Coryab/code #11
3
.gitignore
vendored
3
.gitignore
vendored
@ -48,3 +48,6 @@ src/*
|
|||||||
!src/*.py
|
!src/*.py
|
||||||
!src/Doxyfile
|
!src/Doxyfile
|
||||||
!src/scripts
|
!src/scripts
|
||||||
|
|
||||||
|
# Job
|
||||||
|
!src/job.script
|
||||||
|
|||||||
Binary file not shown.
|
Before Width: | Height: | Size: 3.8 MiB After Width: | Height: | Size: 2.0 MiB |
@ -46,6 +46,10 @@ instrument:
|
|||||||
main: main.o $(LIBOBJS) $(CLASSOBJS)
|
main: main.o $(LIBOBJS) $(CLASSOBJS)
|
||||||
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(DBGFLAG) $(PROFFLAG) -I$(INCLUDE) $(OPENMP)
|
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(DBGFLAG) $(PROFFLAG) -I$(INCLUDE) $(OPENMP)
|
||||||
|
|
||||||
|
main_no_interface: main_no_interface.o $(LIBOBJS) $(CLASSOBJS)
|
||||||
|
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(DBGFLAG) $(PROFFLAG) -I$(INCLUDE) $(OPENMP)
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
test_suite: test_suite.o $(LIBOBJS) $(CLASSOBJS)
|
test_suite: test_suite.o $(LIBOBJS) $(CLASSOBJS)
|
||||||
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(DBGFLAG) $(PROFFLAG) -I$(INCLUDE) $(OPENMP)
|
$(CC) $^ -o $@ $(CFLAGS) $(DBGFLAG) $(PROFFLAG) -I$(INCLUDE) $(OPENMP)
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
13
src/job.script
Normal file
13
src/job.script
Normal file
@ -0,0 +1,13 @@
|
|||||||
|
#!/bin/bash
|
||||||
|
|
||||||
|
#SBATCH --account=ec54
|
||||||
|
#SBATCH --job-name=simple
|
||||||
|
#SBATCH --time=0-00:05:00
|
||||||
|
#SBATCH --mem-per-cpu=4G
|
||||||
|
#SBATCH --cpus-per-task=8
|
||||||
|
|
||||||
|
set -o errexit # Exit the script on any error
|
||||||
|
set -o nounset # Treat any unset variables as an error
|
||||||
|
module --quiet purge # Reset the modules to the system default
|
||||||
|
|
||||||
|
srun ./main_no_interface
|
||||||
334
src/main_no_interface.cpp
Normal file
334
src/main_no_interface.cpp
Normal file
@ -0,0 +1,334 @@
|
|||||||
|
/** @file main.cpp
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @author Cory Alexander Balaton (coryab)
|
||||||
|
* @author Janita Ovidie Sandtrøen Willumsen (janitaws)
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @version 1.0
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @brief The main program for this project
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @bug No known bugs
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
|
||||||
|
#include <cmath>
|
||||||
|
#include <complex>
|
||||||
|
#include <fstream>
|
||||||
|
#include <omp.h>
|
||||||
|
#include <string>
|
||||||
|
#include <vector>
|
||||||
|
|
||||||
|
#include "PenningTrap.hpp"
|
||||||
|
#include "constants.hpp"
|
||||||
|
#include "utils.hpp"
|
||||||
|
|
||||||
|
#define PARTICLES 100
|
||||||
|
#define N 40000
|
||||||
|
|
||||||
|
// Particles used for testing
|
||||||
|
Particle p1(vec3{20., 0., 20.}, vec3{0., 25., 0.}); ///< Particle 1
|
||||||
|
Particle p2(vec3{25., 25., 0.}, vec3{0., 40., 5.}); ///< Particle 2
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief The analytical solution for particle p1
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @param t Time
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @return vec3
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
vec3 analytical_solution_particle_1(double t)
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double w_0 = T / CA_MASS;
|
||||||
|
double w_z2 = (50. * V / 1000.) / (CA_MASS * 500. * 500.);
|
||||||
|
double w_p = (w_0 + std::sqrt(w_0 * w_0 - 2. * w_z2)) / 2.;
|
||||||
|
double w_n = (w_0 - std::sqrt(w_0 * w_0 - 2. * w_z2)) / 2.;
|
||||||
|
double A_p = (25. + w_n * 20.) / (w_n - w_p);
|
||||||
|
double A_n = -(25. + w_p * 20.) / (w_n - w_p);
|
||||||
|
std::complex<double> f =
|
||||||
|
A_p * std::exp(std::complex<double>(0., -w_p * t))
|
||||||
|
+ A_n * std::exp(std::complex<double>(0., -w_n * t));
|
||||||
|
vec3 res{std::real(f), std::imag(f), 20. * std::cos(std::sqrt(w_z2) * t)};
|
||||||
|
return res;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate a single particle over the period of 50 \f$ \mu s \f$.
