source: branches/numpy/pymetis/metis-4.0/Lib/mfm2.c @ 6971

Last change on this file since 6971 was 2051, checked in by jack, 19 years ago

Python interface to metis. Currently provides only the
METIS_PartMeshNodal function, since that is what is currently needed for partitioning.
Module name is metis.

File size: 10.6 KB
Line 
1/*
2 * Copyright 1997, Regents of the University of Minnesota
3 *
4 * mfm2.c
5 *
6 * This file contains code that implements the edge-based FM refinement
7 *
8 * Started 7/23/97
9 * George
10 *
11 * $Id: mfm2.c,v 1.2 1998/11/30 14:50:44 karypis Exp $
12 */
13
14#include <metis.h>
15
16
17/*************************************************************************
18* This function performs an edge-based FM refinement
19**************************************************************************/
20void MocFM_2WayEdgeRefine2(CtrlType *ctrl, GraphType *graph, float *tpwgts, float *orgubvec, 
21       int npasses)
22{
23  int i, ii, j, k, l, kwgt, nvtxs, ncon, nbnd, nswaps, from, to, pass, me, limit, tmp, cnum;
24  idxtype *xadj, *adjncy, *adjwgt, *where, *id, *ed, *bndptr, *bndind;
25  idxtype *moved, *swaps, *perm, *qnum;
26  float *nvwgt, *npwgts, origdiff[MAXNCON], origbal[MAXNCON], minbal[MAXNCON];
27  PQueueType parts[MAXNCON][2];
28  int higain, oldgain, mincut, initcut, newcut, mincutorder;
29  float *maxwgt, *minwgt, ubvec[MAXNCON], tvec[MAXNCON];
30
31  nvtxs = graph->nvtxs;
32  ncon = graph->ncon;
33  xadj = graph->xadj;
34  nvwgt = graph->nvwgt;
35  adjncy = graph->adjncy;
36  adjwgt = graph->adjwgt;
37  where = graph->where;
38  id = graph->id;
39  ed = graph->ed;
40  npwgts = graph->npwgts;
41  bndptr = graph->bndptr;
42  bndind = graph->bndind;
43
44  moved = idxwspacemalloc(ctrl, nvtxs);
45  swaps = idxwspacemalloc(ctrl, nvtxs);
46  perm = idxwspacemalloc(ctrl, nvtxs);
47  qnum = idxwspacemalloc(ctrl, nvtxs);
48
49  limit = amin(amax(0.01*nvtxs, 15), 100);
50
51  Compute2WayHLoadImbalanceVec(ncon, npwgts, tpwgts, origbal);
52  for (i=0; i<ncon; i++) {
53    origdiff[i] = fabs(tpwgts[0]-npwgts[i]);
54    ubvec[i] = amax(origbal[i], orgubvec[i]);
55  }
56
57  /* Setup the weight intervals of the two subdomains */
58  minwgt = fwspacemalloc(ctrl, 2*ncon);
59  maxwgt = fwspacemalloc(ctrl, 2*ncon);
60
61  for (i=0; i<2; i++) {
62    for (j=0; j<ncon; j++) {
63      maxwgt[i*ncon+j] = tpwgts[i]*ubvec[j];
64      minwgt[i*ncon+j] = tpwgts[i]*(1.0/ubvec[j]);
65    }
66  }
67
68  /* Initialize the queues */
69  for (i=0; i<ncon; i++) {
70    PQueueInit(ctrl, &parts[i][0], nvtxs, PLUS_GAINSPAN+1);
71    PQueueInit(ctrl, &parts[i][1], nvtxs, PLUS_GAINSPAN+1);
72  }
73  for (i=0; i<nvtxs; i++)
74    qnum[i] = samax(ncon, nvwgt+i*ncon);
75
76
77  if (ctrl->dbglvl&DBG_REFINE) {
78    printf("Parts: [");
79    for (l=0; l<ncon; l++)
80      printf("(%.3f, %.3f) ", npwgts[l], npwgts[ncon+l]);
81    printf("] T[%.3f %.3f], Nv-Nb[%5d, %5d]. ICut: %6d, LB: ", tpwgts[0], tpwgts[1], 
82            graph->nvtxs, graph->nbnd, graph->mincut);
83    for (i=0; i<ncon; i++)
84      printf("%.3f ", origbal[i]);
85    printf("\n");
86  }
87
88  idxset(nvtxs, -1, moved);
89  for (pass=0; pass<npasses; pass++) { /* Do a number of passes */
90    for (i=0; i<ncon; i++) { 
91      PQueueReset(&parts[i][0]);
92      PQueueReset(&parts[i][1]);
93    }
94
95    mincutorder = -1;
96    newcut = mincut = initcut = graph->mincut;
97    Compute2WayHLoadImbalanceVec(ncon, npwgts, tpwgts, minbal);
98
99    ASSERT(ComputeCut(graph, where) == graph->mincut);
100    ASSERT(CheckBnd(graph));
101
102    /* Insert boundary nodes in the priority queues */
103    nbnd = graph->nbnd;
104    RandomPermute(nbnd, perm, 1);
105    for (ii=0; ii<nbnd; ii++) {
106      i = bndind[perm[ii]];
107      ASSERT(ed[i] > 0 || id[i] == 0);
108      ASSERT(bndptr[i] != -1);
109      PQueueInsert(&parts[qnum[i]][where[i]], i, ed[i]-id[i]);
110    }
111
112    for (nswaps=0; nswaps<nvtxs; nswaps++) {
113      SelectQueue2(ncon, npwgts, tpwgts, &from, &cnum, parts, maxwgt);
114      to = (from+1)%2;
115
