-
-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 42
New issue
Have a question about this project? Sign up for a free GitHub account to open an issue and contact its maintainers and the community.
By clicking “Sign up for GitHub”, you agree to our terms of service and privacy statement. We’ll occasionally send you account related emails.
Already on GitHub? Sign in to your account
Implementing some new Trust region radius update schemes #159
Changes from 5 commits
f9db2fe
dc43d2d
2be3572
a027372
56b23b0
a256021
7d29b1a
7aa7e94
764501e
503fc4c
08fffd4
76185a8
4aa4813
17abaf0
b1f34dd
File filter
Filter by extension
Conversations
Jump to
Diff view
Diff view
There are no files selected for viewing
Original file line number | Diff line number | Diff line change | ||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
@@ -80,10 +80,25 @@ for large-scale and numerically-difficult nonlinear systems. | |||||||||||||||||||||
Currently, the linear solver and chunk size choice only applies to in-place defined | ||||||||||||||||||||||
`NonlinearProblem`s. That is expected to change in the future. | ||||||||||||||||||||||
""" | ||||||||||||||||||||||
struct TrustRegion{CS, AD, FDT, L, P, ST, CJ, MTR} <: | ||||||||||||||||||||||
EnumX.@enumx RadiusUpdateSchemes begin | ||||||||||||||||||||||
Simple | ||||||||||||||||||||||
Hei | ||||||||||||||||||||||
Yuan | ||||||||||||||||||||||
Bastin | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
struct RadiusUpdate | ||||||||||||||||||||||
simple::Bool | ||||||||||||||||||||||
hei::Bool | ||||||||||||||||||||||
yuan::Bool | ||||||||||||||||||||||
bastin::Bool | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
struct TrustRegion{CS, AD, FDT, L, P, ST, CJ, MTR, RUS} <: | ||||||||||||||||||||||
AbstractNewtonAlgorithm{CS, AD, FDT, ST, CJ} | ||||||||||||||||||||||
linsolve::L | ||||||||||||||||||||||
precs::P | ||||||||||||||||||||||
radius_update_scheme::RUS | ||||||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more.
Suggested change
It doesn't need to be parametric., |
||||||||||||||||||||||
max_trust_radius::MTR | ||||||||||||||||||||||
initial_trust_radius::MTR | ||||||||||||||||||||||
step_threshold::MTR | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -94,10 +109,25 @@ struct TrustRegion{CS, AD, FDT, L, P, ST, CJ, MTR} <: | |||||||||||||||||||||
max_shrink_times::Int | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function RadiusUpdate(;hei::Bool = false, | ||||||||||||||||||||||
yuan::Bool = false, | ||||||||||||||||||||||
bastin::Bool = false) | ||||||||||||||||||||||
if !(hei || yuan || bastin) | ||||||||||||||||||||||
return RadiusUpdate(true, false, false, false) | ||||||||||||||||||||||
elseif hei | ||||||||||||||||||||||
return RadiusUpdate(false, true, false, false) | ||||||||||||||||||||||
elseif yuan | ||||||||||||||||||||||
return RadiusUpdate(false, false, true, false) | ||||||||||||||||||||||
elseif bastin | ||||||||||||||||||||||
return RadiusUpdate(false, false, false, true) | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function TrustRegion(; chunk_size = Val{0}(), | ||||||||||||||||||||||
autodiff = Val{true}(), | ||||||||||||||||||||||
standardtag = Val{true}(), concrete_jac = nothing, | ||||||||||||||||||||||
diff_type = Val{:forward}, linsolve = nothing, precs = DEFAULT_PRECS, | ||||||||||||||||||||||
radius_update_scheme = RadiusUpdate(), #defaults to conventional radius update | ||||||||||||||||||||||
max_trust_radius::Real = 0 // 1, | ||||||||||||||||||||||
initial_trust_radius::Real = 0 // 1, | ||||||||||||||||||||||
step_threshold::Real = 1 // 10, | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -108,8 +138,8 @@ function TrustRegion(; chunk_size = Val{0}(), | |||||||||||||||||||||
