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// Created by Malysheva, Nadezhda on 13.07.20.
//
#include "RKF45.h"
#include "Utility.h"
void RKF45Approximation(double &tLastNetworkUpdate, double tEnd, ContactNetwork & contNetwork,
double dtMax, double dtMin, double errorMax, double errorMin, std::vector<double> &timeSteps,
std::vector<std::vector<size_t>> °reeDistr, bool updateDegreeDistr/*, std::vector<BenStructure> &benToFile*/, std::mt19937_64 generator)
{
std::vector<std::vector<double>> a({{1.0/4.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0},
{3.0/32.0, 9.0/32.0, 0.0, 0.0, 0.0},
{1932.0/2197.0, 7200.0/2197.0, 7296.0/2197.0, 0.0, 0.0},
{439.0/216.0, 8.0, 3680.0/513.0, 845.0/4104.0, 0.0},
{8.0/27.0, 2.0, 3544.0/2565.0, 1859.0/4104.0, 11.0/40.0}});
std::vector<double> b({25.0/216.0, 0.0, 1408.0/2565.0, 2197.0/4104.0, -1.0/5.0, 0.0});
std::vector<double> d({16.0/135.0, 0.0, 6656.0/12825.0, 28561.0/56430.0, 9.0/50.0, 2.0/55.0});
std::vector<BenStructure> benToFile = contNetwork.getBenStructure(0);
double t = tLastNetworkUpdate;
if (updateDegreeDistr)
{
timeSteps.push_back(t);
degreeDistr.push_back(contNetwork.getDegreeDistribution());
}
std::vector<std::pair<double, lemon::ListGraph::Edge>> propDel;
propDel.reserve(1e6 + 1);
std::vector<std::pair<double, lemon::ListGraph::Edge>> propAdd;
propAdd.reserve(1e6 + 1);
dtMax = (tEnd - tLastNetworkUpdate);
double dt = dtMax;
while (t < tEnd)
{
dt = std::min(std::max(dt, dtMin), dtMax);
size_t nX = 0;
double lam = contNetwork.getExpectedEdgeAdditionRate(nX);
double theta = contNetwork.getExpectedEdgeDeletionRate();
double X_ = static_cast<double> (nX);
double X = static_cast<double> (contNetwork.countEdges());
double Xmax = static_cast<double>(contNetwork.getAmountOfEdgesToAddSafe());
std::cout <<"X = " << X << "X_ = " << X_<< std::endl;
double k1 = dt * (X_ * lam - theta * X);
double d_X_k2 = a.at(0).at(0) * k1;
std::cout <<"d_X_k2 = " << d_X_k2 << std::endl;
double X_k2 = X + d_X_k2;
//double X_appr = (Xmax + X_ - 2 * d_X_k2) / 2;
double X_appr = X_ - d_X_k2;
std::cout <<"X_appr2 = " << X_appr << ", ";
double k2 = dt * (X_appr * lam - X_k2 * theta);
double d_X_k3 = a.at(1).at(0) * k1 + a.at(1).at(1) * k2;
double X_k3 = X + d_X_k3;
//X_appr = (Xmax + X_ - 2 * d_X_k3) / 2;
X_appr = X_ - d_X_k3;
std::cout <<"X_appr3 = " << X_appr << ", ";
double k3 = dt * (X_appr * lam - X_k3 * theta);
double d_X_k4 = a.at(2).at(0) * k1 - a.at(2).at(1) * k2 + a.at(2).at(2) * k3;
double X_k4 = X + d_X_k4;
//X_appr = (Xmax + X_ - 2 * d_X_k4) / 2;
X_appr = X_ - d_X_k4;
std::cout <<"X_appr4 = " << X_appr << ", ";
double k4 = dt * (X_appr * lam - X_k4 * theta);
double d_X_k5 = a.at(3).at(0) * k1 - a.at(3).at(1) * k2 + a.at(3).at(2) * k3 - a.at(3).at(3) * k4;
double X_k5 = X + d_X_k5;
//X_appr = (Xmax + X_ - 2 * d_X_k5) / 2;
X_appr = X_ - d_X_k5;
std::cout <<"X_appr5 = " << X_appr << ", ";
double k5 = dt * (X_appr * lam - X_k5 * theta);
double d_X_k6 = - a.at(4).at(0) * k1 + a.at(4).at(1) * k2 - a.at(4).at(2) * k3 + a.at(4).at(3) * k4 - a.at(4).at(4) * k5;
double X_k6 = X + d_X_k6;
X_appr = X_ - d_X_k6;
std::cout <<"X_appr6 = " << X_appr << std::endl;
//X_appr = (Xmax + X_ - 2 * d_X_k6) / 2;
double k6 = dt * (X_appr * lam - X_k6 * theta);
double n1 = b.at(0) * k1 + b.at(1) * k2 + b.at(2) * k3 + b.at(3) * k4 + b.at(4) * k5;
double n2 = d.at(0) * k1 + d.at(1) * k2 + d.at(2) * k3 + d.at(3) * k4 - d.at(4) * k5 + d.at(5) * k6;
double nDel = getNdel(X, X_, lam, theta, a, d, dt);
double nAdd = getNadd(X, X_, lam, theta, a, d, dt);
double err = abs(n1 - n2);
if (err > errorMax && dt > dtMin)
{
dt = dt / 2;
}
else
{
if (t + dt > tEnd)
{
tLastNetworkUpdate = t;
if (updateDegreeDistr)
{
timeSteps.push_back(tEnd);
degreeDistr.push_back(contNetwork.getDegreeDistribution());
}
break;
}
t = t + dt;
//std::poisson_distribution<int> poiss(abs(n2));
