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   1 : C GMRDI     SOURCE    CHAT      05/01/13    00:18:41     5004           
   2 :       SUBROUTINE GMRDI(N,NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
   3 :      $     B,X,
   4 :      $     DINV,
   5 :      $     LRES,
   6 :      $     R,W,AV,
   7 :      $     Y,GCOS,GSIN,S,
   8 :      $     V,H,
   9 :      $     ITER,RESTRT,RESID,IMPR,IRET)
  10 :       IMPLICIT INTEGER(I-N)
  11 :       IMPLICIT REAL*8 (A-H,O-Z)
  12 : C***********************************************************************
  13 : C NOM         : GMRDI
  14 : C DESCRIPTION :
  15 : C     Résolution d'un système linéaire Ax=b
  16 : C     par une méthode GMRES(m) (restarted Generalized Minimal
  17 : C     Residual) préconditionné par la factorisation D-ILU de A.
  18 : C
  19 : C LANGAGE     : FORTRAN 77 + chouhia ESOPE (pour les E/S)
  20 : C AUTEUR      : Stéphane GOUNAND (CEA/DRN/DMT/SEMT/TTMF)
  21 : C               mél : gounand@semt2.smts.cea.fr
  22 : C REFERENCE (bibtex-like) :
  23 : C  @BOOK{templates,
  24 : C        AUTHOR={R.Barrett, M.Berry, T.F.Chan, J.Demmel, J.Donato,
  25 : C                J.Dongarra, V.Eijkhout, R.Pozo, C.Romine,
  26 : C                H. Van der Vorst},
  27 : C        TITLE={Templates for the Solution of Linear Systems :
  28 : C               Building Blocks for Iterative Methods},
  29 : C        PUBLISHER={SIAM}, YEAR={1994}, ADDRESS={Philadelphia,PA} }
  30 : C  -> URL : http://www.netlib.org/templates/Templates.html
  31 : C***********************************************************************
  32 : C APPELES (BLAS 1) : DCOPY, DAXPY      (subroutines)
  33 : C                    DNRM2, DDOT, DSCAL (functions)
  34 : C APPELES (BLAS 2) : DTRSV             (subroutines)
  35 : C APPELES (Calcul) : DMOMV : produit Matrice Morse - Vecteur
  36 : C                    PSDILU : Preconditionner solve
  37 : C                             (Montée-Descente adaptée à D-ILU)
  38 : C***********************************************************************
  39 : C ENTREES            : N, NNZ, 
  40 : C                      ROWPTR, COLIND, VAL, 
  41 : C                      B, DINV, RESTRT, IMPR
  42 : C ENTREES/SORTIES    : X, 
  43 : C                      R,W,AV,
  44 : C                      Y,GCOS,GSIN,S,
  45 : C                      V,H,
  46 : C                      ITER, RESID
  47 : C SORTIES            : LRES, IRET
  48 : C CODE RETOUR (IRET) : 0 si ok
  49 : C                     <0 si problème (cf. BRTOL)
  50 : C                     >0 si l'algorithme n'a pas convergé
  51 : C     N      : nombre de degrés de liberté
  52 : C     NNZ    : nombre de valeurs non nulles de la matrice Morse
  53 : C     ROWPTR, COLIND, VAL : pointeur de ligne, index de colonne
  54 : C                           et valeurs de la matrice Morse
  55 : C     B      : vecteur second membre
  56 : C     DINV   : vecteur contenant les inverses des pivots 
  57 : C              de la factorisation D-ILU de A.
  58 : C     RESTRT : INTEGER
  59 : C              paramètre de redémarrage (restart) (i.e. m) pour
  60 : C              la méthode GMRES(m). (cf. prgmr.eso)
  61 : C     IMPR   : niveau d'impression (0..4)
  62 : C     X      : vecteur des inconnues.
  63 : C              En entrée, contient l'estimation x(0).
  64 : C              En sortie, la solution trouvée (si la méthode
  65 : C              a convergé).
  66 : C     R,W,AV        : vecteurs de travail initialisés et détruits
  67 : C     Y,GCOS,GSIN,S   dans prgmr.