max_shrink_times::Int = 32) | ||||||||||||||||||||||
TrustRegion{_unwrap_val(chunk_size), _unwrap_val(autodiff), diff_type, | ||||||||||||||||||||||
typeof(linsolve), typeof(precs), _unwrap_val(standardtag), | ||||||||||||||||||||||
_unwrap_val(concrete_jac), typeof(max_trust_radius) | ||||||||||||||||||||||
}(linsolve, precs, max_trust_radius, | ||||||||||||||||||||||
_unwrap_val(concrete_jac), typeof(max_trust_radius), typeof(radius_update_scheme) | ||||||||||||||||||||||
}(linsolve, precs, radius_update_scheme, max_trust_radius, | ||||||||||||||||||||||
initial_trust_radius, | ||||||||||||||||||||||
step_threshold, | ||||||||||||||||||||||
shrink_threshold, | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -120,7 +150,7 @@ function TrustRegion(; chunk_size = Val{0}(), | |||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
mutable struct TrustRegionCache{iip, fType, algType, uType, resType, pType, | ||||||||||||||||||||||
INType, tolType, probType, ufType, L, jType, JC, floatType, | ||||||||||||||||||||||
INType, tolType, probType, ufType, L, jType, JC, floatType, radType, | ||||||||||||||||||||||
trustType, suType, su2Type, tmpType} | ||||||||||||||||||||||
f::fType | ||||||||||||||||||||||
alg::algType | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -138,6 +168,7 @@ mutable struct TrustRegionCache{iip, fType, algType, uType, resType, pType, | |||||||||||||||||||||
retcode::SciMLBase.ReturnCode.T | ||||||||||||||||||||||
abstol::tolType | ||||||||||||||||||||||
prob::probType | ||||||||||||||||||||||
radius_update_scheme::radType | ||||||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. here too |
||||||||||||||||||||||
trust_r::trustType | ||||||||||||||||||||||
max_trust_r::trustType | ||||||||||||||||||||||
step_threshold::suType | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -161,7 +192,7 @@ mutable struct TrustRegionCache{iip, fType, algType, uType, resType, pType, | |||||||||||||||||||||
jac_config::JC, iter::Int, | ||||||||||||||||||||||
force_stop::Bool, maxiters::Int, internalnorm::INType, | ||||||||||||||||||||||
retcode::SciMLBase.ReturnCode.T, abstol::tolType, | ||||||||||||||||||||||
prob::probType, trust_r::trustType, | ||||||||||||||||||||||
prob::probType, radius_update_scheme::radType, trust_r::trustType, | ||||||||||||||||||||||
max_trust_r::trustType, step_threshold::suType, | ||||||||||||||||||||||
shrink_threshold::trustType, expand_threshold::trustType, | ||||||||||||||||||||||
shrink_factor::trustType, expand_factor::trustType, | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -172,13 +203,13 @@ mutable struct TrustRegionCache{iip, fType, algType, uType, resType, pType, | |||||||||||||||||||||
resType, pType, INType, | ||||||||||||||||||||||
tolType, probType, ufType, L, | ||||||||||||||||||||||
jType, JC, floatType, trustType, | ||||||||||||||||||||||
suType, su2Type, tmpType} | ||||||||||||||||||||||
suType, su2Type, tmpType, radType} | ||||||||||||||||||||||
new{iip, fType, algType, uType, resType, pType, | ||||||||||||||||||||||
INType, tolType, probType, ufType, L, jType, JC, floatType, | ||||||||||||||||||||||
trustType, suType, su2Type, tmpType}(f, alg, u, fu, p, uf, linsolve, J, | ||||||||||||||||||||||
radType, trustType, suType, su2Type, tmpType}(f, alg, u, fu, p, uf, linsolve, J, | ||||||||||||||||||||||
jac_config, iter, force_stop, | ||||||||||||||||||||||
maxiters, internalnorm, retcode, | ||||||||||||||||||||||
abstol, prob, trust_r, max_trust_r, | ||||||||||||||||||||||
abstol, prob, radius_update_scheme, trust_r, max_trust_r, | ||||||||||||||||||||||
step_threshold, shrink_threshold, | ||||||||||||||||||||||
