::Particles& particles ) { 133 : : //! Set initial conditions using initialization policy 134 : : Init::template 135 : : init< tag::diagou > 136 : 0 : ( g_inputdeck, m_rng, stream, particles, m_c, m_ncomp, m_offset ); 137 : : } 138 : : 139 : : //! \brief Advance particles according to the system of diagonal 140 : : //! Orsntein-Uhlenbeck SDEs 141 : : //! \param[in,out] particles Array of particle properties 142 : : //! \param[in] stream Thread (or more precisely stream) ID 143 : : //! \param[in] dt Time step size 144 : 1650000 : void advance( tk::Particles& particles, 145 : : int stream, 146 : : tk::real dt, 147 : : tk::real, 148 : : const std::map< tk::ctr::Product, tk::real >& ) 149 : : { 150 : 1650000 : const auto npar = particles.nunk(); 151 [ + + ]: 521650000 : for (auto p=decltype(npar){0}; p dW( m_ncomp ); 154 [ + - ][ + - ]: 1040000000 : m_rng.gaussian( stream, m_ncomp, dW.data() ); 155 : : 156 : : // Advance all m_ncomp scalars 157 [ + + ]: 1560000000 : for (ncomp_t i=0; i 0.0 ? std::sqrt(d) : 0.0); 161 : 1040000000 : par += m_theta[i]*(m_mu[i] - par)*dt + d*dW[i]; 162 : : } 163 : : } 164 : 1650000 : } 165 : : 166 : : private: 167 : : const ncomp_t m_c; //!< Equation system index 168 : : const char m_depvar; //!< Dependent variable 169 : : const ncomp_t m_ncomp; //!< Number of components 170 : : const ncomp_t m_offset; //!< Offset SDE operates from 171 : : const tk::RNG& m_rng; //!< Random number generator 172 : : 173 : : //! Coefficients 174 : : std::vector< kw::sde_sigmasq::info::expect::type > m_sigmasq; 175 : : std::vector< kw::sde_theta::info::expect::type > m_theta; 176 : : std::vector< kw::sde_mu::info::expect::type > m_mu; 177 : : 178 : : //! Coefficients policy 179 : : Coefficients coeff; 180 : : }; 181 : : 182 : : } // walker:: 183 : : 184 : : #endif // DiagOrnsteinUhlenbeck_h 

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