  68 : C     V,H           : tableaux de travail...
  69 : C     ITER   : type INTEGER.
  70 : C              En entrée, contient le nombre maximum 
  71 : C                d'itérations à effectuer. 
  72 : C              En sortie, contient le nombre d'itérations 
  73 : C                réellement effectuées.
  74 : C     RESID  : type REAL*8.
  75 : C              En entrée, la valeur maximale du résidu à
  76 : C                convergence de l'algorithme mesurée comme suit :
  77 : C                    norme[L2](b - A*x) / norme[L2]( b )
  78 : C              En sortie, la valeur effective de cette mesure.
  79 : C     LRES   : pointeur sur segment MLREEL (include SMLREEL)
  80 : C              contient l'historique de la valeur de RESID en
  81 : C              fonction du nombre d'itérations effectuées.
  82 : C
  83 : C***********************************************************************
  84 : C VERSION    : v1, 16/06/98, version initiale
  85 : C HISTORIQUE : v1, 16/06/98, création
  86 : C HISTORIQUE :
  87 : C HISTORIQUE :
  88 : C***********************************************************************
  89 : C Prière de PRENDRE LE TEMPS de compléter les commentaires
  90 : C en cas de modification de ce sous-programme afin de faciliter
  91 : C la maintenance !
  92 : C***********************************************************************
  93 : *
  94 : *     .. Includes .. a commenter si mise au point ok
  95 : -INC CCOPTIO
  96 :       INTEGER IMPR
  97 : *     .. Scalar Arguments ..
  98 :       INTEGER  N,NNZ
  99 :       INTEGER  ITER,RESTRT,IRET
 100 :       REAL*8   RESID
 101 : *     ..
 102 : *     .. Array Arguments ..
 103 : *     .. Matrices stockées en Morse
 104 :       INTEGER ROWPTR(N+1)
 105 :       INTEGER COLIND(NNZ)
 106 :       REAL*8  VAL(NNZ)
 107 : *     .. Vecteurs
 108 :       REAL*8  B(N)
 109 :       REAL*8  X(N)
 110 :       REAL*8  DINV(N)
 111 :       REAL*8  LRES(ITER)
 112 : *     .. Tableaux de travail
 113 :       REAL*8  R(N),W(N),AV(N)
 114 :       REAL*8  Y(RESTRT),GCOS(RESTRT),GSIN(RESTRT)
 115 :       REAL*8  S(RESTRT+1)
 116 :       REAL*8  V(N,RESTRT+1)
 117 :       REAL*8  H(RESTRT+1,RESTRT)
 118 : *
 119 : *
 120 : *     .. Variables locales
 121 : *     .. Parameters
 122 :       REAL*8 ZERO,ONE
 123 :       PARAMETER (ZERO=0.0D0, ONE=1.0D0)
 124 : *     ..
 125 :       INTEGER I,MAXIT,J,K
 126 :       REAL*8  BNRM2,TOL,DDOT,DNRM2
 127 :       REAL*8  H1,H2,RAY
 128 : *     ..
 129 : *     .. External subroutines and functions..
 130 :       EXTERNAL DAXPY,DCOPY,DDOT,DNRM2,DSCAL,DTRSV
 131 :       EXTERNAL DMOMV,PSDILU
 132 : *     ..
 133 : *     .. Executable Statements ..
 134 : *
 135 : *
 136 :       IRET  = 0
 137 :       MAXIT = ITER
 138 :       TOL   = RESID
 139 :       IF(IMPR.GT.5) WRITE(IOIMP,*) 'Entrée dans gmrdi.eso'
 140 : *
 141 : *     Set initial residual.
