← Back to branch summary

~ubuntu-branches/ubuntu/maverick/commons-math/maverick

« back to all changes in this revision

Viewing changes to src/test/java/org/apache/commons/math/ode/nonstiff/ClassicalRungeKuttaIntegratorTest.java

  • Committer: Bazaar Package Importer
  • Author(s): Damien Raude-Morvan
  • Date: 2009-08-22 01:13:25 UTC
  • mfrom: (1.1.1 upstream)
  • Revision ID: james.westby@ubuntu.com-20090822011325-hi4peq1ua5weguwn
Tags: 2.0-1
* New upstream release.
* Set Maintainer field to Debian Java Team
* Add myself as Uploaders
* Switch to Quilt patch system:
  - Refresh all patchs
  - Remove B-D on dpatch, Add B-D on quilt
  - Include patchsys-quilt.mk in debian/rules
* Bump Standards-Version to 3.8.3:
  - Add a README.source to describe patch system
* Maven POMs:
  - Add a Build-Depends-Indep dependency on maven-repo-helper
  - Use mh_installpom and mh_installjar to install the POM and the jar to the
    Maven repository
* Use default-jdk/jre:
  - Depends on java5-runtime-headless
  - Build-Depends on default-jdk
  - Use /usr/lib/jvm/default-java as JAVA_HOME
* Move api documentation to /usr/share/doc/libcommons-math-java/api
* Build-Depends on junit4 instead of junit

Show diffs side-by-side

added added

removed removed

Lines of Context:
src/test/java/org/apache/commons/math/ode/nonstiff/ClassicalRungeKuttaIntegratorTest.java
 
1
/*
 
2
 * Licensed to the Apache Software Foundation (ASF) under one or more
 
3
 * contributor license agreements.  See the NOTICE file distributed with
 
4
 * this work for additional information regarding copyright ownership.
 
5
 * The ASF licenses this file to You under the Apache License, Version 2.0
 
6
 * (the "License"); you may not use this file except in compliance with
 
7
 * the License.  You may obtain a copy of the License at
 
8
 *
 
9
 *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
 
10
 *
 
11
 * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
 
12
 * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
 
13
 * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
 
14
 * See the License for the specific language governing permissions and
 
15
 * limitations under the License.
 
16
 */
 
17
 
 
18
package org.apache.commons.math.ode.nonstiff;
 
19
 
 
20
import junit.framework.*;
 
21
 
 
22
import org.apache.commons.math.ode.DerivativeException;
 
23
import org.apache.commons.math.ode.FirstOrderDifferentialEquations;
 
24
import org.apache.commons.math.ode.FirstOrderIntegrator;
 
25
import org.apache.commons.math.ode.IntegratorException;
 
26
import org.apache.commons.math.ode.TestProblem1;
 
27
import org.apache.commons.math.ode.TestProblem3;
 
28
import org.apache.commons.math.ode.TestProblem5;
 
29
import org.apache.commons.math.ode.TestProblemAbstract;
 
30
import org.apache.commons.math.ode.TestProblemFactory;
 
31
import org.apache.commons.math.ode.TestProblemHandler;
 
32
import org.apache.commons.math.ode.events.EventHandler;
 
33
import org.apache.commons.math.ode.nonstiff.ClassicalRungeKuttaIntegrator;
 
34
import org.apache.commons.math.ode.sampling.StepHandler;
 
35
import org.apache.commons.math.ode.sampling.StepInterpolator;
 
36
 
 
37
public class ClassicalRungeKuttaIntegratorTest
 
38
  extends TestCase {
 
39
 
 
40
  public ClassicalRungeKuttaIntegratorTest(String name) {
 
41
    super(name);
 
42
  }
 
43
 
 
44
  public void testSanityChecks() {
 
45
    try  {
 
46
      TestProblem1 pb = new TestProblem1();
 
47
      new ClassicalRungeKuttaIntegrator(0.01).integrate(pb,
 
48
                                                        0.0, new double[pb.getDimension()+10],
 
49
                                                        1.0, new double[pb.getDimension()]);
 
50
        fail("an exception should have been thrown");
 
51
    } catch(DerivativeException de) {
 
52
      fail("wrong exception caught");
 
53
    } catch(IntegratorException ie) {
 
54
    }
 
55
    try  {
 
56
        TestProblem1 pb = new TestProblem1();
 
57
        new ClassicalRungeKuttaIntegrator(0.01).integrate(pb,
 
58
                                                          0.0, new double[pb.getDimension()],
 
