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# -*- coding: utf-8 -*- 

 

from __future__ import division, print_function 

 

from itertools import product 

import os 

 

import numpy as np 

import pytest 

 

from chemreac import ReactionDiffusion, FLAT, SPHERICAL, CYLINDRICAL 

from chemreac.symbolic import SymRD 

from chemreac.util.banded import get_banded 

from chemreac.util.compressed_jac_store import get_compressed 

from chemreac.util.grid import padded_centers, stencil_pxci_lbounds, pxci_to_bi 

from chemreac.util.testing import slow 

 

TR_FLS = [True, False] 

TRUE_FALSE_PAIRS = list(product(TR_FLS, TR_FLS)) 

 

 

def _test_f(rd, t, y, fref=None): 

    fout = rd.alloc_fout() 

    rd.f(t, np.asarray(y, dtype=np.float64), fout) 

    if fref is None: 

        fref = fout 

    else: 

        assert np.allclose(fout, fref) 

        if isinstance(rd, SymRD): 

            return 

    _test_f(SymRD.from_rd(rd), t, y, fref) 

 

 

def _test_dense_jac_rmaj(rd, t, y, jref=None): 

    jout = rd.alloc_jout(banded=False) 

    rd.dense_jac_rmaj(t, np.asarray(y, dtype=np.float64), jout) 

    atol = 1e-13 

    rtol = 1e-13 

    if jref is None: 

        jref = jout 

    else: 

        # Not perfect Jacobian 

        # only nearest neighbour 

        # assert np.allclose(jout, jref) 

        # ...hence: 

        for ri in range(rd.ny): 

            for ci in range(max(0, ri-rd.n), min(rd.ny, ri+rd.n+1)): 

                out, ref = jout[ri, ci], jref[ri, ci] 

                assert abs(out - ref) < atol + rtol*abs(ref) 

        if isinstance(rd, SymRD): 

            return 

    _test_dense_jac_rmaj(SymRD.from_rd(rd), t, y, jref) 

 

 

def _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, t, y, fref=None, jref=None): 

    _test_f(rd, t, y, fref) 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t, y, jref) 

 

 

def test_autobinary(): 

    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) 

 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, [1, 37], [-2*3, 3]) 

 

 

def test_ReactionDiffusion__f__wrong_fout_dimension(): 

    y0 = np.array([2.0, 3.0]) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

    rd = ReactionDiffusion(2, [[0]], [[1]], [k]) 

    fout = np.ones((1,))*99  # fout too small 

    with pytest.raises(AssertionError): 

        rd.f(0.0, y0, fout) 

 

 

def test_ReactionDiffusion__too_few_species(): 

    # Ensure exception raised when referencing species indices > (n-1) 

    # A -> B 

    n = 1  # wrong: A, B makes 2 

    with pytest.raises(RuntimeError): 

        ReactionDiffusion(n, [[0]], [[1]], [5.0]) 

 

 

# @pytest.mark.parametrize("logx", [1, 3, 4]) 

def test_ReactionDiffusion__lenx_2(): 

    N = 27 

    rd = ReactionDiffusion(2, [[0]], [[1]], [5.0], N=N, x=(1, 5), D=(1, 1)) 

    assert rd.x.size == N + 1 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_reaction(N): 

    t0 = 3.0 

    y0 = np.array([2.0, 3.0]*N) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

    rd = ReactionDiffusion(2, [[0]], [[1]], [k], N, D=[0.0, 0.0]) 

    fref = np.array([-10.0, 10.0]*N) 

    _test_f(rd, t0, y0, fref) 

 

    jref = np.zeros((2*N, 2*N)) 

    for i in range(N): 

        jref[i*2,   i*2] = -k 

        jref[i*2+1, i*2] = k 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t0, y0, jref) 

 

 

def test_ReactionDiffusion__actv_1(): 

    y0 = np.array([2.0, 3.0, 7.0]) 

    k = 5.0 

    # A + C -(+A)-> B + C 

    rd = ReactionDiffusion(3, [[0, 2]], [[1, 2]], [k], stoich_inactv=[[0]]) 

    r = k*y0[0]*y0[2] 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, y0, [-2*r, r, 0]) 

