source: storm_surge/pyvolution/test_quantity.py @ 1

Last change on this file since 1 was 1, checked in by duncan, 20 years ago

initial import
File size: 19.1 KB
Line 
1#!/usr/bin/env python
2
3import unittest
4from math import sqrt, pi
5
6
7from quantity import *
8from config import epsilon
9from Numeric import allclose, array
10
11       
12class TestCase(unittest.TestCase):
13    def setUp(self):
14        from domain import Domain
15       
16        a = [0.0, 0.0]
17        b = [0.0, 2.0]
18        c = [2.0,0.0]
19        d = [0.0, 4.0]
20        e = [2.0, 2.0]
21        f = [4.0,0.0]
22
23        points = [a, b, c, d, e, f]
24
25        #bac, bce, ecf, dbe
26        elements = [ [1,0,2], [1,2,4], [4,2,5], [3,1,4] ]
27
28        self.mesh1 = Domain(points[:3], [elements[0]])       
29        self.mesh1.check_integrity()
30       
31        self.mesh4 = Domain(points, elements)       
32        self.mesh4.check_integrity()
33       
34    def tearDown(self):
35        pass
36        #print "  Tearing down"
37
38
39    def test_creation(self):
40       
41        quantity = Quantity(self.mesh1, [[1,2,3]])
42        assert allclose(quantity.vertex_values, [[1.,2.,3.]])
43
44        try:
45            quantity = Quantity()
46        except:
47            pass
48        else:
49            raise 'Should have raised empty quantity exception'
50
51
52        try:
53            quantity = Quantity([1,2,3])
54        except AssertionError:
55            pass
56        except:
57            raise 'Should have raised "mising mesh object" error'       
58       
59
60    def test_creation_zeros(self):
61       
62        quantity = Quantity(self.mesh1)
63        assert allclose(quantity.vertex_values, [[0.,0.,0.]])
64
65
66        quantity = Quantity(self.mesh4)
67        assert allclose(quantity.vertex_values, [[0.,0.,0.], [0.,0.,0.],
68                                                 [0.,0.,0.], [0.,0.,0.]])       
69
70       
71    def test_interpolation(self):
72        quantity = Quantity(self.mesh1, [[1,2,3]])
73        assert allclose(quantity.centroid_values, [2.0]) #Centroid
74
75        assert allclose(quantity.edge_values, [[2.5, 2.0, 1.5]]) 
76
77
78    def test_interpolation2(self):
79        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4,
80                            [[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])
81        assert allclose(quantity.centroid_values, [2., 5., 3., 0.]) #Centroid
82
83
84        quantity.extrapolate_second_order()
85
86        assert allclose(quantity.vertex_values, [[2., 2., 2.],
87                                               [3.+2./3, 6.+2./3, 4.+2./3],
88                                               [7.5, 0.5, 1.],
89                                               [-5, -2.5, 7.5]])
90       
91        #print quantity.edge_values       
92        assert allclose(quantity.edge_values, [[2.5, 2.0, 1.5],
93                                               [5., 5., 5.],
94                                               [4.5, 4.5, 0.],
95                                               [3.0, -1.5, -1.5]])
96
97    def test_boundary_allocation(self):
98        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4,
99                            [[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])
100
101        assert quantity.boundary_values.shape[0] == len(self.mesh4.boundary)
102
103
104    def test_set_values(self):
105        quantity = Quantity(self.mesh4)
106
107
108        quantity.set_values([[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]],
109                            location = 'vertices')
110        assert allclose(quantity.vertex_values,
111                        [[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])
112        assert allclose(quantity.centroid_values, [2., 5., 3., 0.]) #Centroid
113        assert allclose(quantity.edge_values, [[2.5, 2.0, 1.5],
114                                               [5., 5., 5.],
115                                               [4.5, 4.5, 0.],
116                                               [3.0, -1.5, -1.5]])
117
118
119        #Test default
120        quantity.set_values([[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])
121        assert allclose(quantity.vertex_values,
122                        [[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])       
123        assert allclose(quantity.centroid_values, [2., 5., 3., 0.]) #Centroid
124        assert allclose(quantity.edge_values, [[2.5, 2.0, 1.5],
125                                               [5., 5., 5.],
126                                               [4.5, 4.5, 0.],
127                                               [3.0, -1.5, -1.5]])
128
129        #Test centroids
130        quantity.set_values([1,2,3,4], location = 'centroids')
131        assert allclose(quantity.centroid_values, [1., 2., 3., 4.]) #Centroid