59
                                                          1.0, new double[pb.getDimension()+10]);
 
60
          fail("an exception should have been thrown");
 
61
      } catch(DerivativeException de) {
 
62
        fail("wrong exception caught");
 
63
      } catch(IntegratorException ie) {
 
64
      }
 
65
    try  {
 
66
      TestProblem1 pb = new TestProblem1();
 
67
      new ClassicalRungeKuttaIntegrator(0.01).integrate(pb,
 
68
                                                        0.0, new double[pb.getDimension()],
 
69
                                                        0.0, new double[pb.getDimension()]);
 
70
        fail("an exception should have been thrown");
 
71
    } catch(DerivativeException de) {
 
72
      fail("wrong exception caught");
 
73
    } catch(IntegratorException ie) {
 
74
    }
 
75
  }
 
76
  
 
77
  public void testDecreasingSteps()
 
78
    throws DerivativeException, IntegratorException  {
 
79
      
 
80
    TestProblemAbstract[] problems = TestProblemFactory.getProblems();
 
81
    for (int k = 0; k < problems.length; ++k) {
 
82
 
 
83
      double previousError = Double.NaN;
 
84
      for (int i = 4; i < 10; ++i) {
 
85
 
 
86
        TestProblemAbstract pb = problems[k].copy();
 
87
        double step = (pb.getFinalTime() - pb.getInitialTime()) * Math.pow(2.0, -i);
 
88
 
 
89
        FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
90
        TestProblemHandler handler = new TestProblemHandler(pb, integ);
 
91
        integ.addStepHandler(handler);
 
92
        EventHandler[] functions = pb.getEventsHandlers();
 
93
        for (int l = 0; l < functions.length; ++l) {
 
94
          integ.addEventHandler(functions[l],
 
95
                                     Double.POSITIVE_INFINITY, 1.0e-6 * step, 1000);
 
96
        }
 
97
        assertEquals(functions.length, integ.getEventHandlers().size());
 
98
        double stopTime = integ.integrate(pb, pb.getInitialTime(), pb.getInitialState(),
 
99
                                          pb.getFinalTime(), new double[pb.getDimension()]);
 
100
        if (functions.length == 0) {
 
101
            assertEquals(pb.getFinalTime(), stopTime, 1.0e-10);
 
102
        }
 
103
 
 
104
        double error = handler.getMaximalValueError();
 
105
        if (i > 4) {
 
106
          assertTrue(error < Math.abs(previousError));
 
107
        }
 
108
        previousError = error;
 
109
        assertEquals(0, handler.getMaximalTimeError(), 1.0e-12);
 
110
        integ.clearEventHandlers();
 
111
        assertEquals(0, integ.getEventHandlers().size());
 
112
      }
 
113
 
 
114
    }
 
115
 
 
116
  }
 
117
 
 
118
  public void testSmallStep()
 
119
    throws DerivativeException, IntegratorException {
 
120
 
 
121
    TestProblem1 pb = new TestProblem1();
 
122
    double step = (pb.getFinalTime() - pb.getInitialTime()) * 0.001;
 
123
 
 
124
    FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
125
    TestProblemHandler handler = new TestProblemHandler(pb, integ);
 
126
    integ.addStepHandler(handler);
 
127
    integ.integrate(pb, pb.getInitialTime(), pb.getInitialState(),
 
128
                    pb.getFinalTime(), new double[pb.getDimension()]);
 
129
 
 
130
    assertTrue(handler.getLastError() < 2.0e-13);
 
131
    assertTrue(handler.getMaximalValueError() < 4.0e-12);
 
132
    assertEquals(0, handler.getMaximalTimeError(), 1.0e-12);
 
133
    assertEquals("classical Runge-Kutta", integ.getName());
 
134
  }
 
135
 
 
136
  public void testBigStep()
 
137
    throws DerivativeException, IntegratorException {
 
138
 
 
139
    TestProblem1 pb = new TestProblem1();
 
140
    double step = (pb.getFinalTime() - pb.getInitialTime()) * 0.2;
 
141
 
 
142
    FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
143
    TestProblemHandler handler = new TestProblemHandler(pb, integ);
 
144
    integ.addStepHandler(handler);
 
145
    integ.integrate(pb, pb.getInitialTime(), pb.getInitialState(),
 
146
                    pb.getFinalTime(), new double[pb.getDimension()]);
 
147
 
 
148
    assertTrue(handler.getLastError() > 0.0004);
 
149
    assertTrue(handler.getMaximalValueError() > 0.005);
 