 

 

def test_ReactionDiffusion__actv_2(): 

    y0 = np.array([2.0, 3.0, 9.0]) 

    k = 5.0 

    # A + C --(+A+5*C)--> B 

    rd = ReactionDiffusion(3, [[0, 2]], [[1]], [k], 

                           stoich_inactv=[[0, 2, 2, 2, 2, 2]]) 

    r = k*y0[0]*y0[2] 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, y0, [-2*r, r, -6*r]) 

 

 

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

def test_ReactionDiffusion__lrefl_3(log): 

    # Diffusion without reaction 

    # 3 bins 

    t0 = 3.0 

    logy, logt = log 

    D = 17.0 

    y0 = np.array([23.0, 27.0, 37.0]) 

    x = [5.0, 9.0, 13.0, 15.0] 

    nstencil = 3 

    xc = [3.0, 7.0, 11.0, 14.0, 16.0] 

 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[D], x=x, logy=logy, 

                           nstencil=nstencil, logt=logt, 

                           lrefl=True, rrefl=False) 

    assert np.allclose(rd._xc, xc) 

 

    # In [7]: xlst=[0, 3, 7, 11, 14] 

    # In [8]: print(finite_diff_weights(2, xlst[1:4], x0=xlst[2])[-1][-1]) 

    # [1/16, -1/8, 1/16] 

    # In [9]: print(finite_diff_weights(2, xlst[2:5], x0=xlst[3])[-1][-1]) 

    # [1/14, -1/6, 2/21] 

    # In [10]: print(finite_diff_weights(2, xlst[2:5], x0=xlst[4])[-1][-1]) 

    # [1/14, -1/6, 2/21] 

 

    D_weight_ref = np.array([1/16, -1/8, 1/16, 1/14, -1/6, 

                             2/21, 1/14, -1/6, 2/21]) 

    assert np.allclose(rd.D_weight, D_weight_ref) 

 

    fref = np.array([ 

        1/16*y0[0] - 1/8*y0[0] + 1/16*y0[1],  # lrefl=True 

        1/14*y0[0] - 1/6*y0[1] + 2/21*y0[2], 

        1/14*y0[0] - 1/6*y0[1] + 2/21*y0[2],  # rrefl=False 

    ])*D 

 

    if logy: 

        fref /= y0 

    if logt: 

        fref *= t0 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    _test_f(rd, t, y, fref) 

 

    if logy: 

        jref = D*np.array([ 

            [ 

                -1/16*y0[1]/y0[0], 

                1/16*y0[1]/y0[0], 

                0 

            ], 

            [ 

                1/14*y0[0]/y0[1], 

                -1/14*y0[0]/y0[1] - 2/21*y0[2]/y0[1], 

                2/21*y0[2]/y0[1] 

            ], 

            [ 

                1/14*y0[0]/y0[2], 

                -1/6*y0[1]/y0[2], 

                -1/14*y0[0]/y0[2] + 1/6*y0[1]/y0[2] 

            ] 

        ]) 

    else: 

        jref = D*np.array([ 

            [1/16-1/8, 1/16, 0], 

            [1/14, -1/6, 2/21], 

            [1/14, -1/6, 2/21], 

        ]) 

 

    if logt: 

        jref *= t0 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t, y, jref) 

 

 

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

def test_ReactionDiffusion__rrefl_3(log): 

    # Diffusion without reaction 

    # 3 bins 

    t0 = 3.0 

    logy, logt = log 

    D = 17.0 

    y0 = np.array([23.0, 27.0, 37.0]) 

    x = [5.0, 9.0, 13.0, 15.0] 

    nstencil = 3 

    xc = [3.0, 7.0, 11.0, 14.0, 16.0] 

 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[D], x=x, logy=logy, 

                           nstencil=nstencil, logt=logt, 

                           lrefl=False, rrefl=True) 

    assert np.allclose(rd._xc, xc) 

 

