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ノート 訪問数　2375　　最終更新　2008-01-21 (月) 13:44:56

EPMRを読んでみる　〜　実行の流れ †

• main.cpp 39行　Epmr epmr( cout )でインスタンス作成、コンストラクタ？
  • クラスEpmrはEpmr.h内44行目で宣言、IterativeOptimizer< int >のサブクラス。
  • クラスIterativeOptimizerはIterativeOptimizer.h内30行目で宣言。
    • IterativeOptimizerのコンストラクタはなさそう
      メソッドはpublicなOptimizeと~IterativeOptimizer（デストラクタ）、protectedなInitialize, Step, Convergedを宣言。
  • epmrのメソッドは、Epmr.hで宣言、Epmr.cppで実体を定義。
    • publicなものは、Epmr（コンストラクタ、Epmr.cppの54行目）、~Epmr（デストラクタ、Epmr.cppの64行目）、SetOption（Epmr.cppの682行目）
    • protectedなものは、Initialize（Epmr.cppの168行目）、Step（479行目）、Converged（674行目）
      InitializeOptions(74行目), ReconcileOptions(697行目), GetDoubleOptionValue(), GetIntegerOptionvalue()
      WriteSolution(904行目), WriteAtoms(992行目), CompareToBest(1055行目)
      PrintProgramHeader(746行目), PrintOptionSummary(754行目), ReportSolutions(858行目), ReportSummary(1459行目)
      LoadCell(1173行目), LoadModel(文字ファイルから、1212行目), LoadModel(istreamから、1237行目), LoadReflections(1251行目),
      CreateGlobalOptimizer(1341行目), CreateLocalOptimizer(1357行目),
      CreateMutator(1366行目), CalcStaticStructureContribution(1433行目), CalcTransforms(934行目), CalcSegmentTransforms(969行目)
      StoreAtoms(1143行目), CalcPackingClashes(1560行目), SplitSegments(1505行目),
      SetSpacegroupOptions(1480行目), NormalizeSolution(1671行目)
  • Epmrのコンストラクタ実行。スーパークラスのコンストラクタはEpmrのコンストラクタでオーバーライドされているから、Epmrのコンストラクタ（Epmr.cppの54-60行目）を使う。実質はいろいろな初期化。

• main.cpp 41-133行目で、epmrコマンドラインでのオプション指定を解析し、その指定に従ってepmr.SetOptionによってオプション値設定（たとえばepmr.SetOption( "optimize.assembly", "false" );）
• main.cpp 134-146行目で、オプション以外のパラメタ（ファイル名、cellsource, modelsource, datasource）の解析

• epmr.Optimize(0)の呼出し　（＝実行）

epmr.Optimize(0)以降の動き †

• この時呼び出されるepmr.Optimizeは、Epmr.cppやEpmr.hでは静的には何もされないようなので、スーパークラスのIterativeOptimizerの中のメソッドOptimizeの定義（IterativeOptimizer.hの54-60行目）

  template< class T >
  void IterativeOptimizer< T >::Optimize( T* solution ) {
      Initialize( solution );
      while ( ! Converged() ) {
          Step();
      }
  }

  に従うと考えてよかろう。
  今の時点でのメソッドInitialize, Converged, Stepは、（静的に？？）Epmrのメソッドでオーバーライドされていると思われる。つまりEpmr.cppの186-478行目のInitiazlie、674-681行目のConverged、476-673行目のStepを使うことになる。

• Initialize( solution )の実行
  この時のInitiazlizeはEpmrのものでオーバーライドされているから、Epmr.cppの186-478行目（説明はここ）を使う。

• Convergedが成り立たなければ
  EpmrのConverged（Epmr.cpp 674行目）の内容は

  bool Epmr::Converged() {
      return ( ( maximizing && bestScore > scoreThreshold ) ||
               ( ! maximizing && bestScore < scoreThreshold ) ||
               firstTargetIndex >= (int) cells.size() );
  }

• Stepを繰り返す
  EpmrのStep（Epmr.cpp 479行目〜）の内容はここに説明
  ここで面倒なのは、
  • Epmr::Step内506-518行目で、コマンドラインパラメタのoptimizer指定によって、変数optimizer=CreateGlobalOptimizer, 変数localOptimizer=CreateLocalOptimizerで書き換えておいて、（CreateGlobalOptimizerの中で新しいEvolutionaryOptimizerのインスタンスがnewされる。当然コンストラクタが呼び出されるはず？）
  • Epmr::Step内の519-537行目で、optimizer->Optimize(&best) を呼ぶこと。 つまりOptimizeの中身がパラメタによって変わるので注意。
  • ところで、OptimizeはたとえばEvolutionaryOptimizerのOptimize関数を使うことになる。
  • 実はよく見るとEvolutionaryOptimizerクラスの中でメソッドOptimizeはオーバーライドしていない。従って、CreateGlobalOptimizer関数の戻り値（＝EvolutionaryOptimizerの新しいインスタンス）EvolutionaryOptimizerのメソッドoptimizer->Optimizeを実行すると、結局はIterativeOptimizerのOptimizeメソッドを実行することになるはず。
    