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void simulate_single_particle()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Initialize trap with particle 1
|
||||||
|
PenningTrap trap(std::vector<Particle>{p1});
|
||||||
|
|
||||||
|
double time = 50.; // microseconds
|
||||||
|
|
||||||
|
// Simulate and write results to file
|
||||||
|
trap.write_simulation_to_dir("output/simulate_single_particle", time, N,
|
||||||
|
"rk4", false);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate 2 particles over the period of 50 \f$ \mu s \f$ with and
|
||||||
|
* without particle interactions.
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void simulate_two_particles()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Initialize traps with particles
|
||||||
|
PenningTrap trap_no_interaction(std::vector<Particle>{p1, p2});
|
||||||
|
PenningTrap trap_with_interaction(std::vector<Particle>{p1, p2});
|
||||||
|
|
||||||
|
double time = 50.; // microseconds
|
||||||
|
|
||||||
|
// Simulate and write results to files
|
||||||
|
trap_no_interaction.write_simulation_to_dir(
|
||||||
|
"output/simulate_2_particles/no_interaction", time, N, "rk4", false);
|
||||||
|
trap_with_interaction.write_simulation_to_dir(
|
||||||
|
"output/simulate_2_particles/with_interaction", time, N);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate a single particle over 50 \f$ \mu s \f$ using different
|
||||||
|
* amount of steps and different methods.
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void simulate_single_particle_with_different_steps()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double time = 50.; // microseconds
|
||||||
|
|
||||||
|
std::ofstream ofile;
|
||||||
|
|
||||||
|
// Calculate relative error for RK4
|
||||||
|
std::string path = "output/relative_error/RK4/";
|
||||||
|
mkpath(path);
|
||||||
|
#pragma omp parallel for private(ofile)
|
||||||
|
for (int i = 0; i < 4; i++) {
|
||||||
|
int steps = 4000 * std::pow(2, i);
|
||||||
|
std::cout << steps << std::endl;
|
||||||
|
double dt = time / (double)steps;
|
||||||
|
ofile.open(path + std::to_string(steps) + "_steps.txt");
|
||||||
|
PenningTrap trap(std::vector<Particle>{p1});
|
||||||
|
simulation_t res = trap.simulate(time, steps, "rk4", false);
|
||||||
|
for (int i = 0; i < steps; i++) {
|
||||||
|
ofile << arma::norm(res.r_vecs[0][i]
|
||||||
|
- analytical_solution_particle_1(dt * i))
|
||||||
|
<< '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ofile.close();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Calculate relative error for forward Euler
|
||||||
|
path = "output/relative_error/euler/";
|
||||||
|
mkpath(path);
|
||||||
|
#pragma omp parallel for private(ofile)
|
||||||
|
for (int i = 0; i < 4; i++) {
|
||||||
|
int steps = 4000 * std::pow(2, i);
|
||||||
|
double dt = time / (double)steps;
|
||||||
|
ofile.open(path + std::to_string(steps) + "_steps.txt");
|
||||||
|
PenningTrap trap(std::vector<Particle>{p1});
|
||||||
|
simulation_t res = trap.simulate(time, steps, "euler", false);
|
||||||
|
for (int i = 0; i < steps; i++) {
|
||||||
|
ofile << arma::norm(res.r_vecs[0][i]
|
||||||
|
- analytical_solution_particle_1(dt * i))
|
||||||
|
<< '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ofile.close();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate 100 particles over 50 \f$ \mu s \f$.