expand_threshold, shrink_factor, | ||||||||||||||||||||||
expand_factor, loss, | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -238,6 +269,7 @@ function SciMLBase.__init(prob::NonlinearProblem{uType, iip}, alg::TrustRegion, | |||||||||||||||||||||
loss = get_loss(fu) | ||||||||||||||||||||||
uf, linsolve, J, u_tmp, jac_config = jacobian_caches(alg, f, u, p, Val(iip)) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
radius_update_scheme = alg.radius_update_scheme | ||||||||||||||||||||||
max_trust_radius = convert(eltype(u), alg.max_trust_radius) | ||||||||||||||||||||||
initial_trust_radius = convert(eltype(u), alg.initial_trust_radius) | ||||||||||||||||||||||
step_threshold = convert(eltype(u), alg.step_threshold) | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -264,7 +296,7 @@ function SciMLBase.__init(prob::NonlinearProblem{uType, iip}, alg::TrustRegion, | |||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
return TrustRegionCache{iip}(f, alg, u, fu, p, uf, linsolve, J, jac_config, | ||||||||||||||||||||||
1, false, maxiters, internalnorm, | ||||||||||||||||||||||
ReturnCode.Default, abstol, prob, initial_trust_radius, | ||||||||||||||||||||||
ReturnCode.Default, abstol, prob, radius_update_scheme, initial_trust_radius, | ||||||||||||||||||||||
max_trust_radius, step_threshold, shrink_threshold, | ||||||||||||||||||||||
expand_threshold, shrink_factor, expand_factor, loss, | ||||||||||||||||||||||
loss_new, H, g, shrink_counter, step_size, u_tmp, fu_new, | ||||||||||||||||||||||
|
@@ -290,7 +322,16 @@ function perform_step!(cache::TrustRegionCache{true}) | |||||||||||||||||||||
cache.u_tmp .= u .+ cache.step_size | ||||||||||||||||||||||
f(cache.fu_new, cache.u_tmp, p) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache) | ||||||||||||||||||||||
@unpack radius_update_scheme = cache | ||||||||||||||||||||||
if radius_update_scheme.simple | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Simple))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.hei | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Hei))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.yuan | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Yuan))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.bastin | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Bastin))) | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
return nothing | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
@@ -312,11 +353,20 @@ function perform_step!(cache::TrustRegionCache{false}) | |||||||||||||||||||||
cache.u_tmp = u .+ cache.step_size | ||||||||||||||||||||||
cache.fu_new = f(cache.u_tmp, p) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache) | ||||||||||||||||||||||
@unpack radius_update_scheme = cache | ||||||||||||||||||||||
if radius_update_scheme.simple | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Simple))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.hei | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Hei))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.yuan | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Yuan))) | ||||||||||||||||||||||
elseif radius_update_scheme.bastin | ||||||||||||||||||||||
trust_region_step!(cache, Val(Int(RadiusUpdateSchemes.Bastin))) | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
return nothing | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache) | ||||||||||||||||||||||
function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache, ::Val{0}) # conventional radius update scheme | ||||||||||||||||||||||
There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. Make a single dispatch and branch There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more.
