LORENE
FFTW3/citcossins.C
1/*
2 * Copyright (c) 1999-2001 Eric Gourgoulhon
3 *
4 * This file is part of LORENE.
5 *
6 * LORENE is free software; you can redistribute it and/or modify
7 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
8 * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
9 * (at your option) any later version.
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11 * LORENE is distributed in the hope that it will be useful,
12 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
14 * GNU General Public License for more details.
15 *
16 * You should have received a copy of the GNU General Public License
17 * along with LORENE; if not, write to the Free Software
18 * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA 02111-1307 USA
19 *
20 */
21
22
23char citcossins_C[] = "$Header: /cvsroot/Lorene/C++/Source/Non_class_members/Coef/FFTW3/citcossins.C,v 1.3 2014/10/13 08:53:20 j_novak Exp $" ;
24
25
26/*
27 * Transformation inverse cos(l*theta) ou sin(l*theta) (suivant la
28 * parite de l'indice m en phi) sur le deuxieme indice (theta)
29 * d'un tableau 3-D representant une fonction symetrique par rapport
30 * au plan z=0.
31 * Utilise la bibliotheuqe fftw.
32 *
33 * Entree:
34 * -------
35 * int* deg : tableau du nombre effectif de degres de liberte dans chacune
36 * des 3 dimensions: le nombre de points de collocation
37 * en theta est nt = deg[1] et doit etre de la forme
38 * nt = 2*p + 1
39 * int* dimc : tableau du nombre d'elements de cc dans chacune des trois
40 * dimensions.
41 * On doit avoir dimc[1] >= deg[1] = nt.
42 *
43 * double* cf : tableau des coefficients c_l de la fonction definis
44 * comme suit (a r et phi fixes)
45 *
46 * pour m pair:
47 * f(theta) = som_{l=0}^{nt-1} c_l sin( l theta ) .
48 * pour m impair:
49 * f(theta) = som_{l=0}^{nt-2} c_l cos( l theta ) .
50 *
51 * L'espace memoire correspondant a ce
52 * pointeur doit etre dimc[0]*dimc[1]*dimc[2] et doit
53 * avoir ete alloue avant l'appel a la routine.
54 * Le coefficient c_l (0 <= l <= nt-1) doit etre stoke dans
55 * le tableau cf comme suit
56 * c_l = cf[ dimc[1]*dimc[2] * j + k + dimc[2] * l ]
57 * ou j et k sont les indices correspondant a
58 * phi et r respectivement.
59 *
60 * int* dimf : tableau du nombre d'elements de ff dans chacune des trois
61 * dimensions.
62 * On doit avoir dimf[1] >= deg[1] = nt.
63 *
64 * Sortie:
65 * -------
66 * double* ff : tableau des valeurs de la fonction aux nt points de
67 * de collocation
68 *
69 * theta_l = pi l/(nt-1) 0 <= l <= nt-1
70 *
71 * L'espace memoire correspondant a ce
72 * pointeur doit etre dimf[0]*dimf[1]*dimf[2] et doit
73 * avoir ete alloue avant l'appel a la routine.
74 * Les valeurs de la fonction sont stokees
75 * dans le tableau ff comme suit
76 * f( theta_l ) = ff[ dimf[1]*dimf[2] * j + k + dimf[2] * l ]
77 * ou j et k sont les indices correspondant a
78 * phi et r respectivement.
79 *
80 * NB: Si le pointeur cf est egal a ff, la routine ne travaille que sur un
81 * seul tableau, qui constitue une entree/sortie.
82 *
83 */
84
85/*
86 * $Id: citcossins.C,v 1.3 2014/10/13 08:53:20 j_novak Exp $
87 * $Log: citcossins.C,v $
88 * Revision 1.3 2014/10/13 08:53:20 j_novak
89 * Lorene classes and functions now belong to the namespace Lorene.
90 *
91 * Revision 1.2 2014/10/06 15:18:50 j_novak
92 * Modified #include directives to use c++ syntax.
93 *
94 * Revision 1.1 2004/12/21 17:06:03 j_novak
95 * Added all files for using fftw3.
96 *
97 * Revision 1.1 2004/11/23 15:13:50 m_forot
98 * Added the bases for the cases without any equatorial symmetry
99 * (T_COSSIN_C, T_COSSIN_S, T_LEG, R_CHEBPI_P, R_CHEBPI_I).
