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#!/usr/bin/env python 

# -*- coding: utf-8 -*- 

 

from __future__ import ( 

    print_function, division, absolute_import, unicode_literals 

) 

 

from itertools import product 

import os 

 

import numpy as np 

import pytest 

 

from chemreac import ReactionDiffusion, FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL 

from chemreac.integrate import run, Integration 

 

""" 

Tests the integration routine for the 

chemical reaction system. (no diffusion) 

""" 

 

LOG_COMOBS = list(product([True, False], [True, False])) 

 

 

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

def test_decay(log): 

    # A -> B 

    n = 2 

    logy, logt = log 

    k0 = 0.13 

    rd = ReactionDiffusion(n, [[0]], [[1]], k=[k0], logy=logy, logt=logt) 

    y0 = [3.0, 1.0] 

    t0, tend, nt = 5.0, 17.0, 42 

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

 

    integr = run(rd, y0, tout) 

    yref = np.array([y0[0]*np.exp(-k0*(tout-t0)), 

                     y0[1]+y0[0]*(1-np.exp(-k0*(tout-t0)))]).transpose() 

    assert np.allclose(integr.Cout[:, 0, :], yref) 

 

 

def test_decay_solver_kwargs_env(): 

    key = 'CHEMREAC_SOLVER_KWARGS' 

    try: 

        ori_val = os.environ.pop(key) 

    except KeyError: 

        ori_val = None 

    os.environ[key] = "{'rtol': 1e-9}" 

    test_decay(LOG_COMOBS[0]) 

    if ori_val is not None: 

        os.environ[key] = ori_val 

    else: 

        os.environ.pop(key) 

 

 

def test_autodimerization(): 

    # A + A -> B 

    from chemreac.chemistry import ( 

        Reaction, ReactionSystem, mk_sn_dict_from_names 

    ) 

    sbstncs = mk_sn_dict_from_names('AB') 

    k = 3.0 

    r1 = Reaction({'A': 2}, {'B': 1}, k=k) 

    rsys = ReactionSystem([r1]) 

    rd = rsys.to_ReactionDiffusion(sbstncs) 

    t = np.linspace(0, 5, 3) 

    A0, B0 = 1.0, 0.0 

    integr = run(rd, [A0, B0], t) 

    Aref = 1/(1/A0+2*k*t) 

    yref = np.vstack((Aref, (A0-Aref)/2)).transpose() 

    assert np.allclose(integr.yout[:, 0, :], yref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("log_geom", product( 

    LOG_COMOBS, (FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL))) 

def test_ReactionDiffusion_fields_and_g_values(log_geom): 

    # modulation in x means x_center 

    # A -> B # mod1 (x**2) 

    # C -> D # mod1 (x**2) 

    # E -> F # mod2 (sqrt(x)) 

    # G -> H # no modulation 

    (logy, logt), geom = log_geom 

    k = np.array([3.0, 7.0, 13.0, 22.0]) 

    N = 5 

    n = 8 

    D = np.zeros(n) 

    x = np.linspace(3, 7, N+1) 

    xc = x[:-1] + np.diff(x)/2 

    fields = [[xc[i]*xc[i] for i in range(N)], 

              [xc[i]*xc[i] for i in range(N)], 

              [xc[i]**0.5 for i in range(N)]] 

    g_values = [[-k[0], k[0], 0, 0, 0, 0, 0, 0], 

                [0, 0, -k[1], k[1], 0, 0, 0, 0], 

                [0, 0, 0, 0, -k[2], k[2], 0, 0]] 

    g_value_parents = [0, 2, 4] 

    rd = ReactionDiffusion( 

        n, 

        [[i] for i in range(n-2, n, 2)], 

        [[i] for i in range(n-1, n, 2)], 

        k=k[3:], N=N, D=D, x=x, fields=fields, 

        g_values=g_values, g_value_parents=g_value_parents, 

        logy=logy, logt=logt, geom=geom 

    ) 

    assert rd.n == n 

    assert rd.N == N 

    assert np.allclose(rd.D, D) 

    assert np.allclose(rd.k, k[3:]) 

    assert np.allclose(rd.xcenters, xc) 

    assert np.allclose(rd.fields, fields) 

    assert np.allclose(rd._g_values, g_values) 

    y0 = np.array([[13.0, 23.0, 32.0, 43.0, 12.0, 9.5, 17.0, 27.5]*N]) 

    y0 = y0.flatten() 

    t0, tend, nt = 1.0, 1.1, 42 

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

 

    integr = run(rd, y0, tout, atol=1e-11, rtol=1e-11, with_jacobian=True) 