Suggested change
do you mean like this in a single method? There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. yes There was a problem hiding this comment. Choose a reason for hiding this commentThe reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more. cool! also if I need some helper functions, like in Hei's scheme, there is a monotonic function used which depends on the actual:predicted change ratio. So these kind of helper functions can go in |
||||||||||||||||||||||
@unpack fu_new, step_size, g, H, loss, max_trust_r = cache | ||||||||||||||||||||||
cache.loss_new = get_loss(fu_new) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
@@ -351,6 +401,112 @@ function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache) | |||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache, ::Val{1}) # hei's radius update scheme | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# @unpack fu_new, step_size, g, H, loss, max_trust_r = cache | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss_new = get_loss(fu_new) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Compute the ratio of the actual reduction to the predicted reduction. | ||||||||||||||||||||||
# cache.r = -(loss - cache.loss_new) / (step_size' * g + step_size' * H * step_size / 2) | ||||||||||||||||||||||
# @unpack r = cache | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r < cache.shrink_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r *= cache.shrink_factor | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter += 1 | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter = 0 | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.step_threshold | ||||||||||||||||||||||
# take_step!(cache) | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss = cache.loss_new | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.expand_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r = min(cache.expand_factor * cache.trust_r, max_trust_r) | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = true | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# # No need to make a new J, no step was taken, so we try again with a smaller trust_r | ||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = false | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# if iszero(cache.fu) || cache.internalnorm(cache.fu) < cache.abstol | ||||||||||||||||||||||
# cache.force_stop = true | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache, ::Val{2}) # yuan's radius update scheme | ||||||||||||||||||||||
# @unpack fu_new, step_size, g, H, loss, max_trust_r = cache | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss_new = get_loss(fu_new) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Compute the ratio of the actual reduction to the predicted reduction. | ||||||||||||||||||||||
# cache.r = -(loss - cache.loss_new) / (step_size' * g + step_size' * H * step_size / 2) | ||||||||||||||||||||||
# @unpack r = cache | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r < cache.shrink_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r *= cache.shrink_factor | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter += 1 | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter = 0 | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.step_threshold | ||||||||||||||||||||||
# take_step!(cache) | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss = cache.loss_new | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.expand_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r = min(cache.expand_factor * cache.trust_r, max_trust_r) | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = true | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# # No need to make a new J, no step was taken, so we try again with a smaller trust_r | ||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = false | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# if iszero(cache.fu) || cache.internalnorm(cache.fu) < cache.abstol | ||||||||||||||||||||||
# cache.force_stop = true | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function trust_region_step!(cache::TrustRegionCache, ::Val{3}) # bastin's radius update scheme | ||||||||||||||||||||||
# @unpack fu_new, step_size, g, H, loss, max_trust_r = cache | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss_new = get_loss(fu_new) | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Compute the ratio of the actual reduction to the predicted reduction. | ||||||||||||||||||||||
# cache.r = -(loss - cache.loss_new) / (step_size' * g + step_size' * H * step_size / 2) | ||||||||||||||||||||||
# @unpack r = cache | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r < cache.shrink_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r *= cache.shrink_factor | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter += 1 | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# cache.shrink_counter = 0 | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.step_threshold | ||||||||||||||||||||||
# take_step!(cache) | ||||||||||||||||||||||
# cache.loss = cache.loss_new | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# # Update the trust region radius. | ||||||||||||||||||||||
# if r > cache.expand_threshold | ||||||||||||||||||||||
# cache.trust_r = min(cache.expand_factor * cache.trust_r, max_trust_r) | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = true | ||||||||||||||||||||||
# else | ||||||||||||||||||||||
# # No need to make a new J, no step was taken, so we try again with a smaller trust_r | ||||||||||||||||||||||
# cache.make_new_J = false | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
# if iszero(cache.fu) || cache.internalnorm(cache.fu) < cache.abstol | ||||||||||||||||||||||
# cache.force_stop = true | ||||||||||||||||||||||
# end | ||||||||||||||||||||||
end | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
function dogleg!(cache::TrustRegionCache) | ||||||||||||||||||||||
@unpack u_tmp, trust_r = cache | ||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
There was a problem hiding this comment.
Choose a reason for hiding this comment
The reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more.
Aren't they mutually exclusive? We should just use enum.
There was a problem hiding this comment.
Choose a reason for hiding this comment
The reason will be displayed to describe this comment to others. Learn more.
Yes, the structs can be deleted.