100 *
101 *
102 * $Header: /cvsroot/Lorene/C++/Source/Non_class_members/Coef/FFTW3/citcossins.C,v 1.3 2014/10/13 08:53:20 j_novak Exp $
103 *
104 */
105// headers du C
106#include <cstdlib>
107#include <fftw3.h>
108
109//Lorene prototypes
110#include "tbl.h"
111
112// Prototypage des sous-routines utilisees:
113namespace Lorene {
114fftw_plan back_fft(int, Tbl*&) ;
115double* cheb_ini(const int) ;
116//*****************************************************************************
117
118void citcossins(const int* deg, const int* dimc, double* cf, const int* dimf,
119 double* ff)
120{
121
122int i, j, k ;
123
124// Dimensions des tableaux ff et cf :
125 int n1f = dimf[0] ;
126 int n2f = dimf[1] ;
127 int n3f = dimf[2] ;
128 int n1c = dimc[0] ;
129 int n2c = dimc[1] ;
130 int n3c = dimc[2] ;
131
132// Nombres de degres de liberte en theta :
133 int nt = deg[1] ;
134
135// Tests de dimension:
136 if (nt > n2f) {
137 cout << "citcossins: nt > n2f : nt = " << nt << " , n2f = "
138 << n2f << endl ;
139 abort () ;
140 exit(-1) ;
141 }
142 if (nt > n2c) {
143 cout << "citcossins: nt > n2c : nt = " << nt << " , n2c = "
144 << n2c << endl ;
145 abort () ;
146 exit(-1) ;
147 }
148 if (n1c > n1f) {
149 cout << "citcossins: n1c > n1f : n1c = " << n1c << " , n1f = "
150 << n1f << endl ;
151 abort () ;
152 exit(-1) ;
153 }
154 if (n3c > n3f) {
155 cout << "citcossins: n3c > n3f : n3c = " << n3c << " , n3f = "
156 << n3f << endl ;
157 abort () ;
158 exit(-1) ;
159 }
160
161// Nombre de points pour la FFT:
162 int nm1 = nt - 1;
163 int nm1s2 = nm1 / 2;
164
165// Recherche des tables pour la FFT:
166 Tbl* pg = 0x0 ;
167 fftw_plan p = back_fft(nm1, pg) ;
168 Tbl& g = *pg ;
169
170// Recherche de la table des sin(psi) :
171 double* sinp = cheb_ini(nt);
172
173// boucle sur phi et r (les boucles vont resp. de 0 a dimf[0]-1
174// et 0 a dimf[2])
175
176 int n2n3f = n2f * n3f ;
177 int n2n3c = n2c * n3c ;
178
179//=======================================================================
180// Cas m pair
181//=======================================================================
182
183 j = 0 ;
184
185 while (j<n1f-1) { //le dernier coef en phi n'est pas considere
186 // (car nul)
187
188//--------------------------------------------------------------------------
189// partie cos(m phi) avec m pair : transformation sin(l theta) inv.
190//--------------------------------------------------------------------------
191
192 for (k=0; k<n3c; k++) {
193
194 int i0 = n2n3c * j + k ; // indice de depart
195 double* cf0 = cf + i0 ; // tableau des donnees a transformer
196
197 i0 = n2n3f * j + k ; // indice de depart
198 double* ff0 = ff + i0 ; // tableau resultat
199
200// Coefficients impairs de G
201//--------------------------
202
203 for (i=2; i<nm1; i += 2 ) g.set(nm1-i/2) = -0.5 * cf0[ n3c*i ] ;
204
205// Coefficients pairs de G
206//------------------------
207
208 g.set(0) = .5 * cf0[n3c] ;
209 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
210 g.set(i/2) = .25 * ( cf0[ n3c*i ] - cf0[ n3c*(i-2) ] ) ;
211 }
212 g.set(nm1s2) = - .5 * cf0[ n3c*(nt-2) ] ;
213
214// Transformation de Fourier inverse de G
215//---------------------------------------
216
217// FFT inverse
218 fftw_execute(p) ;
219
220// Valeurs de f deduites de celles de G
221//-------------------------------------
222
223 for ( i = 1; i < nm1s2 ; i++ ) {
224// ... indice du pt symetrique de psi par rapport a pi/2:
225 int isym = nm1 - i ;
226
227 double fp = 0.5 * ( g(i) + g(isym) ) / sinp[i] ;
228 double fm = 0.5 * ( g(i) - g(isym) ) ;
229 ff0[ n3f*i ] = fp + fm ;
230 ff0[ n3f*isym ] = fp - fm ;
231 }
232
233//... cas particuliers:
234 ff0[0] = 0. ;
235 ff0[ n3f*nm1 ] = -2*g(0) ;
236 ff0[ n3f*nm1s2 ] = g(nm1s2) ;
237 } // fin de la boucle sur r
238
239//--------------------------------------------------------------------------
240// partie sin(m phi) avec m pair : transformation sin(l theta) inv.