 

    def _get_bkf(bi, ri): 

        if ri < 2: 

            return xc[bi]*xc[bi] 

        elif ri < 3: 

            return xc[bi]**0.5 

        else: 

            return 1.0 

 

    yref = np.hstack([ 

        np.hstack([ 

            np.array([ 

                y0[i]*np.exp(-_get_bkf(bi, i/2)*k[i/2]*(tout-t0)), 

                y0[i+1]+y0[i]*(1-np.exp(-_get_bkf(bi, i/2)*k[i/2]*(tout-t0))) 

            ]).transpose() for i in range(0, n, 2) 

        ]) for bi in range(N)]) 

    assert np.allclose(integr.Cout.flatten(), yref.flatten()) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N_wjac_geom", product( 

    [64, 128], [False, True], (FLAT, CYLINDRICAL, SPHERICAL))) 

def test_integrate__only_1_species_diffusion__mass_conservation(N_wjac_geom): 

    N, wjac, geom = N_wjac_geom 

    # Test that mass convervation is fulfilled wrt diffusion. 

    x = np.linspace(0.01*N, N, N+1) 

    y0 = (x[0]/2/N+x[1:]/N)**2 

 

    sys = ReactionDiffusion(1, [], [], [], N=N, D=[0.02*N], x=x, geom=geom, 

                            nstencil=3, lrefl=True, rrefl=True) 

    debug = False 

    if debug:  # From debugging / test design 

        import matplotlib.pyplot as plt 

        plt.subplot(2, 1, 1) 

        plt.plot(sys.xcenters, y0) 

        plt.xlabel('x') 

        plt.ylabel('y0') 

 

    tout = np.linspace(0, 10.0, 50) 

    atol, rtol = 1e-6, 1e-8 

    integr = run(sys, y0, tout, atol=atol, rtol=rtol, with_jacobian=wjac, 

                 method='adams') 

    yout = integr.yout[:, :, 0] 

    x /= N 

    if geom == FLAT: 

        yprim = yout*(x[1:]**1 - x[:-1]**1) 

    elif geom == CYLINDRICAL: 

        yprim = yout*(x[1:]**2 - x[:-1]**2) 

    elif geom == SPHERICAL: 

        yprim = yout*(x[1:]**3 - x[:-1]**3) 

    else: 

        raise 

 

    ybis = np.sum(yprim, axis=1) 

 

    if debug:  # From debugging / test design 

        plt.subplot(2, 1, 2) 

        plt.plot(ybis-ybis[0]) 

        plt.xlabel('t') 

        plt.ylabel('tot y - tot y0') 

        plt.show() 

        print(y0) 

        print(np.average(ybis) - ybis) 

        print(np.average(ybis)) 

    assert np.allclose(np.average(ybis), ybis, atol=atol, rtol=rtol) 

 

 

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

def test_integrators(log): 

    logy, logt = log 

    t0, tend, nt = 5.0, 17.0, 42 

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

 

    # Update the dict if more integrators are added: 

    solver_kwargs = { 

        'scipy1': { 

            'atol': [1e-8, 1e-8], 

            'rtol': 1e-8, 

            'tout': tout 

        }, 

        'scipy2': { 

            'atol': 1e-8, 

            'rtol': 1e-8, 

            'tout': (t0, tend), 

            'dense_output': True 

        }, 

        'sundials1': { 

            'atol': [1e-8, 1e-8], 

            'rtol': 1e-8, 

            'method': 'bdf', 

            'tout': tout 

        }, 

        'sundials2': { 

            'atol': 1e-8, 

            'rtol': 1e-8, 

            'method': 'adams', 

            'tout': tout, 

            'C0_is_log': True 

        } 

    } 

 

    # A -> B 

    n = 2 

    k0 = 0.13 

    rd = ReactionDiffusion(n, [[0]], [[1]], k=[k0], logy=logy, logt=logt) 

    y0 = [3.0, 1.0] 

 

    results = [] 

    for solver, kwargs in solver_kwargs.items(): 

        _y0 = np.log(y0) if kwargs.get('C0_is_log', False) else y0 

        integr = Integration(solver[:-1], rd, _y0, **kwargs) 

        if not kwargs.get('dense_output', False): 

            results.append(integr.Cout) 

 

    for result in results[1:]: 

        assert np.allclose(results[0][0], result[0])