 142 : *
 143 : C                    r=b
 143 :       CALL DCOPY(N,B,1,R,1)
 144 :       IF (DNRM2(N,X,1).NE.ZERO) THEN
 145 : C                    r=b-Ax
 145 :          CALL DMOMV ('No transpose',N,-ONE, 
 146 :      $        NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 147 :      $        X,ONE,R)
 148 :       ENDIF
 149 : *
 150 :       ITER = 0
 151 : *
 152 :       BNRM2 = DNRM2(N,B,1)
 153 :       IF(IMPR.GT.6) THEN
 154 :          WRITE(IOIMP,*) '||B||=',BNRM2
 155 :       ENDIF
 156 : 
 157 :       IF (BNRM2.EQ.ZERO) BNRM2 = ONE
 158 :       RESID = DNRM2(N,R,1) / BNRM2
 159 : *      RESID = DNRM2(N,R,1)
 160 :       IF(IMPR.GT.6) THEN
 161 :          WRITE(IOIMP,*) 'Résidu initial=',RESID
 162 :       ENDIF
 163 : 
 164 :       IF (RESID.LE.TOL) GOTO 30
 165 : *
 166 :    10 CONTINUE
 167 : *
 168 : *        Construct the first column of V, and initialize S to the
 169 : *        elementary vector E1 scaled by RNORM.
 170 : *
 171 : C        Preconditionner solve (D-ILU)  : Mv(1)=r
 171 : C      CALL DCOPY(N,R,1,V(1,1),1)
 171 :       CALL PSDILU(N,NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 172 :      $     DINV,
 173 :      $     V(1,1),R)     
 174 : 
 175 : C                    s=||v(1)|| e(1)
 176 : C                    v(1)=v(1) / ||v(1)||
 177 :       S(1) = DNRM2(N,V(1,1),1)
 177 :       CALL DSCAL(N,ONE/S(1),V(1,1),1)
 178 : *
 179 :       DO 50 I = 1, RESTRT
 180 :          ITER = ITER + 1
 181 : C                    av=A v(i)
 181 :          CALL DMOMV ('No transpose',N,ONE, 
 182 :      $        NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 183 :      $        V(1,I),ZERO,AV)
 184 : C        Preconditionner solve (D-ILU) : Mw=av
 184 : C         CALL DCOPY(N,AV,1,W,1)
 184 :          CALL PSDILU(N,NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 185 :      $        DINV,
 186 :      $        W,AV)     
 187 : *
 188 : *           Construct I-th column of H so that it is orthonormal to 
 189 : *           the previous I-1 columns.
 190 : *
 190 : C         CALL ORTHOH(I,N,RESTRT,WORK2(1,I+H-1),WORK(1,V),WORK(1,W))
 191 :          DO 60 K = 1, I
 192 :             H(K,I) = DDOT(N,W,1,V(1,K),1)
 192 :             CALL DAXPY(N,-H(K,I),V(1,K),1,W,1)
 193 :  60      CONTINUE
 194 :          H(I+1,I)=DNRM2(N,W,1)
 194 :          CALL DCOPY(N,W,1,V(1,I+1),1)
 194 :          CALL DSCAL(N,ONE/H(I+1,I),V(1,I+1),1)
 195 : *
 196 : C         IF (I.GT.1)
 197 : *
 198 : *              Apply Givens rotations to the I-th column of H. This
 199 : *              effectively reduces the Hessenberg matrix to upper
 200 : *              triangular form during the RESTRT iterations.
 201 : *
 201 : C     $        CALL APPGIV(I,RESTRT,WORK2(1,I+H-1),WORK2(1,GIV))
 202 :          DO 70 K = 1, I-1
 203 :             H1= (GCOS(K)*H(K,I)) + (GSIN(K)*H(K+1,I))
 204 :             H2=-(GSIN(K)*H(K,I)) + (GCOS(K)*H(K+1,I))
 205 :             H(K,I)  =H1
 206 :             H(K+1,I)=H2
 207 :  70      CONTINUE
 208 :          
 209 : *
 210 : *           Approximate residual norm. Check tolerance. If okay, compute
 211 : *           final approximation vector X and quit.