116      if (from == -1 || (higain = PQueueGetMax(&parts[cnum][from])) == -1)
117        break;
118      ASSERT(bndptr[higain] != -1);
119
120      newcut -= (ed[higain]-id[higain]);
121      saxpy(ncon, 1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+to*ncon, 1);
122      saxpy(ncon, -1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+from*ncon, 1);
123
124      Compute2WayHLoadImbalanceVec(ncon, npwgts, tpwgts, tvec);
125      if ((newcut < mincut && AreAllBelow(ncon, tvec, ubvec)) ||
126          (newcut == mincut && IsBetter2wayBalance(ncon, tvec, minbal, ubvec))) {
127        mincut = newcut;
128        for (i=0; i<ncon; i++) 
129          minbal[i] = tvec[i];
130        mincutorder = nswaps;
131      }
132      else if (nswaps-mincutorder > limit) { /* We hit the limit, undo last move */
133        newcut += (ed[higain]-id[higain]);
134        saxpy(ncon, 1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+from*ncon, 1);
135        saxpy(ncon, -1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+to*ncon, 1);
136        break;
137      }
138
139      where[higain] = to;
140      moved[higain] = nswaps;
141      swaps[nswaps] = higain;
142
143      if (ctrl->dbglvl&DBG_MOVEINFO) {
144        printf("Moved %6d from %d(%d). Gain: %5d, Cut: %5d, NPwgts: ", higain, from, cnum, ed[higain]-id[higain], newcut);
145        for (l=0; l<ncon; l++) 
146          printf("(%.3f, %.3f) ", npwgts[l], npwgts[ncon+l]);
147
148        printf(", LB: ");
149        for (i=0; i<ncon; i++) 
150          printf("%.3f ", tvec[i]);
151        if (mincutorder == nswaps)
152          printf(" *\n");
153        else
154          printf("\n");
155      }
156
157
158      /**************************************************************
159      * Update the id[i]/ed[i] values of the affected nodes
160      ***************************************************************/
161      SWAP(id[higain], ed[higain], tmp);
162      if (ed[higain] == 0 && xadj[higain] < xadj[higain+1]) 
163        BNDDelete(nbnd, bndind,  bndptr, higain);
164
165      for (j=xadj[higain]; j<xadj[higain+1]; j++) {
166        k = adjncy[j];
167        oldgain = ed[k]-id[k];
168
169        kwgt = (to == where[k] ? adjwgt[j] : -adjwgt[j]);
170        INC_DEC(id[k], ed[k], kwgt);
171
172        /* Update its boundary information and queue position */
173        if (bndptr[k] != -1) { /* If k was a boundary vertex */
174          if (ed[k] == 0) { /* Not a boundary vertex any more */
175            BNDDelete(nbnd, bndind, bndptr, k);
176            if (moved[k] == -1)  /* Remove it if in the queues */
177              PQueueDelete(&parts[qnum[k]][where[k]], k, oldgain);
178          }
179          else { /* If it has not been moved, update its position in the queue */
180            if (moved[k] == -1)
181              PQueueUpdate(&parts[qnum[k]][where[k]], k, oldgain, ed[k]-id[k]);
182          }
183        }
184        else {
185          if (ed[k] > 0) {  /* It will now become a boundary vertex */
186            BNDInsert(nbnd, bndind, bndptr, k);
187            if (moved[k] == -1) 
188              PQueueInsert(&parts[qnum[k]][where[k]], k, ed[k]-id[k]);
189          }
190        }
191      }
192
193    }
194
195
196    /****************************************************************
197    * Roll back computations
198    *****************************************************************/
199    for (i=0; i<nswaps; i++)
200      moved[swaps[i]] = -1;  /* reset moved array */
201    for (nswaps--; nswaps>mincutorder; nswaps--) {
202      higain = swaps[nswaps];
203
204      to = where[higain] = (where[higain]+1)%2;
205      SWAP(id[higain], ed[higain], tmp);
206      if (ed[higain] == 0 && bndptr[higain] != -1 && xadj[higain] < xadj[higain+1])
207        BNDDelete(nbnd, bndind,  bndptr, higain);
208      else if (ed[higain] > 0 && bndptr[higain] == -1)
209        BNDInsert(nbnd, bndind,  bndptr, higain);
210
211      saxpy(ncon, 1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+to*ncon, 1);
212      saxpy(ncon, -1.0, nvwgt+higain*ncon, 1, npwgts+((to+1)%2)*ncon, 1);