132
133        #Test edges
134        quantity.set_values([[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]],
135                            location = 'edges')
136        assert allclose(quantity.edge_values,
137                        [[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]])       
138
139        #Test exceptions
140        try:
141            quantity.set_values([[1,2,3], [5,5,5], [0,0,9], [-6, 3, 3]],
142                                location = 'bas kamel tuba')
143        except:
144            pass
145
146
147        try:
148            quantity.set_values([[1,2,3], [0,0,9]])
149        except AssertionError:
150            pass
151        except:
152            raise 'should have raised Assertionerror'
153
154
155
156    def test_set_values_const(self):
157        quantity = Quantity(self.mesh4)
158
159        quantity.set_values(1.0, location = 'vertices')
160        assert allclose(quantity.vertex_values,
161                        [[1,1,1], [1,1,1], [1,1,1], [1, 1, 1]])
162        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 1, 1, 1]) #Centroid
163        assert allclose(quantity.edge_values, [[1, 1, 1],
164                                               [1, 1, 1],
165                                               [1, 1, 1],
166                                               [1, 1, 1]])
167
168
169        quantity.set_values(2.0, location = 'centroids')
170        assert allclose(quantity.centroid_values, [2, 2, 2, 2])
171
172        quantity.set_values(3.0, location = 'edges')
173        assert allclose(quantity.edge_values, [[3, 3, 3],
174                                               [3, 3, 3],
175                                               [3, 3, 3],
176                                               [3, 3, 3]])       
177
178
179    def test_set_values_func(self):
180        quantity = Quantity(self.mesh4)
181
182        def f(x, y):
183            return x+y
184
185        quantity.set_values(f, location = 'vertices')
186        assert allclose(quantity.vertex_values,
187                        [[2,0,2], [2,2,4], [4,2,4], [4,2,4]])       
188        assert allclose(quantity.centroid_values,
189                        [4.0/3, 8.0/3, 10.0/3, 10.0/3])
190        assert allclose(quantity.edge_values,
191                        [[1,2,1], [3,3,2], [3,4,3], [3,4,3]])               
192
193       
194        quantity.set_values(f, location = 'centroids')
195        assert allclose(quantity.centroid_values,
196                        [4.0/3, 8.0/3, 10.0/3, 10.0/3])       
197
198
199
200
201    def test_set_vertex_values(self):
202        quantity = Quantity(self.mesh4)
203
204
205        quantity.set_vertex_values([0,1,2,3,4,5])
206
207
208        assert allclose(quantity.vertex_values,
209                        [[1,0,2], [1,2,4], [4,2,5], [3,1,4]])
210       
211        assert allclose(quantity.centroid_values, [1., 7./3, 11./3, 8./3]) #Centroid
212       
213        assert allclose(quantity.edge_values, [[1., 1.5, 0.5],
214                                               [3., 2.5, 1.5],
215                                               [3.5, 4.5, 3.],
216                                               [2.5, 3.5, 2]])
217
218
219
220
221    def test_set_vertex_values_using_general_interface(self):
222        quantity = Quantity(self.mesh4)
223
224
225        quantity.set_values([0,1,2,3,4,5])
226
227
228        assert allclose(quantity.vertex_values,
229                        [[1,0,2], [1,2,4], [4,2,5], [3,1,4]])
230       
231        assert allclose(quantity.centroid_values, [1., 7./3, 11./3, 8./3]) #Centroid
232       
233        assert allclose(quantity.edge_values, [[1., 1.5, 0.5],
234                                               [3., 2.5, 1.5],
235                                               [3.5, 4.5, 3.],
236                                               [2.5, 3.5, 2]])
237
238
239
240
241    def test_gradient(self):
242        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)
243
244        #Set up for a gradient of (3,0) at mid triangle
245        quantity.set_values([2.0, 4.0, 8.0, 2.0],
246                            location = 'centroids')
247
248
249
250        #Gradients
251        a, b = quantity.compute_gradients()
252
253        #gradient bewteen t0 and t1 is undefined as det==0
254        assert a[0] == 0.0
255        assert b[0] == 0.0
256        #The others are OK
257        for i in range(1,4):
258            assert a[i] == 3.0
259            assert b[i] == 0.0
260
261
262        quantity.extrapolate_second_order()
263
264        #print quantity.vertex_values
265        assert allclose(quantity.vertex_values, [[2., 2.,  2.],
266                                                 [0., 6.,  6.],
267                                                 [6., 6., 12.],
268                                                 [0., 0.,  6.]])