 212 : *
 213 :          RAY=SQRT((H(I,I)*H(I,I)) + (H(I+1,I)*H(I+1,I)))
 214 :          GCOS(I) = H(I,I) / RAY
 215 :          GSIN(I) = H(I+1,I) / RAY
 216 :          H(I,I)=RAY
 217 :          H(I+1,I)=ZERO
 218 :          S(I+1)=-GSIN(I)*S(I)
 219 :          S(I)  = GCOS(I)*S(I)
 220 :          RESID=ABS(S(I+1)) / BNRM2
 221 :          LRES(ITER)=RESID
 222 :          IF (RESID.LE.TOL.OR.ITER.EQ.MAXIT) THEN
 223 : *                  Solve the system Hy=S
 224 : *            DO 501 J=I,1,-1
 225 : *               Y(J)=S(J) / H(J,J)
 226 : *               DO 502 K=J-1,1,-1
 227 : *                  S(K)=S(K)-H(K,J)*Y(J)
 228 : * 502           CONTINUE
 229 : * 501        CONTINUE
 229 :             CALL DCOPY(I,S,1,Y,1)
 229 :             CALL DTRSV('UPPER','NOTRANS','NONUNIT',I,H,RESTRT+1,Y,1)
 230 : *                  Updating solution
 230 : C            CALL UPDATE(I,N,RESTRT,X,WORK2(1,H),WORK(1,Y),
 231 : C     $           WORK(1,S),WORK(1,V))
 232 :             DO 503 J=I,1,-1
 232 :                CALL DAXPY(N,Y(J),V(1,J),1,X,1)
 233 :  503        CONTINUE
 234 :             IF (RESID.LE.TOL) THEN
 235 :                GOTO 30
 236 :             ENDIF
 237 :             IF (ITER.EQ.MAXIT) THEN
 238 :                GOTO 40
 239 :             ENDIF
 240 :          ENDIF
 241 :  50   CONTINUE
 242 : *
 243 : *        Compute current solution vector X.
 244 : *
 245 : *                  Solve the system Hy=S
 246 : *      DO 301 J=RESTRT,1,-1
 247 : *         Y(J)=S(J) / H(J,J)
 248 : *         DO 302 K=J-1,1,-1
 249 : *            S(K)=S(K)-H(K,J)*Y(J)
 250 : * 302     CONTINUE
 251 : * 301  CONTINUE
 251 :       CALL DCOPY(RESTRT,S,1,Y,1)
 251 :       CALL DTRSV('UPPER','NOTRANS','NONUNIT',
 252 :      $     RESTRT,H,RESTRT+1,Y,1)
 253 : *                  Updating solution
 253 : C      CALL UPDATE(RESTRT,N,RESTRT,X,WORK2(1,H),WORK(1,Y),
 254 : C     $     WORK(1,S),WORK(1,V))
 255 :       DO 303 J=RESTRT,1,-1
 255 :          CALL DAXPY(N,Y(J),V(1,J),1,X,1)
 256 :  303  CONTINUE
 257 : *     
 258 : *        Compute residual vector R, find norm,
 259 : *        then check for tolerance.
 260 : *
 260 :       CALL DCOPY(N,B,1,R,1) 
 260 :       CALL DMOMV ('No transpose',N,-ONE, 
 261 :      $     NNZ,ROWPTR,COLIND,VAL,
 262 :      $     X,ONE,R)
 263 :       S(RESTRT+1) = DNRM2(N,R,1)
 264 :       RESID = S(RESTRT+1) / BNRM2
 265 :       LRES(ITER)=RESID
 266 :       IF (RESID.LE.TOL) GOTO 30
 267 : *     
 268 : *     Iteration fails.
 269 : *
 270 :       IF (ITER.EQ.MAXIT) THEN
 271 :          GOTO 40
 272 :       ENDIF
 273 : *
 274 : *     Do some more
 275 : *
 276 :       GOTO 10
 277 : *
 278 : *     Iteration successful
 279 : *
 280 :    30 CONTINUE
 281 :       IRET = 0
 282 :       RETURN
 283 : *
 284 : *     Iteration fails
 285 : *
 286 :    40 CONTINUE
 287 :       IRET = 1
 288 :       RETURN
 289 : *
 290 : *     End of GMRDI.
 291 : *
 292 :       END
 293 : 
 294 :  
 295 :  
 296 :  
 297 :  
 298 :  

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