213      for (j=xadj[higain]; j<xadj[higain+1]; j++) {
214        k = adjncy[j];
215
216        kwgt = (to == where[k] ? adjwgt[j] : -adjwgt[j]);
217        INC_DEC(id[k], ed[k], kwgt);
218
219        if (bndptr[k] != -1 && ed[k] == 0)
220          BNDDelete(nbnd, bndind, bndptr, k);
221        if (bndptr[k] == -1 && ed[k] > 0)
222          BNDInsert(nbnd, bndind, bndptr, k);
223      }
224    }
225
226    if (ctrl->dbglvl&DBG_REFINE) {
227      printf("\tMincut: %6d at %5d, NBND: %6d, NPwgts: [", mincut, mincutorder, nbnd);
228      for (l=0; l<ncon; l++)
229        printf("(%.3f, %.3f) ", npwgts[l], npwgts[ncon+l]);
230      printf("], LB: ");
231      Compute2WayHLoadImbalanceVec(ncon, npwgts, tpwgts, tvec);
232      for (i=0; i<ncon; i++) 
233        printf("%.3f ", tvec[i]);
234      printf("\n");
235    }
236
237    graph->mincut = mincut;
238    graph->nbnd = nbnd;
239
240    if (mincutorder == -1 || mincut == initcut)
241      break;
242  }
243
244  for (i=0; i<ncon; i++) {
245    PQueueFree(ctrl, &parts[i][0]);
246    PQueueFree(ctrl, &parts[i][1]);
247  }
248
249  idxwspacefree(ctrl, nvtxs);
250  idxwspacefree(ctrl, nvtxs);
251  idxwspacefree(ctrl, nvtxs);
252  idxwspacefree(ctrl, nvtxs);
253  fwspacefree(ctrl, 2*ncon);
254  fwspacefree(ctrl, 2*ncon);
255
256}
257
258
259/*************************************************************************
260* This function selects the partition number and the queue from which
261* we will move vertices out
262**************************************************************************/ 
263void SelectQueue2(int ncon, float *npwgts, float *tpwgts, int *from, int *cnum, 
264       PQueueType queues[MAXNCON][2], float *maxwgt)
265{
266  int i, j, maxgain=0;
267  float diff, max, maxdiff=0.0;
268
269  *from = -1;
270  *cnum = -1;
271
272  /* First determine the side and the queue, irrespective of the presence of nodes */
273  for (j=0; j<2; j++) {
274    for (i=0; i<ncon; i++) {
275      diff = npwgts[j*ncon+i]-maxwgt[j*ncon+i];
276      if (diff >= maxdiff) {
277        maxdiff = diff;
278        *from = j;
279        *cnum = i;
280      }
281    }
282  }
283
284  if (*from != -1 && PQueueGetSize(&queues[*cnum][*from]) == 0) {
285    /* The desired queue is empty, select a node from that side anyway */
286    for (i=0; i<ncon; i++) {
287      if (PQueueGetSize(&queues[i][*from]) > 0) {
288        max = (npwgts[(*from)*ncon+i] - maxwgt[(*from)*ncon+i]);
289        *cnum = i;
290        break;
291      }
292    }
293
294    for (i++; i<ncon; i++) {
295      diff = npwgts[(*from)*ncon+i] - maxwgt[(*from)*ncon+i];
296      if (diff > max && PQueueGetSize(&queues[i][*from]) > 0) {
297        max = diff;
298        *cnum = i;
299      }
300    }
301  }
302
303  /* Check to see if you can focus on the cut */
304  if (maxdiff <= 0.0 || *from == -1) {
305    maxgain = -100000;
306
307    for (j=0; j<2; j++) {
308      for (i=0; i<ncon; i++) {
309        if (PQueueGetSize(&queues[i][j]) > 0 && PQueueGetKey(&queues[i][j]) > maxgain) {
310          maxgain = PQueueGetKey(&queues[i][j]); 
311          *from = j;
312          *cnum = i;
313        }
314      }
315    }
316
317    /* printf("(%2d %2d) %3d\n", *from, *cnum, maxgain); */
318  }
319}
320
321
322/*************************************************************************
323* This function checks if the newbal is better than oldbal given the
324* ubvector ubvec
325**************************************************************************/
326int IsBetter2wayBalance(int ncon, float *newbal, float *oldbal, float *ubvec)
327{
328  int i, j;
329  float max1=0.0, max2=0.0, sum1=0.0, sum2=0.0, tmp;
330
331  for (i=0; i<ncon; i++) {
332    tmp = (newbal[i]-1)/(ubvec[i]-1);
333    max1 = (max1 < tmp ? tmp : max1);
334    sum1 += tmp;
335
336    tmp = (oldbal[i]-1)/(ubvec[i]-1);
337    max2 = (max2 < tmp ? tmp : max2);
338    sum2 += tmp;
339  }
340
341  if (max1 < max2)
342    return 1;
343  else if (max1 > max2)
344    return 0;
345  else
346    return sum1 <= sum2;
347}
348
349
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.