241//--------------------------------------------------------------------------
242
243 j++ ;
244
245 if ( j != n1f-1 ) {
246// on effectue le calcul seulement dans les cas ou les coef en phi ne sont
247// pas nuls
248
249 for (k=0; k<n3c; k++) {
250
251 int i0 = n2n3c * j + k ; // indice de depart
252 double* cf0 = cf + i0 ; // tableau des donnees a transformer
253
254 i0 = n2n3f * j + k ; // indice de depart
255 double* ff0 = ff + i0 ; // tableau resultat
256
257// Coefficients impairs de G
258//--------------------------
259
260 for (i=2; i<nm1; i += 2 ) g.set(nm1-i/2) = -0.5 * cf0[ n3c*i ] ;
261
262// Coefficients pairs de G
263//------------------------
264
265 g.set(0) = .5 * cf0[n3c] ;
266 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
267 g.set(i/2) = .25 * ( cf0[ n3c*i ] - cf0[ n3c*(i-2) ] ) ;
268 }
269 g.set(nm1s2) = - .5 * cf0[ n3c*(nt-2) ] ;
270
271// Transformation de Fourier inverse de G
272//---------------------------------------
273
274// FFT inverse
275 fftw_execute(p) ;
276
277// Valeurs de f deduites de celles de G
278//-------------------------------------
279
280 for ( i = 1; i < nm1s2 ; i++ ) {
281// ... indice du pt symetrique de psi par rapport a pi/2:
282 int isym = nm1 - i ;
283
284 double fp = 0.5 * ( g(i) + g(isym) ) / sinp[i] ;
285 double fm = 0.5 * ( g(i) - g(isym) ) ;
286 ff0[ n3f*i ] = fp + fm ;
287 ff0[ n3f*isym ] = fp - fm ;
288 }
289
290//... cas particuliers:
291 ff0[0] = 0. ;
292 ff0[ n3f*nm1 ] = -2*g(0) ;
293 ff0[ n3f*nm1s2 ] = g(nm1s2) ;
294 } // fin de la boucle sur r
295
296 } // fin du cas ou le calcul etait necessaire (i.e. ou les
297 // coef en phi n'etaient pas nuls)
298
299// On passe au cas m pair suivant:
300 j+=3 ;
301
302 } // fin de la boucle sur les cas m pair
303
304 if (n1f<=3) // cas m=0 seulement (symetrie axiale)
305 return ;
306
307//=======================================================================
308// Cas m impair
309//=======================================================================
310
311 j = 2 ;
312
313 while (j<n1f-1) { //le dernier coef en phi n'est pas considere
314 // (car nul)
315
316//-----------------------------------------------------------------------
317// partie cos(m phi) avec m impair : transformation cos( l theta) inverse
318//-----------------------------------------------------------------------
319
320 for (k=0; k<n3c; k++) {
321
322 int i0 = n2n3c * j + k ; // indice de depart
323 double* cf0 = cf + i0 ; // tableau des donnees a transformer
324
325 i0 = n2n3f * j + k ; // indice de depart
326 double* ff0 = ff + i0 ; // tableau resultat
327
328
329// Coefficients impairs de G
330//--------------------------
331
332 double c1 = cf0[n3c] ;
333
334 double som = 0;
335 ff0[n3f] = 0 ;
336 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
337 ff0[ n3f*i ] = cf0[ n3c*i ] - c1 ;
338 som += ff0[ n3f*i ] ;
339 }
340
341// Valeur en theta=0 de la partie antisymetrique de F, F_ :
342 double fmoins0 = nm1s2 * c1 + som ;
343
344// Coef. impairs de G
345// NB: le facteur 0.25 est du a la normalisation de fftw; si fftw
346// donnait exactement les coef. des sinus, ce facteur serait -0.5.
347 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
348 g.set(nm1-i/2) = 0.25 * ( ff0[ n3f*i ] - ff0[ n3f*(i-2) ] ) ;
349 }
350
351
352// Coefficients pairs de G
353//------------------------
354// Ces coefficients sont egaux aux coefficients pairs du developpement de
355// f.
356// NB: le facteur 0.5 est du a la normalisation de fftw; si fftw
357// donnait exactement les coef. des cosinus, ce facteur serait 1.