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void simulate_100_particles()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
PenningTrap trap((unsigned)100);
|
||||||
|
|
||||||
|
double time = 50.; // microseconds
|
||||||
|
|
||||||
|
// trap.write_simulation_to_dir("output/simulate_100_particles", time, N,
|
||||||
|
//"rk4", false);
|
||||||
|
trap.simulate(time, N, "rk4", true);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate 100 particles over 500 \f$ \mu s \f$ using a time
|
||||||
|
* dependent potential.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @details The simulation sweeps over different frequencies in [0.2, 2.5]
|
||||||
|
* MHz.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void potential_resonance_wide_sweep()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double time = 500.;
|
||||||
|
|
||||||
|
double amplitudes[]{.1, .4, .7};
|
||||||
|
|
||||||
|
double freq_start = .2;
|
||||||
|
double freq_end = 2.5;
|
||||||
|
double freq_increment = .02;
|
||||||
|
size_t freq_iterations =
|
||||||
|
(size_t)((freq_end - freq_start) / freq_increment) + 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
double res[4][freq_iterations];
|
||||||
|
|
||||||
|
std::string path = "output/time_dependent_potential/";
|
||||||
|
mkpath(path);
|
||||||
|
|
||||||
|
std::ofstream ofile;
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel for
|
||||||
|
// Insert frequencies
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
res[0][i] = freq_start + freq_increment * i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Each thread creates a PenningTrap instance and reuses it throughout
|
||||||
|
// the sweep.
|
||||||
|
PenningTrap trap((uint)100);
|
||||||
|
#pragma omp for collapse(2)
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < 3; i++) {
|
||||||
|
for (size_t j = 0; j < freq_iterations; j++) {
|
||||||
|
// Reset particles and give new time dependent potential.
|
||||||
|
trap.reinitialize(amplitudes[i], res[0][j]);
|
||||||
|
res[i + 1][j] =
|
||||||
|
trap.fraction_of_particles_left(time, N, "rk4", false);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Write results to file
|
||||||
|
ofile.open(path + "wide_sweep.txt");
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
ofile << res[0][i] << ',' << res[1][i] << ',' << res[2][i] << ','
|
||||||
|
<< res[3][i] << '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ofile.close();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate 100 particles over 500 \f$ \mu s \f$ using a time
|
||||||
|
* dependent potential.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @details The simulation sweeps over different frequencies in [1., 1.7]
|
||||||
|
* MHz.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void potential_resonance_narrow_sweep()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double time = 500.;
|
||||||
|
|
||||||
|
double amplitudes[]{.1, .4, .7};
|
||||||
|
|
||||||
|
double freq_start = 1.;
|
||||||
|
double freq_end = 1.7;
|
||||||
|
double freq_increment = .002;
|
||||||
|
size_t freq_iterations =
|
||||||
|
(size_t)((freq_end - freq_start) / freq_increment) + 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
double res[4][freq_iterations];
|
||||||
|
|
||||||
|
std::string path = "output/time_dependent_potential/";
|
||||||
|
mkpath(path);
|
||||||
|
|
||||||
|
std::ofstream ofile;
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel for
|
||||||
|
// Insert frequencies
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
res[0][i] = freq_start + freq_increment * i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Each thread creates a PenningTrap instance and reuses it throughout
|
||||||
|
// the sweep.
|
||||||
|
PenningTrap trap((uint)100);
|
||||||
|
#pragma omp for collapse(2)
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < 3; i++) {
|
||||||
|
for (size_t j = 0; j < freq_iterations; j++) {
|
||||||
|
// Reset particles and give new time dependent potential.