    # In [7]: xlst=[3, 7, 11, 14, 16] 

    # In [8]: print(finite_diff_weights(2, xlst[1:4], x0=xlst[1])[-1][-1]) 

    # [1/14, -1/6, 2/21] 

    # In [9]: print(finite_diff_weights(2, xlst[1:4], x0=xlst[2])[-1][-1]) 

    # [1/14, -1/6, 2/21] 

    # In [10]: print(finite_diff_weights(2, xlst[2:5], x0=xlst[3])[-1][-1]) 

    # [2/15, -1/3, 1/5] 

    D_weight_ref = np.array([1/14, -1/6, 2/21, 1/14, 

                             -1/6, 2/21, 2/15, -1/3, 1/5]) 

    assert np.allclose(rd.D_weight, D_weight_ref) 

 

    fref = np.array([ 

        1/14*y0[0] - 1/6*y0[1] + 2/21*y0[2],  # lrefl=False 

        1/14*y0[0] - 1/6*y0[1] + 2/21*y0[2], 

        2/15*y0[1] - 1/3*y0[2] + 1/5*y0[2],  # rrefl=True 

    ])*D 

 

    if logy: 

        fref /= y0 

    if logt: 

        fref *= t0 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    _test_f(rd, t, y, fref) 

 

    if logy: 

        jref = D*np.array([ 

            [ 

                1/6*y0[1]/y0[0] - 2/21*y0[2]/y0[0], 

                -1/6*y0[1]/y0[0], 

                2/21*y0[2]/y0[0] 

            ], 

            [ 

                1/14*y0[0]/y0[1], 

                -1/14*y0[0]/y0[1] - 2/21*y0[2]/y0[1], 

                2/21*y0[2]/y0[1] 

            ], 

            [ 

                0, 

                2/15*y0[1]/y0[2], 

                -2/15*y0[1]/y0[2] 

            ] 

        ]) 

    else: 

        jref = D*np.array([ 

            [1/14, -1/6, 2/21], 

            [1/14, -1/6, 2/21], 

            [0,    2/15, 1/5-1/3] 

        ]) 

 

    if logt: 

        jref *= t0 

 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t, y, jref) 

 

 

@slow 

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

def test_ReactionDiffusion__lrefl_7(log): 

    # Diffusion without reaction (7 bins) 

    from sympy import finite_diff_weights 

    lrefl, rrefl = True, False 

    N = 7 

    t0 = 3.0 

    logy, logt = log 

    D = 17.0 

    nstencil = 5 

    nsidep = (nstencil-1)//2 

    x = np.array([3, 5, 13, 17, 23, 25, 35, 37], dtype=np.float64) 

    y0 = np.array([12, 8, 11, 5, 7, 4, 9], dtype=np.float64) 

    xc_ = padded_centers(x, nsidep) 

    lb = stencil_pxci_lbounds(nstencil, N, lrefl=lrefl, rrefl=rrefl) 

 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[D], x=x, logy=logy, 

                           logt=logt, N=N, nstencil=nstencil, 

                           lrefl=lrefl, rrefl=rrefl) 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    le = nsidep if lrefl else 0 

    D_weight_ref = np.array([ 

        finite_diff_weights( 

            2, xc_[lb[i]:lb[i]+nstencil], x0=xc_[le+i])[-1][-1] 

        for i in range(N)], dtype=np.float64) 

    assert np.allclose(rd.D_weight, D_weight_ref.flatten()) 

 

    yi = pxci_to_bi(nstencil, N) 

 

    fref = D*np.array([ 

        sum([rd.D_weight[i*nstencil+j]*y0[yi[lb[i]+j]] 

             for j in range(nstencil)]) 

        for i in range(N) 

    ]) 

 

    if logy: 

        fref /= y0 

    if logt: 

        fref *= t0 

 

    _test_f(rd, t, y, fref) 

 

    if logy: 

        def cb(i, j): 

            if abs(i-j) > 1: 

                return 0  # imperfect Jacobian 

            elif i == j: 

                res = 0 

                for k in range(nstencil): 

                    cyi = yi[lb[i] + k]  # current y index 

                    if cyi != i: 

                        res -= y0[cyi]/y0[i]*rd.D_weight[i*nstencil + k] 

                return res 

            else: 

                res = 0 

                for k in range(nstencil): 

                    cyi = yi[lb[i] + k]  # current y index 

                    if cyi == j: 