358
359 g.set(0) = cf0[0] ;
360 for (i=1; i<nm1s2; i++ ) g.set(i) = 0.5 * cf0[ n3c*2*i ] ;
361 g.set(nm1s2) = cf0[ n3c*nm1 ] ;
362
363// Transformation de Fourier inverse de G
364//---------------------------------------
365
366// FFT inverse
367 fftw_execute(p) ;
368
369// Valeurs de f deduites de celles de G
370//-------------------------------------
371
372 for ( i = 1; i < nm1s2 ; i++ ) {
373// ... indice du pt symetrique de psi par rapport a pi/2:
374 int isym = nm1 - i ;
375
376 double fp = 0.5 * ( g(i) + g(isym) ) ;
377 double fm = 0.5 * ( g(i) - g(isym) ) / sinp[i] ;
378 ff0[ n3f*i ] = fp + fm ;
379 ff0[ n3f*isym ] = fp - fm ;
380 }
381
382//... cas particuliers:
383 ff0[0] = g(0) + fmoins0 ;
384 ff0[ n3f*nm1 ] = g(0) - fmoins0 ;
385 ff0[ n3f*nm1s2 ] = g(nm1s2) ;
386
387 } // fin de la boucle sur r
388
389//-----------------------------------------------------------------------
390// partie sin(m phi) avec m impair : transformation cos(l theta) inverse
391//-----------------------------------------------------------------------
392
393 j++ ;
394
395 if ( (j != 1) && (j != n1f-1 ) ) {
396// on effectue le calcul seulement dans les cas ou les coef en phi ne sont
397// pas nuls
398
399 for (k=0; k<n3c; k++) {
400
401 int i0 = n2n3c * j + k ; // indice de depart
402 double* cf0 = cf + i0 ; // tableau des donnees a transformer
403
404 i0 = n2n3f * j + k ; // indice de depart
405 double* ff0 = ff + i0 ; // tableau resultat
406
407// Coefficients impairs de G
408//--------------------------
409
410 double c1 = cf0[n3c] ;
411
412 double som = 0;
413 ff0[n3f] = 0 ;
414 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
415 ff0[ n3f*i ] = cf0[ n3c*i ] - c1 ;
416 som += ff0[ n3f*i ] ;
417 }
418
419// Valeur en theta=0 de la partie antisymetrique de F, F_ :
420 double fmoins0 = nm1s2 * c1 + som ;
421
422// Coef. impairs de G
423// NB: le facteur 0.25 est du a la normalisation de fftw; si fftw
424// donnait exactement les coef. des sinus, ce facteur serait -0.5.
425 for ( i = 3; i < nt; i += 2 ) {
426 g.set(nm1-i/2) = 0.25 * ( ff0[ n3f*i ] - ff0[ n3f*(i-2) ] ) ;
427 }
428
429
430// Coefficients pairs de G
431//------------------------
432// Ces coefficients sont egaux aux coefficients pairs du developpement de
433// f.
434// NB: le facteur 0.5 est du a la normalisation de fftw; si fftw
435// donnait exactement les coef. des cosinus, ce facteur serait 1.
436
437 g.set(0) = cf0[0] ;
438 for (i=1; i<nm1s2; i++ ) g.set(i) = 0.5 * cf0[ n3c*2*i ] ;
439 g.set(nm1s2) = cf0[ n3c*nm1 ] ;
440
441// Transformation de Fourier inverse de G
442//---------------------------------------
443
444// FFT inverse
445 fftw_execute(p) ;
446
447// Valeurs de f deduites de celles de G
448//-------------------------------------
449
450 for ( i = 1; i < nm1s2 ; i++ ) {
451// ... indice du pt symetrique de psi par rapport a pi/2:
452 int isym = nm1 - i ;
453
454 double fp = 0.5 * ( g(i) + g(isym) ) ;
455 double fm = 0.5 * ( g(i) - g(isym) ) / sinp[i] ;
456 ff0[ n3f*i ] = fp + fm ;
457 ff0[ n3f*isym ] = fp - fm ;
458 }
459
460//... cas particuliers:
461 ff0[0] = g(0) + fmoins0 ;
462 ff0[ n3f*nm1 ] = g(0) - fmoins0 ;
463 ff0[ n3f*nm1s2 ] = g(nm1s2) ;
464 } // fin de la boucle sur r
465
466 } // fin du cas ou le calcul etait necessaire (i.e. ou les
467 // coef en phi n'etaient pas nuls)
468
469// On passe au cas m impair suivant:
470 j+=3 ;
471
472 } // fin de la boucle sur les cas m impair
473
474}
475}
Lorene prototypes.
Definition app_hor.h:64