269
270               
271    def test_second_order_extrapolation2(self):
272        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)       
273
274        #Set up for a gradient of (3,1), f(x) = 3x+y
275        quantity.set_values([2.0+2.0/3, 4.0+4.0/3, 8.0+2.0/3, 2.0+8.0/3],
276                            location = 'centroids')
277       
278        #Gradients
279        a, b = quantity.compute_gradients()
280
281        #gradient bewteen t0 and t1 is undefined as det==0
282        assert a[0] == 0.0
283        assert b[0] == 0.0
284        #The others are OK
285        for i in range(1,4):
286            assert allclose(a[i], 3.0)
287            assert allclose(b[i], 1.0)
288
289        quantity.extrapolate_second_order()
290       
291        #print quantity.vertex_values
292        assert allclose(quantity.vertex_values[1,0], 2.0)
293        assert allclose(quantity.vertex_values[1,1], 6.0)       
294        assert allclose(quantity.vertex_values[1,2], 8.0)
295
296
297
298    def test_first_order_extrapolator(self):
299        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)               
300
301        #Test centroids
302        quantity.set_values([1.,2.,3.,4.], location = 'centroids')
303        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 2, 3, 4]) #Centroid
304
305        #Extrapolate
306        quantity.extrapolate_first_order()
307
308        #Check vertices but not edge values
309        assert allclose(quantity.vertex_values,
310                        [[1,1,1], [2,2,2], [3,3,3], [4, 4, 4]])
311
312
313    def test_second_order_extrapolator(self):
314        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)                       
315
316        #Set up for a gradient of (3,0) at mid triangle
317        quantity.set_values([2.0, 4.0, 8.0, 2.0],
318                            location = 'centroids')
319       
320
321
322        quantity.extrapolate_second_order()
323        quantity.limit()
324
325
326        #Assert that central triangle is limited by neighbours
327        assert quantity.vertex_values[1,0] >= quantity.vertex_values[0,0]
328        assert quantity.vertex_values[1,0] >= quantity.vertex_values[3,1]
329       
330        assert quantity.vertex_values[1,1] <= quantity.vertex_values[2,1]
331        assert quantity.vertex_values[1,1] >= quantity.vertex_values[0,2]
332       
333        assert quantity.vertex_values[1,2] <= quantity.vertex_values[2,0]
334        assert quantity.vertex_values[1,2] >= quantity.vertex_values[3,1]
335
336       
337        #Assert that quantities are conserved
338        from Numeric import sum
339        for k in range(quantity.centroid_values.shape[0]):
340            assert allclose (quantity.centroid_values[k],
341                             sum(quantity.vertex_values[k,:])/3)
342       
343       
344
345       
346
347    def test_limiter(self):
348        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)
349
350        #Create a deliberate overshoot (e.g. from gradient computation)
351        quantity.set_values([[3,0,3], [2,2,6], [5,3,8], [8,3,5]])
352
353
354        #Limit
355        quantity.limit()
356
357        #Assert that central triangle is limited by neighbours
358        assert quantity.vertex_values[1,0] >= quantity.vertex_values[0,0]
359        assert quantity.vertex_values[1,0] <= quantity.vertex_values[3,1]
360       
361        assert quantity.vertex_values[1,1] <= quantity.vertex_values[2,1]
362        assert quantity.vertex_values[1,1] >= quantity.vertex_values[0,2]
363       
364        assert quantity.vertex_values[1,2] <= quantity.vertex_values[2,0]
365        assert quantity.vertex_values[1,2] <= quantity.vertex_values[3,1]
366
367
368       
369        #Assert that quantities are conserved
370        from Numeric import sum
371        for k in range(quantity.centroid_values.shape[0]):
372            assert allclose (quantity.centroid_values[k],
373                             sum(quantity.vertex_values[k,:])/3)
374       
375
376