                        res += y0[j]/y0[i]*rd.D_weight[i*nstencil + k] 

                return res 

    else: 

        def cb(i, j): 

            if abs(i-j) > 1: 

                return 0  # imperfect Jacobian 

            res = 0 

            for k in range(nstencil): 

                if yi[lb[i]+k] == j: 

                    res += rd.D_weight[i*nstencil + k] 

            return res 

    jref = D*np.array([cb(i, j) for i, j in product( 

        range(N), range(N))]).reshape(N, N) 

    if logt: 

        jref *= t0 

 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t, y, jref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4, 5]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_reaction__logy(N): 

    # See <test_ReactionDiffusion__only_1_reaction__logy.png> 

    t0 = 3.0 

    y0 = np.array([2.0, 3.0]*N) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

    rd = ReactionDiffusion(2, [[0]], [[1]], [k], N, D=[0.0, 0.0], logy=True) 

    fref = np.array([(-k, k*y0[i*2]/y0[i*2+1]) for i in range(N)]).flatten() 

    _test_f(rd, t0, np.log(y0), fref) 

 

    jref = np.zeros((2*N, 2*N)) 

    for i in range(N): 

        A = y0[i*2] 

        B = y0[i*2+1] 

        jref[i*2+1, i*2] = k/B*A 

        jref[i*2+1, i*2+1] = -k/B*A 

    _test_dense_jac_rmaj(rd, t0, np.log(y0), jref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4, 5]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_reaction__logy__logt(N): 

    # See <test_ReactionDiffusion__only_1_reaction__logy_logt.png> 

    t0 = 3.0 

    y0 = np.array([2.0, 3.0]*N) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

    rd = ReactionDiffusion(2, [[0]], [[1]], [k], N, D=[0.0, 0.0], 

                           logy=True, logt=True) 

    fref = np.array([(-k*t0, t0*k*y0[i*2]/y0[i*2+1]) 

                     for i in range(N)]).flatten() 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, np.log(t0), np.log(y0), fref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4, 5]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_field_dep_reaction(N): 

    y0 = np.concatenate([np.array([2.0, 3.0])/(x+1) for x in range(N)]) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

    rd = ReactionDiffusion(2, [], [], [], N, D=[0.0, 0.0], 

                           fields=[[x + 1 for x in range(N)]], 

                           g_values=[[-k, k]], 

                           g_value_parents=[0]) 

    fref = [-10.0, 10.0]*N 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0.0, y0, fref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4, 5]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_field_dep_reaction_logy(N): 

    y0 = np.concatenate([np.array([2.0, 3.0])/(x+1) for x in range(N)]) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

 

    rd = ReactionDiffusion(2, [], [], [], N, D=[0.0, 0.0], 

                           fields=[[x+1 for x in range(N)]], 

                           g_values=[[-k, k]], 

                           g_value_parents=[0], logy=True) 

 

    def k_(bi): 

        return k*(bi+1) 

 

    fref = np.array([(-k_(i), k_(i)*y0[i*2]/y0[i*2+1]) 

                     for i in range(N)]).flatten() 

    if N == 1: 

        jref = np.array([[0, 0], 

                         [k*y0[0]/y0[1], -k*y0[0]/y0[1]]]) 

    else: 

        jref = None 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, np.log(y0), fref, jref) 

 

 

@pytest.mark.parametrize("N", [1, 3, 4, 5]) 

def test_ReactionDiffusion__only_1_field_dep_reaction_logy_logt(N): 

    t0 = 3.0 

    y0 = np.concatenate([np.array([2.0, 3.0])/(x+1) for x in range(N)]) 

    k = 5.0 

    # A -> B 

 

    rd = ReactionDiffusion(2, [], [], [], N, D=[0.0, 0.0], 

                           fields=[[x+1 for x in range(N)]], 

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

                           logy=True, logt=True) 

 

    def k_(bi): 

        return k*(bi+1) 

 

    fref = np.array([(-k_(i)*t0, k_(i)*t0*y0[i*2]/y0[i*2+1]) 

                     for i in range(N)]).flatten() 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, np.log(t0), np.log(y0), fref) 

 