150
    assertEquals(0, handler.getMaximalTimeError(), 1.0e-12);
 
151
 
 
152
  }
 
153
 
 
154
  public void testBackward()
 
155
    throws DerivativeException, IntegratorException {
 
156
 
 
157
    TestProblem5 pb = new TestProblem5();
 
158
    double step = Math.abs(pb.getFinalTime() - pb.getInitialTime()) * 0.001;
 
159
 
 
160
    FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
161
    TestProblemHandler handler = new TestProblemHandler(pb, integ);
 
162
    integ.addStepHandler(handler);
 
163
    integ.integrate(pb, pb.getInitialTime(), pb.getInitialState(),
 
164
                    pb.getFinalTime(), new double[pb.getDimension()]);
 
165
 
 
166
    assertTrue(handler.getLastError() < 5.0e-10);
 
167
    assertTrue(handler.getMaximalValueError() < 7.0e-10);
 
168
    assertEquals(0, handler.getMaximalTimeError(), 1.0e-12);
 
169
    assertEquals("classical Runge-Kutta", integ.getName());
 
170
  }
 
171
 
 
172
  public void testKepler()
 
173
    throws DerivativeException, IntegratorException {
 
174
 
 
175
    final TestProblem3 pb  = new TestProblem3(0.9);
 
176
    double step = (pb.getFinalTime() - pb.getInitialTime()) * 0.0003;
 
177
 
 
178
    FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
179
    integ.addStepHandler(new KeplerHandler(pb));
 
180
    integ.integrate(pb,
 
181
                    pb.getInitialTime(), pb.getInitialState(),
 
182
                    pb.getFinalTime(), new double[pb.getDimension()]);
 
183
  }
 
184
 
 
185
  private static class KeplerHandler implements StepHandler {
 
186
    public KeplerHandler(TestProblem3 pb) {
 
187
      this.pb = pb;
 
188
      reset();
 
189
    }
 
190
    public boolean requiresDenseOutput() {
 
191
      return false;
 
192
    }
 
193
    public void reset() {
 
194
      maxError = 0;
 
195
    }
 
196
    public void handleStep(StepInterpolator interpolator,
 
197
                           boolean isLast) throws DerivativeException {
 
198
 
 
199
      double[] interpolatedY = interpolator.getInterpolatedState ();
 
200
      double[] theoreticalY  = pb.computeTheoreticalState(interpolator.getCurrentTime());
 
201
      double dx = interpolatedY[0] - theoreticalY[0];
 
202
      double dy = interpolatedY[1] - theoreticalY[1];
 
203
      double error = dx * dx + dy * dy;
 
204
      if (error > maxError) {
 
205
        maxError = error;
 
206
      }
 
207
      if (isLast) {
 
208
        // even with more than 1000 evaluations per period,
 
209
        // RK4 is not able to integrate such an eccentric
 
210
        // orbit with a good accuracy
 
211
        assertTrue(maxError > 0.005);
 
212
      }
 
213
    }
 
214
    private double maxError = 0;
 
215
    private TestProblem3 pb;
 
216
  }
 
217
 
 
218
  public void testStepSize()
 
219
    throws DerivativeException, IntegratorException {
 
220
      final double step = 1.23456;
 
221
      FirstOrderIntegrator integ = new ClassicalRungeKuttaIntegrator(step);
 
222
      integ.addStepHandler(new StepHandler() {
 
223
          public void handleStep(StepInterpolator interpolator, boolean isLast) {
 
224
              if (! isLast) {
 
225
                  assertEquals(step,
 
226
                               interpolator.getCurrentTime() - interpolator.getPreviousTime(),
 
227
                               1.0e-12);
 
228
              }
 
229
          }
 
230
          public boolean requiresDenseOutput() {
 
231
              return false;
 
232
          }
 
233
          public void reset() {
 
234
          }          
 
235
      });
 
236
      integ.integrate(new FirstOrderDifferentialEquations() {
 
237
          private static final long serialVersionUID = 0L;
 
238
          public void computeDerivatives(double t, double[] y, double[] dot) {
 
239
              dot[0] = 1.0;
 
240
          }
 
241
          public int getDimension() {
 
242
              return 1;
 
243
          }
 
244
      }, 0.0, new double[] { 0.0 }, 5.0, new double[1]);
 
245
  }
 
246
 
 
247
  public static Test suite() {
 
248
    return new TestSuite(ClassicalRungeKuttaIntegratorTest.class);
 
249
  }
 
250
 
 
251
}