一个mesh应用的开发环境
| 成员 | 学号 |
|---|---|
| 肖霖畅 | 18342105 |
| 秦裕胜 | 18342084 |
| 唐乾力 | 18342089 |
| 柴百里 | 18341004 |
| 王鱼松 | 18341035 |
这是一个为科研工作者与学生群体提供的，帮助开发轻量级mesh应用辅助开发环境。
在这个环境里，我们提供了解析mesh文件和以mesh文件为基础进行仿真实验所必要的接口。妥善地利用这些接口，就能轻松地开发出轻量级地mesh应用，进行类似热传导的物理仿真实验。
直接将所有代码文件下载下来即可
由于我们直接用C++从底层开始实现的，实现过程中调用的也都是基本库中的函数，因此可以在几乎所有支持C语言的系统上使用。
- 使用简单
- 能在大多数平台上运行
- 能满足大部分的mesh仿真实验的需要
- 读取
msh文件（使用Gmsh的官方文档中规定的msh格式：https://gmsh.info//doc/texinfo/gmsh.html#MSH-ASCII-file-format） - 基于mesh构造支持仿真实验的数据结构（比如以多叉树结构将所有element及其相邻关系保存起来）
- 为element附加参数（以数组的形势保存，使用element的id作为索引）
- 定义计算公式以及执行计算的接口（在后文会详细说明）
- 安装MinGW-w64编译器【著名的C/C++编译器GCC的Windows版本】MinGW-w64安装教程；
- 下载本软件代码 github地址
- 进入项目目录，在控制台输入：
mingw32-make clean
mingw32-make- 进入bin文件夹，控制台输入：
./main- 开始执行。
- ubuntu安装gcc和g++编译器ubuntu 安装 GCC 和 G++ C++ 开发环境；
- 下载本软件代码 github地址
- 进入项目目录，在控制台输入：
make clean
make- 进入bin文件夹，控制台输入：
./main- 开始执行。
想要使用这个工具来开发mesh应用你需要做的就是修改Mesh.cpp文件
调用我们提供的接口来实现能够满足你要求的kernel function。
一般而言，只需要修改main函数即可满足大部分我们能支持的需求
可参考如下热传导实验样例（MeshTest.cpp）：
#include "User.hpp"
/***********************************************************************
* TO-DO: 请在本区域加入你想要加入的头文件，本程序不进行冲突确保
*
*/
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
fstream infile2;
/***********************************************************************
* TO-DO: 请在本区域自定义你的diyUser类
*
*/
class diyUser: public User {
private:
/* data */
bool outputToFile = false;
bool odd = false;
public:
diyUser();
~diyUser();
meshHead* getMeshStructHead();
size_t getMeshElementCount();
ArguMap* initAllElementValue(double d);
int add_coef(struct Coefficient * c);
int add_attr(enum Attr a);
int set_form(Form f);
double Execute(struct ArguMap** argus, int index); // virtual 函数，必须实现
void displayResult(int ref, double ret); // virtual 函数，必须实现
void beginSave(); // virtual 函数，必须实现
void saveItem(double ret); // virtual 函数，必须实现
void endSave(); // virtual 函数，必须实现
void setOutputToFile();
bool getOutputToFile();
};
diyUser::diyUser()
{
}
diyUser::~diyUser()
{
}
meshHead* diyUser::getMeshStructHead() {
return &realMeshHead;
}
size_t diyUser::getMeshElementCount() {
return getMeshStructHead()->elementsSet.numElements;
}
ArguMap* diyUser::initAllElementValue(double init) {
return execManager.getNewArguMap(getMeshElementCount(), init);
}
int diyUser::add_coef(struct Coefficient * c) {
return execManager.add_coef(c);
}
int diyUser::add_attr(enum Attr a) {
return execManager.add_attr(a);
}
int diyUser::set_form(Form f) {
return execManager.set_form(f);
}
double diyUser::Execute(struct ArguMap** argus, int index) {
return execManager.Execute(argus, index);
}
void diyUser::displayResult(int ref, double ret) {
printf("%d %.2f\n",ref ,ret);
}
void diyUser::setOutputToFile() {
outputToFile = true;
}
bool diyUser::getOutputToFile() {
return outputToFile;
}
void diyUser::beginSave() {
infile2.open("result.txt", ios::out);
}
void diyUser::saveItem(double ret) {
infile2 << ret;
if(odd)
infile2 << "\n";
else
infile2 << " ";
odd = !odd;
}
void diyUser::endSave() {
infile2.close();
}
