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#!/usr/bin/env python 

# -*- coding: utf-8 -*- 

 

import os 

from itertools import product 

 

import numpy as np 

import pytest 

 

from chemreac import FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL 

from chemreac.integrate import run 

from chemreac.serialization import load 

from chemreac.chemistry import mk_sn_dict_from_names, Reaction, ReactionSystem 

from chemreac.util.testing import slow, veryslow 

 

from .test_reactiondiffusion import _test_f_and_dense_jac_rmaj 

 

""" 

Test chemical reaction system with 4 species. 

(no diffusion) 

 

A + B -> C           k1=0.3 

 

tests: 

* chemreac.serialization.load 

* chemreac.PyReactionDiffusion.f 

* chemreac.PyReactionDiffusion.dense_jac_rmaj 

* chemreac.PyReactionDiffusion.dense_jac_cmaj 

* chemreac.integrate.run 

* chemreac.chemistry.Reaction 

* chemreac.chemistry.mk_sn_dict_from_names 

* chemreac.chemistry.ReactionSystem 

""" 

 

TR_FLS = (True, False) 

 

JSON_PATH, BLESSED_PATH = map( 

    lambda x: os.path.join(os.path.dirname(__file__), x), 

    ['binary_system.json', 'binary_system_blessed.txt'] 

) 

TRUE_FALSE_PAIRS = list(product(TR_FLS, TR_FLS)) 

C0 = [5.0, 11.0, 7.0] 

D = [0.1, 0.2, 0.3] 

 

 

def test_serialization(): 

    rd = load(JSON_PATH) 

    assert rd.n == 3 

    assert rd.stoich_active == [[0, 1]] 

    assert rd.stoich_prod == [[2]] 

    assert list(rd.k) == [0.3] 

    assert rd.D.tolist() == [0.1, 0.2, 0.3] 

 

 

def _get_ref_f(rd, t0, y0, logy, logt): 

    k = rd.k[0] 

    A, B, C = y0 

 

    ref_f = np.array([-k*A*B, -k*A*B, k*A*B]) 

    if logy: 

        ref_f /= y0 

    if logt: 

        ref_f *= t0 

    return ref_f 

 

 

def _get_ref_J(rd, t0, y0, logy, logt, order='C'): 

    k = rd.k[0] 

    A, B, C = y0 

    if logy: 

        f1, f2, f3 = _get_ref_f(rd, t0, y0, logy, logt) 

        if logt: 

            A *= t0 

            B *= t0 

        ref_J = np.array( 

            [[0,    -k*B,   0], 

             [-k*A,    0,   0], 

             [f3,     f3, -f3]], 

            order=order) 

    else: 

        ref_J = np.array( 

            [[-k*B, -k*A, 0], 

             [-k*B, -k*A, 0], 

             [k*B,   k*A, 0]], 

            order=order) 

        if logt: 

            ref_J *= t0 

 

    return ref_J 

 

 

@pytest.mark.parametrize("log", TRUE_FALSE_PAIRS[::-1]) 

def test_f(log): 

    logy, logt = log 

    N = 1 

    rd = load(JSON_PATH, N=N, logy=logy, logt=logt) 

    y0 = np.array(C0) 

    t0 = 42.0 

    ref_f = _get_ref_f(rd, t0, y0, logy, logt) 

    fout = rd.alloc_fout() 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    rd.f(t, y, fout) 

    assert np.allclose(fout, ref_f) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("log", TRUE_FALSE_PAIRS) 

def test_dense_jac_rmaj(log): 

    logy, logt = log 

    N = 1 

    rd = load(JSON_PATH, N=N, logy=logy, logt=logt) 

    y0 = np.array(C0) 

    t0 = 42.0 

 

    ref_J = _get_ref_J(rd, t0, y0, logy, logt) 

    Jout = np.empty_like(ref_J) 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    rd.dense_jac_rmaj(t, y, Jout) 

 

    assert np.allclose(Jout, ref_J) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("log", TRUE_FALSE_PAIRS) 

def test_dense_jac_cmaj(log): 

    logy, logt = log 

    N = 1 

    rd = load(JSON_PATH, N=N, logy=logy, logt=logt) 

    y0 = np.array(C0) 

    t0 = 42.0 

 

    ref_J = _get_ref_J(rd, t0, y0, logy, logt, order='F') 

    Jout = np.empty_like(ref_J) 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    rd.dense_jac_cmaj(t, y, Jout) 

 

    assert np.allclose(Jout, ref_J) 

 

 

def test_chemistry(): 

    sbstncs = mk_sn_dict_from_names('ABC', D=[.1, .2, .3]) 

    r1 = Reaction({'A': 1, 'B': 1}, {'C': 1}, k=0.3) 

    rsys = ReactionSystem([r1]) 

    rd = rsys.to_ReactionDiffusion(sbstncs) 

    serialized_rd = load(JSON_PATH) 

    assert rd.stoich_active == serialized_rd.stoich_active 

    assert rd.stoich_prod == serialized_rd.stoich_prod 

    assert rd.stoich_inactv == serialized_rd.stoich_inactv 

    assert np.allclose(rd.k, serialized_rd.k) 

    assert np.allclose(rd.D, serialized_rd.D) 

 

 

COMBOS = list(product(TR_FLS, TR_FLS, [1], [FLAT])) 

SLOW_COMBOS = list(product(TR_FLS, TR_FLS, [3], 

                           [FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL])) 

VERYSLOW_COMBOS = list(product(TR_FLS, TR_FLS, [4, 5], 

                               [FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL])) 

 

 

def _test_integrate(params): 

    logy, logt, N, geom = params 

    rd = load(JSON_PATH, N=N, logy=logy, logt=logt, geom=geom) 

 

    y0 = np.array(C0*N) 

 

    ref = np.genfromtxt(BLESSED_PATH) 

    ref_t = ref[:, 0] 

    ref_y = ref[:, 1:rd.n+1] 

 

    t0 = 3.0 

    tend = 5.0+t0 

    nt = 137 

    tout = np.linspace(t0, tend, nt+1) 

    assert np.allclose(tout-t0, ref_t) 

 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, t0, np.log(y0) if logy else y0) 

    integr = run(rd, y0, tout, with_jacobian=True) 

    for i in range(N): 

        assert np.allclose(integr.Cout[:, i, :], ref_y, atol=1e-4) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("params", COMBOS) 

def test_integrate(params): 

    _test_integrate(params) 

 

 

@slow 

@pytest.mark.parametrize("params", SLOW_COMBOS) 

def test_integrate_slow(params): 

    _test_integrate(params) 

 

 

@veryslow 

@pytest.mark.parametrize("params", VERYSLOW_COMBOS) 

def test_integrate_veryslow(params): 

    _test_integrate(params)