377    def test_distribute_first_order(self):
378        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)       
379
380        #Test centroids
381        quantity.set_values([1.,2.,3.,4.], location = 'centroids')
382        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 2, 3, 4]) #Centroid
383
384
385        #Extrapolate
386        quantity.extrapolate_first_order()
387
388        #Interpolate
389        quantity.interpolate_from_vertices_to_edges()       
390
391        assert allclose(quantity.vertex_values,
392                        [[1,1,1], [2,2,2], [3,3,3], [4, 4, 4]])
393        assert allclose(quantity.edge_values, [[1,1,1], [2,2,2],
394                                               [3,3,3], [4, 4, 4]])
395
396
397
398    def test_update_explicit(self):
399        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)
400
401        #Test centroids
402        quantity.set_values([1.,2.,3.,4.], location = 'centroids')
403        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 2, 3, 4]) #Centroid
404
405        #Set explicit_update
406        quantity.explicit_update = array( [1.,1.,1.,1.] )
407
408        #Update with given timestep
409        quantity.update(0.1)
410
411        x = array([1, 2, 3, 4]) + array( [.1,.1,.1,.1] )
412        assert allclose( quantity.centroid_values, x)
413
414    def test_update_semi_implicit(self):
415        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)
416
417        #Test centroids
418        quantity.set_values([1.,2.,3.,4.], location = 'centroids')
419        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 2, 3, 4]) #Centroid
420
421        #Set semi implicit update
422        quantity.semi_implicit_update = array( [1.,1.,1.,1.] )
423
424        #Update with given timestep
425        quantity.update(0.1)
426
427        x = array([1, 2, 3, 4])/array( [.9,.9,.9,.9] )
428        assert allclose( quantity.centroid_values, x)
429
430    def test_both_updates(self):
431        quantity = Conserved_quantity(self.mesh4)
432
433        #Test centroids
434        quantity.set_values([1.,2.,3.,4.], location = 'centroids')
435        assert allclose(quantity.centroid_values, [1, 2, 3, 4]) #Centroid
436
437        #Set explicit_update
438        quantity.explicit_update = array( [4.,3.,2.,1.] )
439       
440        #Set semi implicit update
441        quantity.semi_implicit_update = array( [1.,1.,1.,1.] )
442
443        #Update with given timestep
444        quantity.update(0.1)
445
446        x = array([1, 2, 3, 4]) + array( [.4,.3,.2,.1] )
447        x /= array( [.9,.9,.9,.9] )
448        assert allclose( quantity.centroid_values, x)       
449
450       
451
452
453    #Test smoothing   
454    def test_smoothing(self):
455
456        from mesh_factory import rectangular
457        from shallow_water import Domain, Transmissive_boundary
458        from Numeric import zeros, Float
459        from util import mean
460
461        #Create basic mesh
462        points, vertices, boundary = rectangular(2, 2)
463
464        #Create shallow water domain
465        domain = Domain(points, vertices, boundary)
466        domain.default_order=2
467        domain.reduction = mean
468
469       
470        #Set some field values
471        domain.set_quantity('elevation', lambda x,y: x)       
472        domain.set_quantity('friction', 0.03)
473
474
475        ######################
476        # Boundary conditions
477        B = Transmissive_boundary(domain)
478        domain.set_boundary( {'left': B, 'right': B, 'top': B, 'bottom': B})
479       
480
481        ######################
482        #Initial condition - with jumps
483
484        bed = domain.quantities['elevation'].vertex_values
485        level = zeros(bed.shape, Float)
486
487        h = 0.03
488        for i in range(level.shape[0]):
489            if i % 2 == 0:           
490                level[i,:] = bed[i,:] + h
491            else:
492                level[i,:] = bed[i,:]
493               
494        domain.set_quantity('level', level)