/***********************************************************************
* 以下主函数即是用户需要些的kernel_function
* 以热传导仿真实验为例
*/
int main() {
// -------------
// 读入文件
// -------------
diyUser MAS;
// 读入
if(MAS.importApplication() == false) return -1;
if(MAS.chooseDataStruct() == false) return -1;
if(MAS.beginImporting() == false) return -1;
// MAS.outputDataStruct(); // 输出
MAS.diy();
/***********************************************************************
* TO-DO: 请在本区域完成参数的定义和后台Mesh数据的拉取
*
*/
meshHead *myMeshHead = MAS.getMeshStructHead();
size_t elementCount = MAS.getMeshElementCount();
printf("element count: %d\n", elementCount);
struct ArguMap* maplist[1]; // 存放参数的结构体
double init = 10; // 设置初始热量
maplist[0] = MAS.initAllElementValue(init);
size_t origin = 1415; // 设置热源
maplist[0]->value[origin] = 250;
/*********************************************************************
* TO-DO: 请在本区域完成计算公式的设置
* 示例：计算公式设置: x[n+1]= (x[n] + x1[n] + x2[n] + x3[n])/4
* x[n]: n时刻编号为x的element的温度
* x1,x2,x3为x的相邻节点，不一定全部存在
*/
struct Coefficient* coef1 = new Coefficient[1];
// 添加系数
for (int i = 0; i < 4; i ++) coef1->value.push_back(1);
MAS.add_coef(coef1);
// 设置运算属性
MAS.add_attr(ADDARGU);
// 设置结果计算方法，即所有相邻原件的影响的平均值
MAS.add_attr(END);
MAS.set_form(AVG);
/*********************************************************************
* TO-DO: 定义运算顺序(以后可以考虑独立出来成为我们系统提供的接口)
*
*/
/*********************************************************************
* TO-DO: 请在这里使用Execute进行计算、显示和结果导出
* 例子：计算出经过第一个时间周期后，温度产生变化的element变化后的温度
*/
MAS.setOutputToFile();
if(MAS.getOutputToFile() == true) {
MAS.beginSave();
}
for (int i = 0; i < elementCount; i ++) {
double res = MAS.Execute(maplist, i);
if (res != init) {
MAS.displayResult(i+1,res);
}
MAS.saveItem(i+1);
MAS.saveItem(res);
}
if(MAS.getOutputToFile() == true) {
MAS.endSave();
}
// Execute(&express, maplist, myMeshHead, 0);
return 0;
}此处由于还未提供UI支持，因此公式定义相对复杂。下面我将具体解释一下整个设计
首先，关于公式定义我们做了两个非常大的假设：
- 所有需要使用到的公式都是多项式形式的
- 每个元素的状态都有其相邻元素的状态决定
因此整个公式定义由四部分组成：
- 参数
ArguMap - 系数
Coefficient - 运算符：
Attr（详细定义如下）- END 意味着达到末尾
- WEI 使用一个参数结构，借此将所有相邻节点排序（可以用来改变参数的使用顺序）
- ADDARGU 使用一个参数参数结构以及一个系数结构，将其相乘后加到原公式末尾
- MULARGU 使用一个参数结构和一个，将其相乘后乘到原公式末尾
- POW 使用一个系数结构，将其作为指数幂应用到原公式上
- EXP 使用一个系数结构，将其作为e的指数幂乘到原公式末尾
- LOG 使用一个系数结构，将系数作为对数的底数，对原公式求对数
enum Attr{END, WEI, ADDARGU, MULARGU, POW, EXP, LOG};
enum Form{SUM, AVG};- 结果计算方式
Form：这主要是考虑到相邻element数目的不确定性- SUM 指全部求和
- AVG 指求平均
目标公式：
假设一个element 周围有 e1, e2, e3三个相邻element，且该element的状态由如下表达式确定
参数的存储形形势为{e1, e2, e3}
argu: {
{a1, a2, a3}
{b1, b2, b3}
{c1, c2, c3}
}
coef: {
{1, 1, 1}
{1, 1, 1}
{-1, -1, -1}
{1, 1, 1}
}
Attr: [ADDARGU, ADDARGU, POW, MULARGU, END, LOG]
Form: SUM 我们以上文的测试程序介绍一下如何设计一个公式
通过以下函数，你可以创建一个用于保存参数的数据结构，并进行需要的初始化赋值
struct ArguMap* maplist[1];其后，创建一个用于保存数据结构
再然后，通过下列函数你可以实现添加运算符，定义公式如何使用
// 设置运算属性
MAS.add_attr(ADDARGU);
// 设置结果计算方法，即所有相邻原件的影响的平均值
MAS.add_attr(END);
MAS.set_form(AVG)最后，以循环调用执行函数Execute的方式将公式应用到需要进行计算的公式上
for (int i = 0; i < elementCount; i ++) {
double res = MAS.Execute(maplist, i);
if (res != init) {
MAS.displayResult(i+1,res);
}
MAS.saveItem(i+1);
MAS.saveItem(res);
}