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   1 : C BCGSD     SOURCE    CHAT      05/01/12    21:37:03     5004           
   2 :       SUBROUTINE BCGSD(N,NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
   3 :      $     B,X,
   4 :      $     MINV,
   5 :      $     LRES,
   6 :      $     R,RTLD,P,PHAT,
   7 :      $     V,S,SHAT,T,
   8 :      $     ITER,BRTOL,RESID,IMPR,IRET)
   9 : C***********************************************************************
  10 : C NOM         : BCGSD
  11 : C DESCRIPTION :
  12 : C     Résolution d'un système linéaire Ax=b
  13 : C     par la méthode du bi-gradient conjugué stabilisé
  14 : C     (Bi-CGSTAB) préconditionné par la diagonale de A (Jacobi).
  15 : C
  16 : C LANGAGE     : FORTRAN 77 + chouhia ESOPE (pour les E/S)
  17 : C AUTEUR      : Stéphane GOUNAND (CEA/DRN/DMT/SEMT/TTMF)
  18 : C               mél : gounand@semt2.smts.cea.fr
  19 : C REFERENCE (bibtex-like) :
  20 : C  @BOOK{templates,
  21 : C        AUTHOR={R.Barrett, M.Berry, T.F.Chan, J.Demmel, J.Donato,
  22 : C                J.Dongarra, V.Eijkhout, R.Pozo, C.Romine,
  23 : C                H. Van der Vorst},
  24 : C        TITLE={Templates for the Solution of Linear Systems :
  25 : C               Building Blocks for Iterative Methods},
  26 : C        PUBLISHER={SIAM}, YEAR={1994}, ADDRESS={Philadelphia,PA} }
  27 : C  -> URL : http://www.netlib.org/templates/Templates.html
  28 : C***********************************************************************
  29 : C APPELES (BLAS 1) : DCOPY, DAXPY      (subroutines)
  30 : C                    DNRM2, DDOT,DSCAL (functions)
  31 : C APPELES (Calcul) : DMOMV : produit Matrice Morse - Vecteur
  32 : C***********************************************************************
  33 : C ENTREES            : N, NNZ, 
  34 : C                      ROWPTR, COLIND, VAL, 
  35 : C                      B, MINV, BRTOL, IMPR
  36 : C ENTREES/SORTIES    : X, 
  37 : C                      R, RTLD, P, PHAT, 
  38 : C                      V, S, SHAT, T,
  39 : C                      ITER, RESID
  40 : C SORTIES            : LRES, IRET
  41 : C CODE RETOUR (IRET) : 0 si ok
  42 : C                     <0 si problème (cf. BRTOL)
  43 : C                     >0 si l'algorithme n'a pas convergé
  44 : C     N      : nombre de degrés de liberté
  45 : C     NNZ    : nombre de valeurs non nulles de la matrice Morse
  46 : C     ROWPTR, COLIND, VAL : pointeur de ligne, index de colonne
  47 : C                           et valeurs de la matrice Morse
  48 : C     B      : vecteur second membre
  49 : C     MINV   : vecteur contenant les inverses des termes 
  50 : C              diagonaux de A
  51 : C     BRTOL  : REAL*8
  52 : C             'Breakdown tolerance' pour les méthodes de type
  53 : C              BiCGSTAB. Si un certain produit scalaire de vecteurs
  54 : C              "direction" est inférieur à cette tolérance, la 
  55 : C              méthode ne peut pas continuer.
  56 : C     IMPR   : niveau d'impression (0..4)
  57 : C     X      : vecteur des inconnues.
  58 : C              En entrée, contient l'estimation x(0).
  59 : C              En sortie, la solution trouvée (si la méthode
  60 : C              a convergé).
  61 : C     R,RTLD,P,PHAT: vecteurs de travail initialisés et détruits
  62 : C     V,S,SHAT,T     dans prbcgs.
  63 : C     ITER   : type INTEGER.
  64 : C              En entrée, contient le nombre maximum 
  65 : C                d'itérations à effectuer. 
  66 : C              En sortie, contient le nombre d'itérations 
  67 : C                réellement effectuées.
  68 : C     RESID  : type REAL*8.
  69 : C              En entrée, la valeur maximale du résidu à
  70 : C                convergence de l'algorithme mesurée comme suit :
  71 : C                    norme[L2](b - A*x) / norme[L2]( b )
  72 : C              En sortie, la valeur effective de cette mesure.
  73 : C     LRES   : pointeur sur segment MLREEL (include SMLREEL)
  74 : C              contient l'historique de la valeur de RESID en
  75 : C              fonction du nombre d'itérations effectuées.
  76 : C
  77 : C***********************************************************************
  78 : C VERSION    : v1, 02/04/98, version initiale
  79 : C HISTORIQUE : v1, 02/04/98, création
  80 : C HISTORIQUE :
  81 : C HISTORIQUE :
  82 : C***********************************************************************
  83 : C Prière de PRENDRE LE TEMPS de compléter les commentaires
  84 : C en cas de modification de ce sous-programme afin de faciliter
  85 : C la maintenance !