|
||||||
|
trap.reinitialize(amplitudes[i], res[0][j]);
|
||||||
|
res[i + 1][j] =
|
||||||
|
trap.fraction_of_particles_left(time, N, "rk4", false);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Write results to file
|
||||||
|
ofile.open(path + "narrow_sweep.txt");
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
ofile << res[0][i] << ',' << res[1][i] << ',' << res[2][i] << ','
|
||||||
|
<< res[3][i] << '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ofile.close();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
/** @brief Simulate 100 particles over 500 \f$ \mu s \f$ using a time
|
||||||
|
* dependent potential.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* @details The simulation sweeps over different frequencies in [1., 1.7]
|
||||||
|
* MHz.
|
||||||
|
*
|
||||||
|
* */
|
||||||
|
void potential_resonance_narrow_sweep_interaction()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
double time = 500.;
|
||||||
|
|
||||||
|
double amplitudes[]{.1, .4, .7};
|
||||||
|
|
||||||
|
double freq_start = 1.;
|
||||||
|
double freq_end = 1.7;
|
||||||
|
double freq_increment = .002;
|
||||||
|
size_t freq_iterations =
|
||||||
|
(size_t)((freq_end - freq_start) / freq_increment) + 1;
|
||||||
|
|
||||||
|
double res[4][freq_iterations];
|
||||||
|
|
||||||
|
std::string path = "output/time_dependent_potential/";
|
||||||
|
mkpath(path);
|
||||||
|
|
||||||
|
std::ofstream ofile;
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel for
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
res[0][i] = freq_start + freq_increment * i;
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
#pragma omp parallel
|
||||||
|
{
|
||||||
|
// Each thread creates a PenningTrap instance and reuses it throughout
|
||||||
|
// the sweep.
|
||||||
|
PenningTrap trap((uint)100);
|
||||||
|
#pragma omp for collapse(2)
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < 3; i++) {
|
||||||
|
for (size_t j = 0; j < freq_iterations; j++) {
|
||||||
|
// Reset particles and give new time dependent potential.
|
||||||
|
trap.reinitialize(amplitudes[i], res[0][j]);
|
||||||
|
res[i + 1][j] = trap.fraction_of_particles_left(time, N);
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
// Write results to file
|
||||||
|
ofile.open(path + "narrow_sweep_interactions.txt");
|
||||||
|
for (size_t i = 0; i < freq_iterations; i++) {
|
||||||
|
ofile << res[0][i] << ',' << res[1][i] << ',' << res[2][i] << ','
|
||||||
|
<< res[3][i] << '\n';
|
||||||
|
}
|
||||||
|
ofile.close();
|
||||||
|
}
|
||||||
|
|
||||||
|
int main()
|
||||||
|
{
|
||||||
|
int option = 1;
|
||||||
|
bool chosen = false;
|
||||||
|
|
||||||
|
double start, end;
|
||||||
|
|
||||||
|
start = omp_get_wtime();
|
||||||
|
|
||||||
|
simulate_100_particles();
|
||||||
|
|
||||||
|
potential_resonance_wide_sweep();
|
||||||
|
|
||||||
|
// potential_resonance_narrow_sweep();
|
||||||
|
|
||||||
|
// potential_resonance_narrow_sweep_interaction();
|
||||||
|
end = omp_get_wtime();
|
||||||
|
|
||||||
|
std::cout << "Time: " << end - start << " seconds" << std::endl;
|
||||||
|
|
||||||
|
return 0;
|
||||||
|
}
|
||||||
@ -34,7 +34,7 @@ def animate():
|
|||||||
|
|
||||||
arr = get_data([f"output/simulate_100_particles/particle_{i}_r.txt" for i in range(100)])
|
arr = get_data([f"output/simulate_100_particles/particle_{i}_r.txt" for i in range(100)])
|
||||||
|
|
||||||
arr = arr[:, :, ::10]
|
arr = arr[:, :, ::40]
|
||||||
|
|
||||||
N = len(arr[0][0])
|
N = len(arr[0][0])
|
||||||
|
|
||||||
|
|||||||
Loading…
Reference in New Issue
Block a user