 

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

def test_ReactionDiffusion__only_1_species_diffusion_3bins(log): 

    # Diffusion without reaction 

    # 3 bins 

    t0 = 3.0 

    logy, logt = log 

    D = 17.0 

    y0 = np.array([23.0, 27.0, 37.0]) 

    N = 3 

    x = [5.0, 7.0, 13.0, 15.0] 

    xc = [4.0, 6.0, 10.0, 14.0, 16.0] 

    nstencil = 3 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[D], x=x, N=N, logy=logy, 

                           logt=logt, lrefl=False, rrefl=False, 

                           nstencil=nstencil) 

    assert np.allclose(rd._xc, xc) 

 

    w = [1/16, -1/8, 1/16]  # finite diff. weights for 2nd order deriv 

    for i in range(N): 

        assert np.allclose(rd.D_weight[i*nstencil:(i+1)*nstencil], w) 

    J = D*(w[0]*y0[0] + w[1]*y0[1] + w[2]*y0[2]) 

    fref = np.array([J, J, J]) 

 

    if logy: 

        fref /= y0 

    if logt: 

        fref *= t0 

 

    if logy: 

        jref = D*np.array([  # jref[i, k] = ... 

            [w[k]*y0[k]/y0[i] if k != i else -1/y0[k]*sum([ 

                w[j]*y0[j] if j != k else 0 for j in range(3) 

            ]) for k in range(3)] for i in range(3) 

        ]) 

        jref[0, 2] = 0.0  # dense_jac_rmaj only computes banded approx. 

        jref[2, 0] = 0.0  # same as above. 

    else: 

        jref = D*np.array([[w[k] if abs(k-i) < 2 else 0.0 for 

                          k in range(3)] for i in range(3)]) 

 

    if logt: 

        jref *= t0 

 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, t, y, fref, jref) 

 

    jout_bnd = np.zeros((3, 3), order='F') 

    rd.banded_packed_jac_cmaj(t, y, jout_bnd) 

    jref_bnd = get_banded(jref, 1, 3) 

    assert np.allclose(jout_bnd, jref_bnd) 

 

 

def test_ReactionDiffusion__D_weight(): 

    x = np.array([2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16], dtype=np.float64) 

    # xc = x[:-1] + np.diff(x)/2 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[1], x=x, nstencil=3, 

                           lrefl=False, rrefl=False) 

    assert np.allclose(rd.D_weight, np.array([ 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4], 

        [1/4, -1/2, 1/4] 

    ]).flatten()) 

 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[1], x=x, nstencil=5, 

                           lrefl=False, rrefl=False) 

    assert np.allclose(rd.D_weight, np.array([ 

        [35/48, -13/6, 19/8, -7/6, 11/48], 

        [11/48, -5/12, 1/8, 1/12, -1/48], 

        [-1/48, 1/3, -5/8, 1/3, -1/48], 

        [-1/48, 1/3, -5/8, 1/3, -1/48], 

        [-1/48, 1/3, -5/8, 1/3, -1/48], 

        [-1/48, 1/12, 1/8, -5/12, 11/48], 

        [11/48, -7/6, 19/8, -13/6, 35/48] 

    ]).flatten()) 

 

 

@slow 

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

def test_ReactionDiffusion__only_1_species_diffusion_7bins(log): 

    # Diffusion without reaction 

    N = 7 

    nstencil = 5 

    nsidep = (nstencil-1)//2 

    t0 = 3.0 

    logy, logt = log 

    D = 2.0 

    y0 = np.array([12, 8, 11, 5, 7, 4, 9], dtype=np.float64) 

    x = np.array([3, 5, 13, 17, 23, 25, 35, 37], dtype=np.float64) 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[D], x=x, 

                           logy=logy, logt=logt, nstencil=nstencil, 

                           lrefl=False, rrefl=False) 

    weights = [ 

        [951/8800, -716/2475, 100/297, -75/352, 311/5400], 

        [321/8800, -161/2475, 7/297, 3/352, -19/5400], 

        [-39/8800, 109/2475, -127/1485, 87/1760, -19/5400], 

        [-2/693, 38/675, -129/1100, 7/108, -1/1050], 

        [0, 9/160, -7/72, 2/45, -1/288], 

        [-8/1575, 9/400, 0, -19/450, 25/1008], 

        [16/315, -9/32, 31/72, -13/45, 179/2016] 