  86 : C***********************************************************************
  87 : *
  88 : *     .. Includes .. a commenter si mise au point ok
  89 :       IMPLICIT INTEGER(I-N)
  90 : -INC CCOPTIO
  91 :       INTEGER IMPR
  92 : *     .. Scalar Arguments ..
  93 :       INTEGER  N,NNZ
  94 :       INTEGER  ITER,IRET
  95 :       REAL*8   BRTOL,RESID
  96 : *     ..
  97 : *     .. Array Arguments ..
  98 : *     .. Matrices stockées en Morse
  99 :       INTEGER ROWPTR(N+1)
 100 :       INTEGER COLIND(NNZ)
 101 :       REAL*8  VAL(NNZ)
 102 : *     .. Vecteurs
 103 :       REAL*8  B(N)
 104 :       REAL*8  X(N)
 105 :       REAL*8  MINV(N)
 106 :       REAL*8  LRES(ITER)
 107 :       REAL*8  R(N),RTLD(N),P(N),PHAT(N)
 108 :       REAL*8  V(N),S(N),SHAT(N),T(N)
 109 : *
 110 : *
 111 : *     .. Variables locales
 112 : *     .. Parameters
 113 :       REAL*8 ZERO,ONE
 114 :       PARAMETER (ZERO=0.0D0, ONE=1.0D0)
 115 : *     ..
 116 :       INTEGER MAXIT
 117 :       REAL*8 TOL,ALPHA,BETA,RHO,RHO1,BNRM2,OMEGA
 118 :       REAL*8 RHOTOL,OMETOL
 119 :       REAL*8 DDOT,DNRM2
 120 : *     ..
 121 : *     .. External subroutines and functions..
 122 :       EXTERNAL DAXPY,DCOPY,DDOT,DNRM2,DSCAL
 123 : *     ..
 124 : *     .. Executable Statements ..
 125 : *
 126 : *
 127 :       IRET  = 0
 128 :       MAXIT = ITER
 129 :       TOL   = RESID
 130 :       IF(IMPR.GT.5) WRITE(IOIMP,*) 'Entrée dans bcgsd.eso'
 131 : *
 132 : *     Set parameter tolerances.
 133 : *
 134 :       RHOTOL = BRTOL
 135 :       OMETOL = BRTOL
 136 : *
 137 : *     Set initial residual.
 138 : *
 139 : C                    r(0)=b
 139 :       CALL DCOPY(N,B,1,R,1)
 140 :       IF (DNRM2(N,X,1).NE.ZERO) THEN
 141 : C                    r(0)=b-Ax
 141 :          CALL DMOMV ('No transpose',N,-ONE, 
 142 :      $        NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 143 :      $        X,ONE,R)
 144 :       ENDIF
 145 : *
 146 :       ITER = 0
 147 : 
 148 :       BNRM2 = DNRM2(N,B,1)
 149 :       IF(IMPR.GT.5) THEN
 150 :          WRITE(IOIMP,*) '||B||=',BNRM2
 151 :       ENDIF
 152 : 
 153 :       IF (BNRM2.EQ.ZERO) BNRM2 = ONE
 154 :       RESID = DNRM2(N,R,1) / BNRM2
 155 : *      RESID = DNRM2(N,R,1)
 156 :       IF(IMPR.GT.5) THEN
 157 :          WRITE(IOIMP,*) 'Résidu initial=',RESID
 158 :       ENDIF
 159 : 
 160 :       IF (RESID.LE.TOL) GOTO 30
 161 : C                    r[tilde]=r(0)
 161 :       CALL DCOPY(N,R,1,RTLD,1)
 162 : *
 163 :    10 CONTINUE
 164 : *
 165 : *     Perform BiConjugate Gradient Stabilized iteration.
 166 : *
 167 :       ITER = ITER + 1
 168 :       IF(IMPR.GT.6) THEN
 169 :          WRITE(IOIMP,*) 'ITER=',ITER
 170 :       ENDIF
 171 : *
 172 : C                    rho(i-1)=r[tilde]'r(i-1) 
 173 :       RHO = DDOT(N,RTLD,1,R,1)
 174 : C                    if rho(i-1)=0 method fails
 175 :       IF (ABS(RHO).LT.RHOTOL) GOTO 25
 176 : *
 177 : *        Compute vector P.
 178 : *
 179 :       IF (ITER.GT.1) THEN
 180 : C                    beta(i-1)=(rho(i-1)/rho(i-2))*
 181 : C                              (alpha(i-1)/omega(i-1))
 182 :          BETA = ( RHO / RHO1 ) * ( ALPHA / OMEGA )
 183 : C                    p(i)=r(i-1)+beta(i-1)*
 184 : C                         (p(i-1)-omega(i-1)*v(i-1))
 184 :          CALL DAXPY(N,-OMEGA,V,1,P,1)
 184 :          CALL DSCAL(N,BETA,P,1)
 184 :          CALL DAXPY(N,ONE,R,1,P,1)
 185 :       ELSE
 186 : C                    p(1)=r(0)
 186 :          CALL DCOPY(N,R,1,P,1)
 187 :       ENDIF
 188 : *
 189 : *        Compute direction adjusting vector PHAT and scalar ALPHA.
