]> Creatis software - CreaPhase.git/blobdiff - octave_packages/m/sparse/gmres.m
update packages
[CreaPhase.git] / octave_packages / m / sparse / gmres.m
diff --git a/octave_packages/m/sparse/gmres.m b/octave_packages/m/sparse/gmres.m
new file mode 100644 (file)
index 0000000..350c944
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,218 @@
+## Copyright (C) 2009-2012 Carlo de Falco
+##
+## This file is part of Octave.
+##
+## Octave is free software; you can redistribute it and/or modify it
+## under the terms of the GNU General Public License as published by the
+## Free Software Foundation; either version 3 of the License, or (at your
+## option) any later version.
+##
+## Octave is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
+## ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or
+## FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License
+## for more details.
+##
+## You should have received a copy of the GNU General Public License
+## along with Octave; see the file COPYING.  If not, see
+## <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+## -*- texinfo -*-
+## @deftypefn  {Function File} {@var{x} =} gmres (@var{A}, @var{b}, @var{m}, @var{rtol}, @var{maxit}, @var{M1}, @var{M2}, @var{x0})
+## @deftypefnx {Function File} {@var{x} =} gmres (@var{A}, @var{b}, @var{m}, @var{rtol}, @var{maxit}, @var{P})
+## @deftypefnx {Function File} {[@var{x}, @var{flag}, @var{relres}, @var{iter}, @var{resvec}] =} gmres (@dots{})
+## Solve @code{A x = b} using the Preconditioned GMRES iterative method
+## with restart, a.k.a. PGMRES(m).
+##
+## @itemize @minus
+## @item @var{rtol} is the relative tolerance,
+## if not given or set to [] the default value 1e-6 is used.
+##
+## @item @var{maxit} is the maximum number of outer iterations,
+## if not given or set to [] the default value
+## @code{min (10, numel (b) / restart)} is used.
+##
+## @item @var{x0} is the initial guess,
+## if not given or set to [] the default value @code{zeros(size (b))} is used.
+##
+## @item @var{m} is the restart parameter,
+## if not given or set to [] the default value @code{numel (b)} is used.
+## @end itemize
+##
+## Argument @var{A} can be passed as a matrix, function handle, or
+## inline function @code{f} such that @code{f(x) = A*x}.
+##
+## The preconditioner @var{P} is given as @code{P = M1 * M2}.
+## Both @var{M1} and @var{M2} can be passed as a matrix, function handle, or
+## inline function @code{g} such that @code{g(x) = M1\x} or @code{g(x) = M2\x}.
+##
+## Besides the vector @var{x}, additional outputs are:
+##
+## @itemize @minus
+## @item @var{flag} indicates the exit status:
+## @table @asis
+## @item 0 : iteration converged to within the specified tolerance
+##
+## @item 1 : maximum number of iterations exceeded
+##
+## @item 2 : unused, but skipped for compatibility
+##
+## @item 3 : algorithm reached stagnation
+## @end table
+##
+## @item @var{relres} is the final value of the relative residual.
+##
+## @item @var{iter} is a vector containing the number of outer iterations and
+## total iterations performed.
+##
+## @item @var{resvec} is a vector containing the relative residual at each
+## iteration.