    ] 

    assert np.allclose(rd.D_weight, np.array(weights).flatten()) 

 

    lb = stencil_pxci_lbounds(nstencil, N) 

    yi = pxci_to_bi(nstencil, N) 

    fref = np.array([sum([D*weights[i][j]*y0[yi[j+lb[i]]] for j 

                          in range(nstencil)]) for i in range(N)]) 

 

    if logy: 

        fref /= y0 

    if logt: 

        fref *= t0 

 

    jref = np.zeros((N, N)) 

    for i in range(N): 

        for j in range(max(0, i-1), min(N, i+2)): 

            if logy: 

                if j == i+1 or j == i-1: 

                    for k in range(nstencil): 

                        if yi[k+lb[i]] == j: 

                            jref[i, j] += D*weights[i][k]*y0[j]/y0[i] 

                else:  # j == i 

                    assert i == j 

                    for k in range(nstencil): 

                        cyi = yi[k+lb[i]] 

                        if i == cyi: 

                            continue 

                        jref[i, i] -= D*weights[i][k]*y0[cyi]/y0[i] 

            else: 

                if i-1 <= j and j <= i+1: 

                    jref[i, j] = D*weights[i][j-lb[i]+nsidep] 

    if logt: 

        jref *= t0 

    t = np.log(t0) if logt else t0 

    y = np.log(y0) if logy else y0 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, t, y, fref, jref) 

 

    jout_bnd = np.zeros((3, N), order='F') 

    rd.banded_packed_jac_cmaj(t, y, jout_bnd) 

    jref_bnd = get_banded(jref, 1, N) 

    assert np.allclose(jout_bnd, jref_bnd) 

 

    jout_cmprs = rd.alloc_jout_compressed(nsidep) 

    rd.compressed_jac_cmaj(t, y, jout_cmprs) 

    jref_cmprs = get_compressed(jref, 1, N, nsidep) 

    assert np.allclose(jout_cmprs, jref_cmprs) 

 

 

@slow 

@pytest.mark.parametrize("geom_refl_logx", list(product( 

    (FLAT, CYLINDRICAL, SPHERICAL), TRUE_FALSE_PAIRS, TR_FLS))) 

def test_diffusion_jac(geom_refl_logx): 

    geom, refl, logx = geom_refl_logx 

    lrefl, rrefl = refl 

    N = 9 

    x = np.linspace(0.1, 1, N+1) 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[3], N=N, x=x, nstencil=3, 

                           lrefl=lrefl, rrefl=rrefl, geom=geom, logx=logx) 

    y0 = x[0]+2*x[1:]**2/(1+x[1:]**4) 

    # compare f and jac with Symbolic class: 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, y0) 

 

 

COMBOS = list(product((FLAT, CYLINDRICAL, SPHERICAL), TR_FLS)) 

 

 

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

def test_integrated_conc(params): 

    geom, logx = params 

    N = 8192 

    x0, xend = 0.11, 1.37 

    x = np.linspace(x0, xend, N+1) 

    rd = ReactionDiffusion(1, [], [], [], D=[0], N=N, 

                           x=np.log(x) if logx else x, geom=geom, logx=logx) 

    xc = np.exp(rd.xcenters) if logx else rd.xcenters 

    y = xc*np.exp(-xc) 

 

    def primitive(t): 

        if geom == FLAT: 

            return -(t+1)*np.exp(-t) 

        elif geom == CYLINDRICAL: 

            return 2*np.exp(-t)*np.pi*(-2 - 2*t - t**2) 

        elif geom == SPHERICAL: 

            return 4*np.exp(-t)*np.pi*(-6 - 6*t - 3*t**2 - t**3) 

        else: 

            raise NotImplementedError 

    res = rd.integrated_conc(y) 

    ref = (primitive(xend) - primitive(x0)) 

    assert abs(res - ref) < 1e-8 

 

 