 190 : *
 191 : C        Preconditionner solve : Mp[hat]=p(i)
 191 : C      CALL DCOPY(N,P,1,PHAT,1)
 192 :       DO 100 IN=1,N
 193 :          PHAT(IN)=P(IN)*MINV(IN)
 194 :  100  CONTINUE
 195 :       
 196 : C                    v(i)=Ap[hat]
 196 :       CALL DMOMV ('No transpose',N,ONE, 
 197 :      $     NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 198 :      $     PHAT,ZERO,V)
 199 : C                    alpha(i)=rho(i-1)/(r[tilde]'v(i))
 200 :       ALPHA = RHO / DDOT(N,RTLD,1,V,1)
 201 : *
 202 : *        Early check for tolerance.
 203 : *
 204 : C                    s=r(i-1)-alpha(i)v(i)
 204 :       CALL DAXPY(N,-ALPHA,V,1,R,1)
 204 :       CALL DCOPY(N,R,1,S,1)
 205 :       RESID = DNRM2(N,S,1) / BNRM2
 206 :       IF(IMPR.GT.6) THEN
 207 :          WRITE(IOIMP,*) 'Résidu 1 =',RESID
 208 :       ENDIF
 209 :       IF (RESID.LE.TOL) THEN
 210 : C                    x(i)=x(i-1)+alpha(i)p[hat]
 210 :          CALL DAXPY(N,ALPHA,PHAT,1,X,1)
 211 :          LRES(ITER)=RESID
 212 :          GOTO 30
 213 :       ELSE
 214 : 
 215 : *
 216 : *           Compute stabilizer vector SHAT and scalar OMEGA.
 217 : *
 218 : C        Preconditionner solve : Ms[hat]=s
 218 : C         CALL DCOPY(N,S,1,SHAT,1)
 219 :       DO 200 JN=1,N
 220 :          SHAT(JN)=S(JN)*MINV(JN)
 221 :  200  CONTINUE
 222 : 
 223 : C                    t=As[hat]
 223 :          CALL DMOMV ('No transpose',N,ONE, 
 224 :      $        NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 225 :      $        SHAT,ZERO,T)
 226 : C                    omega(i)=t's/t't
 227 :          OMEGA = DDOT(N,T,1,S,1) / 
 228 :      $           DDOT(N,T,1,T,1)
 229 : *
 230 : *           Compute new solution approximation vector X.
 231 : *
 232 : C                    x(i)=x(i-1)+alpha(i)p[hat]
 233 : C                               +omega(i)s[hat]
 233 :          CALL DAXPY(N,ALPHA,PHAT,1,X,1)
 233 :          CALL DAXPY(N,OMEGA,SHAT,1,X,1)
 234 :          IF(IMPR.GT.7) THEN
 235 :             WRITE(IOIMP,*) 'X=',(X(III),III=1,N)
 236 :          ENDIF
 237 : 
 238 : *     
 239 : *           Compute residual R, check for tolerance.
 240 : *
 241 : C                    r(i)=s-omega(i)t
 241 :          CALL DAXPY(N,-OMEGA,T,1,R,1)
 242 : *
 243 :          RESID = DNRM2(N,R,1) / BNRM2 
 244 :          IF(IMPR.GT.6) THEN
 245 :             WRITE(IOIMP,*) 'Résidu 2 =',RESID
 246 :          ENDIF
 247 :          LRES(ITER)=RESID
 248 :          IF (RESID.LE.TOL) GOTO 30
 249 : *
 250 : *     Iteration fails.
 251 : *
 252 :          IF (ITER.EQ.MAXIT) THEN
 253 :             IRET = 1
 254 :             WRITE(IOIMP,*) 
 255 :      $           'bcgsd.eso : Convergence to tolerance not achieved'
 256 :             WRITE(IOIMP,*) 'ITER=',ITER
 257 :             WRITE(IOIMP,*) 'TOL=',TOL
 258 :             WRITE(IOIMP,*) 'RESID=',RESID
 259 :             RETURN
 260 :          ENDIF
 261 : *     
 262 :       ENDIF
 263 : *
 264 :       IF (ABS(OMEGA).LT.OMETOL) GOTO 25
 265 : *
 266 : *     Do some more
 267 : *
 268 :       RHO1 = RHO
 269 :       GOTO 10
 270 : *
 271 : *     A breakdown in the method has occured.
 272 : *
 273 :    25 CONTINUE
 274 :       IF (ABS(RHO).LT.RHOTOL) THEN
 275 :          IRET=-1
 276 :       ELSEIF(ABS(OMEGA).LT.OMETOL) THEN
 277 :          IRET=-2
 278 :       ENDIF
 279 :       RETURN
 280 : *
 281 : *     Iteration successful
 282 : *
 283 :    30 CONTINUE
 284 :       IRET = 0
 285 :       RETURN
 286 : *
 287 : *     End of BCGSD.
 288 : *
 289 :       END
 290 : 
 291 :  
 292 :  
 293 :  

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