  • つまり

        Initialize( solution );
        while ( ! Converged() ) {
            Step();
        }

    ということになる。
  • InitializeはEvolutionaryOptimizerのInitialize（EvolutionaryOptimizer.hの99行目）を実行するはず。既にEpmrのInitializeは実行済みなので、EvolutionaryOptimizerのInitializeはかなり簡単。

    template < class T >
    void EvolutionaryOptimizer< T >::Initialize( T* aSolution ) {
        solution = aSolution;
        if ( members == 0 ) {
            members = new T[ nMembers ];
            scores = new double[ nMembers ];
            ranks = new double[ nMembers ];
            sortedIndices = new int[ nMembers ];
        }
        creator->Create( members, members + nMembers );
        for ( int i = 0; i < nMembers; i++ ) {
            sortedIndices[ i ] = i;
        }
        ScoreMembers( 0, nMembers - 1 );
        RankMembers();
        generation = 0;
    }

  • while ( ! Converged() )もEvolutionaryOptimizer.hの131行目を実行するはずで

    template < class T >
    bool EvolutionaryOptimizer< T >::Converged() {
        return ( generation >= nSteps );
    }

  • Stepは、EvolutionaryOptimizer.hの118行目で、

    template < class T >
    void EvolutionaryOptimizer< T >::Step() {
        int nSurvivors = selector->CalcNumberOfSurvivors( nMembers, generation, nSteps );
        generation++;
        Regenerate( nSurvivors, nMembers - 1 );
        ScoreMembers( nSurvivors, nMembers - 1 );
        RankMembers();
        // copy the best solution so the output is updated on each step
        *solution = members[ sortedIndices[ 0 ] ];
        if ( reporter != 0 ) reporter->Report( generation, scores, scores + nMembers );
    }

    これをConvergedになるまで繰り返す。これが内側のループということになるのだろう。
    収束したらループ脱出して、Epmr::Stepに戻る。
    • CalcNumberOfSurvivorsは、LinearSelector.hとLinearSelector.cppで定義されており、Selector (LinearSelector)クラスのメソッド。

      int Optimization::LinearSelector::CalcNumberOfSurvivors( int nMembers, int generation, int maxGeneration ) {
          int numSurvivors = (int) ( ( startingSurvivalFraction + 
             ( ( endingSurvivalFraction - startingSurvivalFraction ) * 
               ( (double) generation / (double) maxGeneration ) ) ) * nMembers );
          if ( numSurvivors < 1 ) numSurvivors = 1;
          else if ( numSurvivors > nMembers ) numSurvivors = nMembers;
          return numSurvivors;
      }

    • Regenerateは、EvolutionaryOptimizer.hの155-160行目で

      template< class T >
      void EvolutionaryOptimizer< T >::Regenerate( int firstIndex, int lastIndex ) {
          for ( int i = firstIndex; i <= lastIndex; i++ ) {
              mutator->Mutate( &members[ sortedIndices[ i ] ], firstIndex, this );
          }
      }

      つまりfirstIndexからlastIndexまで、mutator->Mutateを呼び出すらしい。
    • ScoreMembersは、EvolutionaryOptimizer.hの147-152行目で

      template< class T >
      void EvolutionaryOptimizer< T >::ScoreMembers( int firstIndex, int lastIndex ) {
          for ( int i = firstIndex; i <= lastIndex; i++ ) {
              scores[ sortedIndices[ i ] ] = scorer->Score( members[ sortedIndices[ i ] ] );
          }
      }

      だが、scoresを計算している。
    • RankMembersは、EvolutionaryOptimizer.hの139-144行目で

      template < class T >
      void EvolutionaryOptimizer< T >::RankMembers() {
          ranker->Rank( scores, scores + nMembers, ranks );
          EvCompare compare( ranks );
          std::sort( sortedIndices, sortedIndices + nMembers, compare );
      }

      ranker->Rankを呼び出しておき（ranks上で計算？）、関数compare（比較「＜」の代わり）を定義し、そのcompareを使ってstd::sortする？
    • *solutionを置き換え
    • reporter->Report