std::poisson_distribution<int> poiss(nAdd);
int mAdd = poiss(generator);
std::poisson_distribution<int> poiss2(nDel);
int mDel = poiss2(generator);
int m = mAdd - mDel;
std::cout <<"n2 = " << n2 << "; nDel = " << nDel << "; nAdd = " << nAdd << "; nDiff = " << nAdd - nDel << std::endl;
//int nEdges = contNetwork.countEdges();
if (X + m < 0 || m > Xmax)
{
dt = dt/2;
throw std::domain_error("LOOOOL");
}
else
{
size_t nSurv = contNetwork.updateSurvivalProbability(mDel, mAdd, benToFile, t);
//std::cout << "nSurv = " << nSurv << std::endl;
//std::cout << "nEdges = " << contNetwork.countEdges() << std::endl;
//std::cout << "to add = " << abs(X + m - nSurv) << std::endl;
int change = X + m - nSurv;
if (change > 0)
{
propAdd = contNetwork.getEdgeAdditionRateSum();
nAdd = propAdd.size() - 1;
double nnn = propAdd.at(propAdd.size() - 1).first;
for (int i = 0; i < change; i ++)
{
//propAdd = contNetwork.getEdgeAdditionRateSum();
//double nnn = propAdd.at(propAdd.size() - 1).first;
double r = sampleRandUni(generator);
/*BenStructure b (t, -1, -1, true);
contNetwork.executeEdgeAddition(0, r * nnn, b);
benToFile.push_back(b);*/
//contNetwork.executeEdgeAddition(0, r * nnn);
//lemon::ListGraph::Edge e = binarySearch(propAdd, 0, propAdd.size() - 1, 0, r * nnn);
size_t index = binarySearch(propAdd, 0, propAdd.size() - 1, 0, r * nnn);
if (propAdd.at(index).second == lemon::INVALID)
{
std::string msg = "ERROR: INVALID SSA del!";
throw std::domain_error(msg);
}
std::pair<int, int> b = contNetwork.removeEdge(propAdd.at(index).second);
propDel.erase(propAdd.begin() + index);
benToFile.push_back(BenStructure(t, b.first, b.second, true));
}
}
else
{
//int nDel = contNetwork.countEdges();
propDel = contNetwork.getEdgeDeletionRateSum();
nDel = propDel.size() - 1;
double nnn = propDel.at(propDel.size() - 1).first;
for (int i = 0; i < abs(change); i ++)
{
double r = sampleRandUni(generator);
//lemon::ListGraph::Edge e = binarySearch(propDel, 0, propDel.size() - 1, 0, r * nnn);
size_t index = binarySearch(propDel, 0, propDel.size() - 1, 0, r * nnn);
if (propDel.at(index).second == lemon::INVALID)
{
std::string msg = "ERROR: INVALID SSA del!";
throw std::domain_error(msg);
}
std::pair<int, int> b = contNetwork.removeEdge(propDel.at(index).second);
propDel.erase(propDel.begin() + index);
benToFile.push_back(BenStructure(t, b.first, b.second, false));
nDel--;
}
}
if (updateDegreeDistr)
{
timeSteps.push_back(t);
degreeDistr.push_back(contNetwork.getDegreeDistribution());
}
}
if (err < errorMin)
{
dt = dt * 2;
}
}
}
//-----------ben format
/* std::string fileNameBen = "Ben_ContDyn_RKF45.txt";
std::ofstream benFile;
benFile.open(fileNameBen);
for (auto &it: benToFile)
{
std::string stateStr = "";
if (it.state)
{
stateStr = "True";
}
else
{
stateStr = "False";
}
benFile << it.t << " " << it.u << " " << it.v << " " << stateStr << std::endl;
}
benFile.close();*/
}
double getNadd(double X, double Y, double lam, double theta, std::vector<std::vector<double>> a, std::vector<double> d, double dt)
{
double nAdd = X*a.at(0).at(0)*a.at(1).at(1)*a.at(2).at(2)*a.at(3).at(3)*a.at(4).at(4)*d.at(5)*std::pow(lam, 5)*std::pow(dt, 6)*theta
+ 4*X*a.at(0).at(0)*a.at(1).at(1)*a.at(2).at(2)*a.at(3).at(3)*a.at(4).at(4)*d.at(5)*std::pow(lam, 4)*std::pow(dt, 6)*std::pow(theta, 2)
+ 6*X*a.at(0).at(0)*a.at(1).at(1)*a.at(2).at(2)*a.at(3).at(3)*a.at(4).at(4)*d.at(5)*std::pow(lam, 3)*std::pow(dt, 6)*std::pow(theta, 3)
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}
double getNdel(double X, double Y, double lam, double theta, std::vector<std::vector<double>> a, std::vector<double> d, double dt)
{
double ndel = -X*a.at(0).at(0)*a.at(1).at(1)*a.at(2).at(2)*a.at(3).at(3)*a.at(4).at(4)*d.at(5)*std::pow(lam, 4)*std::pow(dt, 6)*std::pow(theta, 2)
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