@slow 

@pytest.mark.parametrize("geom_refl", list(product( 

    (FLAT, CYLINDRICAL, SPHERICAL), TRUE_FALSE_PAIRS))) 

def test_ReactionDiffusion__3_reactions_4_species_5_bins_k_factor( 

        geom_refl): 

    # UNSUPPORTED since `bin_k_factor` was replaced with `fields` 

    # if a real world scenario need per bin modulation of binary 

    # reactions and the functionality is reintroduced, this test 

    # is useful 

    from sympy import finite_diff_weights 

    geom, refl = geom_refl 

    lrefl, rrefl = refl 

    # r[0]: A + B -> C 

    # r[1]: D + C -> D + A + B 

    # r[2]: B + B -> D 

    #              r[0]     r[1]       r[2] 

    stoich_active = [[0, 1], [2, 3],    [1, 1]] 

    stoich_prod = [[2],    [0, 1, 3], [3]] 

    n = 4 

    N = 5 

    D = np.array([2.6, 3.7, 5.11, 7.13])*213 

    y0 = np.array([ 

        2.5, 1.2, 3.2, 4.3, 

        2.7, 0.8, 1.6, 2.4, 

        3.1, 0.3, 1.5, 1.8, 

        3.3, 0.6, 1.6, 1.4, 

        3.6, 0.9, 1.7, 1.2 

    ]).reshape((5, 4)) 

    x = np.array([11.0, 13.3, 17.0, 23.2, 29.8, 37.2]) 

    xc_ = x[:-1]+np.diff(x)/2 

    xc_ = [x[0]-(xc_[0]-x[0])]+list(xc_)+[x[-1]+(x[-1]-xc_[-1])] 

    assert len(xc_) == 7 

    k = [31.0, 37.0, 41.0] 

 

    # (r[0], r[1]) modulations over bins 

    modulated_rxns = [0, 1] 

    modulation = [[i+3 for i in range(N)], 

                  [i+4 for i in range(N)]] 

    nstencil = 3 

    nsidep = 1 

    rd = ReactionDiffusion( 

        4, stoich_active, stoich_prod, k, N, D=D, x=x, 

        geom=geom, nstencil=nstencil, lrefl=lrefl, 

        rrefl=rrefl, modulated_rxns=modulated_rxns, 

        modulation=modulation) 

 

    assert np.allclose(xc_, rd._xc) 

 

    lb = stencil_pxci_lbounds(nstencil, N, lrefl, rrefl) 

    if lrefl: 

        if rrefl: 

            assert lb == [0, 1, 2, 3, 4] 

        else: 

            assert lb == [0, 1, 2, 3, 3] 

    else: 

        if rrefl: 

            assert lb == [1, 1, 2, 3, 4] 

        else: 

            assert lb == [1, 1, 2, 3, 3] 

    assert lb == list(map(rd._stencil_bi_lbound, range(N))) 

 

    pxci2bi = pxci_to_bi(nstencil, N) 

    assert pxci2bi == [0, 0, 1, 2, 3, 4, 4] 

    assert pxci2bi == list(map(rd._xc_bi_map, range(N+2))) 

 

    D_weight = [] 

    for bi in range(N): 

        local_x_serie = xc_[lb[bi]:lb[bi]+nstencil] 

        local_x_around = xc_[nsidep+bi] 

        w = finite_diff_weights( 

            2, local_x_serie, x0=local_x_around 

        ) 

        D_weight.append(w[-1][-1]) 

        if geom == FLAT: 

            pass 

        elif geom == CYLINDRICAL: 

            for wi in range(nstencil): 

                # first order derivative 

                D_weight[bi][wi] += w[-2][-1][wi]*1/local_x_around 

        elif geom == SPHERICAL: 

            for wi in range(nstencil): 

                # first order derivative 

                D_weight[bi][wi] += w[-2][-1][wi]*2/local_x_around 

        else: 

            raise RuntimeError 

    assert np.allclose(rd.D_weight, np.array( 

        D_weight, dtype=np.float64).flatten()) 