+## @end itemize
+##
+## @seealso{bicg, bicgstab, cgs, pcg}
+## @end deftypefn
+
+function [x, flag, presn, it, resids] = gmres (A, b, restart, rtol, maxit, M1, M2, x0)
+
+  if (nargin < 2 || nargin > 8)
+    print_usage ();
+  endif
+
+  if (ischar (A))
+    Ax = str2func (A);
+  elseif (ismatrix (A))
+    Ax = @(x) A*x;
+  elseif (isa (A, "function_handle"))
+    Ax = A;
+  else
+    error ("gmres: A must be a function or matrix");
+  endif
+
+  if (nargin < 3 || isempty (restart))
+    restart = rows (b);
+  endif
+
+  if (nargin < 4 || isempty (rtol))
+    rtol = 1e-6;
+  endif
+
+  if (nargin < 5 || isempty (maxit))
+    maxit = min (rows (b)/restart, 10);
+  endif
+
+  if (nargin < 6 || isempty (M1))
+    M1m1x = @(x) x;
+  elseif (ischar (M1))
+    M1m1x = str2func (M1);
+  elseif (ismatrix (M1))
+    M1m1x = @(x) M1 \ x;
+  elseif (isa (M1, "function_handle"))
+    M1m1x = M1;
+  else
+    error ("gmres: preconditioner M1 must be a function or matrix");
+  endif
+
+  if (nargin < 7 || isempty (M2))
+    M2m1x = @(x) x;
+  elseif (ischar (M2))
+    M2m1x = str2func (M2);
+  elseif (ismatrix (M2))
+    M2m1x = @(x) M2 \ x;
+  elseif (isa (M2, "function_handle"))
+    M2m1x = M2;
+  else
+    error ("gmres: preconditioner M2 must be a function or matrix");
+  endif
+
+  Pm1x = @(x) M2m1x (M1m1x (x));
+
+  if (nargin < 8 || isempty (x0))
+    x0 = zeros (size (b));
+  endif
+
+  x_old = x0;
+  x = x_old;
+  prec_res = Pm1x (b - Ax (x_old));
+  presn = norm (prec_res, 2);
+
+  B = zeros (restart + 1, 1);
+  V = zeros (rows (x), restart);
+  H = zeros (restart + 1, restart);
+
+  ## begin loop
+  iter = 1;
+  restart_it  = restart + 1;
+  resids      = zeros (maxit, 1);
+  resids(1)   = presn;
+  prec_b_norm = norm (Pm1x (b), 2);
+  flag        = 1;
+
+  while (iter <= maxit * restart && presn > rtol * prec_b_norm)
+
+    ## restart
+    if (restart_it > restart)
+      restart_it = 1;
+      x_old = x;
+      prec_res = Pm1x (b - Ax (x_old));
+      presn = norm (prec_res, 2);
+      B(1) = presn;
+      H(:) = 0;
+      V(:, 1) = prec_res / presn;
+    endif
+
+    ## basic iteration
+    tmp = Pm1x (Ax (V(:, restart_it)));
+    [V(:,restart_it+1), H(1:restart_it+1, restart_it)] = ...
+        mgorth (tmp, V(:,1:restart_it));
+
+    Y = (H(1:restart_it+1, 1:restart_it) \ B (1:restart_it+1));
+
+    little_res = B(1:restart_it+1) - ...
+        H(1:restart_it+1, 1:restart_it) * Y(1:restart_it);
+
+    presn = norm (little_res, 2);
+
+    x = x_old + V(:, 1:restart_it) * Y(1:restart_it);
+
+    resids(iter) = presn;
+    if (norm (x - x_old, inf) <= eps)
+      flag = 3;
+      break
+    endif
+
+    restart_it++ ;
+    iter++;
+  endwhile
+
+  if (presn > rtol * prec_b_norm)
+    flag = 0;
+  endif
+
+  resids = resids(1:iter-1);
+  it = [ceil(iter / restart), rem(iter, restart)];
+
+endfunction
+
+
+%!shared A, b, dim
+%! dim = 100;
+%!test
+%! A = spdiags ([-ones(dim,1) 2*ones(dim,1) ones(dim,1)], [-1:1], dim, dim);
+%! b = ones(dim, 1);
+%! x = gmres (A, b, 10, 1e-10, dim, @(x) x./diag(A), [],  b);
+%! assert(x, A\b, 1e-9*norm(x,inf));
+%!
+%!test
+%! x = gmres (A, b, dim, 1e-10, 1e4, @(x) diag(diag(A))\x, [],  b);
+%! assert(x, A\b, 1e-7*norm(x,inf));
+%!
+%!test
+%! A = spdiags ([[1./(2:2:2*(dim-1)) 0]; 1./(1:2:2*dim-1); [0 1./(2:2:2*(dim-1))]]', -1:1, dim, dim);
+%! A = A'*A;
+%! b = rand (dim, 1);
+%! [x, resids] = gmres (@(x) A*x, b, dim, 1e-10, dim, @(x) x./diag(A), [],  []);
+%! assert(x, A\b, 1e-9*norm(x,inf))
+%! x = gmres (@(x) A*x, b, dim, 1e-10, 1e6, @(x) diag(diag(A))\x, [],  []);
+%! assert(x, A\b, 1e-9*norm(x,inf));
+%!test
+%! x =  gmres (@(x) A*x, b, dim, 1e-10, 1e6, @(x) x./diag(A), [],  []);
+%! assert(x, A\b, 1e-7*norm(x,inf));