495
496        level = domain.quantities['level']
497
498        #Get smoothed level
499        A, V = level.get_vertex_values(xy=False, smooth=True)
500        Q = level.vertex_values
501
502       
503        assert A.shape[0] == 9 
504        assert V.shape[0] == 8 
505        assert V.shape[1] == 3                 
506       
507        #First four points
508        assert allclose(A[0], (Q[0,2] + Q[1,1])/2) 
509        assert allclose(A[1], (Q[1,0] + Q[3,1] + Q[2,2])/3)
510        assert allclose(A[2], Q[3,0])
511        assert allclose(A[3], (Q[0,0] + Q[5,1] + Q[4,2])/3)
512
513        #Center point
514        assert allclose(A[4], (Q[0,1] + Q[1,2] + Q[2,0] +\
515                               Q[5,0] + Q[6,2] + Q[7,1])/6)
516                                 
517
518        #Check V
519        assert allclose(V[0,:], [3,4,0])
520        assert allclose(V[1,:], [1,0,4])
521        assert allclose(V[2,:], [4,5,1])                       
522        assert allclose(V[3,:], [2,1,5])
523        assert allclose(V[4,:], [6,7,3])       
524        assert allclose(V[5,:], [4,3,7])
525        assert allclose(V[6,:], [7,8,4])
526        assert allclose(V[7,:], [5,4,8])                       
527
528        #Get smoothed level with XY
529        X, Y, A1, V1 = level.get_vertex_values(xy=True, smooth=True)
530
531        assert allclose(A, A1)
532        assert allclose(V, V1)       
533
534        #Check XY
535        assert allclose(X[4], 0.5)
536        assert allclose(Y[4], 0.5)
537
538        assert allclose(X[7], 1.0)
539        assert allclose(Y[7], 0.5)                 
540
541
542
543
544    def test_vertex_values_no_smoothing(self):
545
546        from mesh_factory import rectangular
547        from shallow_water import Domain, Transmissive_boundary
548        from Numeric import zeros, Float
549        from util import mean
550
551       
552        #Create basic mesh
553        points, vertices, boundary = rectangular(2, 2)
554
555        #Create shallow water domain
556        domain = Domain(points, vertices, boundary)
557        domain.default_order=2
558        domain.reduction = mean
559
560       
561        #Set some field values
562        domain.set_quantity('elevation', lambda x,y: x)       
563        domain.set_quantity('friction', 0.03)
564
565
566        ######################
567        #Initial condition - with jumps
568
569        bed = domain.quantities['elevation'].vertex_values
570        level = zeros(bed.shape, Float)
571
572        h = 0.03
573        for i in range(level.shape[0]):
574            if i % 2 == 0:           
575                level[i,:] = bed[i,:] + h
576            else:
577                level[i,:] = bed[i,:]
578               
579        domain.set_quantity('level', level)
580
581        #Get level
582        level = domain.quantities['level']       
583        A, V = level.get_vertex_values(xy=False, smooth=False)
584        Q = level.vertex_values.flat
585
586        for k in range(8):
587            assert allclose(A[k], Q[k])
588
589           
590        for k in range(8):
591            assert V[k, 0] == 3*k
592            assert V[k, 1] == 3*k+1
593            assert V[k, 2] == 3*k+2           
594           
595
596
597        X, Y, A1, V1 = level.get_vertex_values(xy=True, smooth=False)
598
599       
600        assert allclose(A, A1)
601        assert allclose(V, V1)       
602
603        #Check XY
604        assert allclose(X[1], 0.5)
605        assert allclose(Y[1], 0.5)
606        assert allclose(X[4], 0.0)
607        assert allclose(Y[4], 0.0)
608        assert allclose(X[12], 1.0)
609        assert allclose(Y[12], 0.0)               
610       
611       
612                                 
613
614       
615#-------------------------------------------------------------
616if __name__ == "__main__":
617    suite = unittest.makeSuite(TestCase,'test')
618    runner = unittest.TextTestRunner()
619    runner.run(suite)
620
621
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.