 

    def cflux(si, bi): 

        f = 0.0 

        for k in range(nstencil): 

            f += rd.D_weight[bi*nstencil+k]*y0[pxci2bi[lb[bi]+k], si] 

        return D[si]*f 

 

    r = [ 

        [k[0]*modulation[0][bi]*y0[bi, 0]*y0[bi, 1] for 

         bi in range(N)], 

        [k[1]*modulation[1][bi]*y0[bi, 3]*y0[bi, 2] for 

         bi in range(N)], 

        [k[2]*y0[bi, 1]**2 for bi in range(N)], 

    ] 

 

    fref = np.array([[ 

        -r[0][bi] + r[1][bi] + cflux(0, bi), 

        -r[0][bi] + r[1][bi] - 2*r[2][bi] + cflux(1, bi), 

        r[0][bi] - r[1][bi] + cflux(2, bi), 

        r[2][bi] + cflux(3, bi) 

    ] for bi in range(N)]).flatten() 

 

    # Now let's check that the Jacobian is correctly computed. 

    def dfdC(bi, lri, lci): 

        v = 0.0 

        for ri in range(len(stoich_active)): 

            totl = (stoich_prod[ri].count(lri) - 

                    stoich_active[ri].count(lri)) 

            if totl == 0: 

                continue 

            actv = stoich_active[ri].count(lci) 

            if actv == 0: 

                continue 

            v += actv*totl*r[ri][bi]/y0[bi, lci] 

        return v 

 

    def jac_elem(ri, ci): 

        bri, bci = ri // n, ci // n 

        lri, lci = ri % n,  ci % n 

        elem = 0.0 

 

        def _diffusion(): 

            _elem = 0.0 

            for k in range(nstencil): 

                if pxci2bi[lb[bri]+k] == bci: 

                    _elem += D[lri]*rd.D_weight[bri*nstencil+k] 

            return _elem 

 

        if bri == bci: 

            # on block diagonal 

            elem += dfdC(bri, lri, lci) 

            if lri == lci: 

                elem += _diffusion() 

        elif bri == bci - 1: 

            if lri == lci: 

                elem = _diffusion() 

        elif bri == bci + 1: 

            if lri == lci: 

                elem = _diffusion() 

        return elem 

 

    jref = np.zeros((n*N, n*N), order='C') 

    for ri, ci in np.ndindex(n*N, n*N): 

        jref[ri, ci] = jac_elem(ri, ci) 

 

    # Compare to what is calculated using our C++ callback 

    _test_f_and_dense_jac_rmaj(rd, 0, y0.flatten(), fref, jref) 

 

    jout_cmaj = np.zeros((n*N, n*N), order='F') 

    rd.dense_jac_cmaj(0.0, y0.flatten(), jout_cmaj) 

    assert np.allclose(jout_cmaj, jref) 

 

    ref_banded_j = get_banded(jref, n, N) 

 

    jout_bnd_packed_cmaj = np.zeros((2*n+1, n*N), order='F') 

    rd.banded_packed_jac_cmaj(0.0, y0.flatten(), jout_bnd_packed_cmaj) 

 

    if os.environ.get('plot_tests', False): 

        import matplotlib 

        matplotlib.use('Agg') 

        import matplotlib.pyplot as plt 

        from chemreac.util.plotting import coloured_spy 

        fig = plt.figure() 

        ax = fig.add_subplot(3, 1, 1) 

        coloured_spy(ref_banded_j, ax=ax) 

        plt.title('ref_banded_j') 

        ax = fig.add_subplot(3, 1, 2) 

        coloured_spy(jout_bnd_packed_cmaj, ax=ax) 

        plt.title('jout_bnd_packed_cmaj') 

        ax = fig.add_subplot(3, 1, 3) 

        coloured_spy(ref_banded_j-jout_bnd_packed_cmaj, ax=ax) 

        plt.title('diff') 

        plt.savefig(__file__+'.png') 

 

    assert np.allclose(jout_bnd_packed_cmaj, ref_banded_j) 

 

    jout_bnd_padded_cmaj = np.zeros((3*n+1, n*N), order='F') 

    rd.banded_padded_jac_cmaj(0.0, y0.flatten(), jout_bnd_padded_cmaj) 

    assert np.allclose(jout_bnd_padded_cmaj[n:, :], ref_banded_j)