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00029 
00030 
00031 #ifndef SUNDANCE_EVALUATABLEEXPR_H
00032 #define SUNDANCE_EVALUATABLEEXPR_H
00033 
00034 
00035 
00036 #include "SundanceDefs.hpp"
00037 #include "SundanceScalarExpr.hpp"
00038 #include "SundanceEvaluatorFactory.hpp"
00039 #include "SundanceFuncSetAccumulator.hpp"
00040 #include "SundanceMap.hpp"
00041 #include "SundanceDerivSet.hpp"
00042 #include "SundanceEvalContext.hpp"
00043 #include "SundanceEvalVector.hpp"
00044 #include "SundanceSparsitySuperset.hpp"
00045 #include "SundanceObjectWithVerbosity.hpp"
00046 #include "Teuchos_TimeMonitor.hpp"
00047 
00048 namespace Sundance
00049 {
00050 using namespace Sundance;
00051 using namespace Teuchos;
00052 using namespace Sundance;
00053 
00054 
00055 
00056 class Expr;
00057 class MultipleDeriv;
00058 
00059 class EvalManager;
00060 class Evaluator;
00061 class EvaluatorFactory;
00062 
00063 
00064 
00065 
00066 enum DerivSubsetSpecifier {AllNonzeros, 
00067                            RequiredNonzeros,
00068                            VariableNonzeros,
00069                            ConstantNonzeros};
00070 
00071 
00072 
00073 
00074 
00075 class EvaluatableExpr : public virtual ScalarExpr,
00076                         public virtual EvaluatorFactory,
00077                         public virtual FuncSetAccumulator,
00078                         public ObjectWithClassVerbosity<EvaluatableExpr>
00079 {
00080   typedef OrderedQuartet<EvalContext, 
00081                          Set<MultiIndex>,
00082                          Set<MultiSet<int> >,
00083                          bool> NonzeroSpecifier ;
00084 
00085 
00086 public:
00087 
00088 
00089   EvaluatableExpr();
00090 
00091 
00092   virtual ~EvaluatableExpr(){;}
00093 
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00099 
00100 
00101   void evaluate(const EvalManager& mgr,
00102     Array<double>& constantResults,
00103     Array<RCP<EvalVector> >& vectorResults) const ;
00104 
00105 
00106 
00107 
00108 
00109 
00110 
00111   virtual void setupEval(const EvalContext& context) const ;
00112 
00113       
00114 
00115 
00116 
00117 
00118   RCP<SparsitySuperset> sparsitySuperset(const EvalContext& context) const ;
00119 
00120 
00121       
00122 
00123 
00124 
00125 
00126 
00127   static const EvaluatableExpr* getEvalExpr(const Expr& expr);
00128 
00129 
00130   const RCP<Evaluator>& evaluator(const EvalContext& context) const; 
00131 
00132 
00133   virtual void showSparsity(std::ostream& os, 
00134     const EvalContext& context) const ;
00135 
00136 
00137 
00138   virtual int countNodes() const ;
00139 
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00141 
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00145 
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00148   virtual int maxDiffOrderOnDiscreteFunctions() const {return 0;}
00149 
00150 
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00152 
00153   virtual bool hasDiscreteFunctions() const {return false;}
00154 
00155 
00156   virtual bool nodesHaveBeenCounted() const {return nodesHaveBeenCounted_;}
00157 
00158 
00159   static int maxFuncDiffOrder() {static int rtn=3; return rtn;}
00160 
00161 
00162 
00163   virtual Set<MultipleDeriv> 
00164   internalFindW(int order, const EvalContext& context) const = 0 ;
00165 
00166 
00167 
00168   virtual Set<MultipleDeriv> 
00169   internalFindV(int order, const EvalContext& context) const
00170     {return findR(order, context);}
00171 
00172 
00173 
00174   virtual Set<MultipleDeriv> 
00175   internalFindC(int order, const EvalContext& context) const
00176     {Set<MultipleDeriv> rtn; return rtn;}
00177 
00178       
00179 
00180 
00181   const Set<MultipleDeriv>& 
00182   findDerivSubset(int order,
00183     const DerivSubsetSpecifier& dss,
00184     const EvalContext& context) const ;
00185 
00186   const Set<MultipleDeriv>& 
00187   findDerivSubset(const DerivSubsetSpecifier& dss,
00188     const EvalContext& context) const ;
00189 
00190 
00191   const Set<MultipleDeriv>& findW(int order, 
00192     const EvalContext& context) const ;
00193 
00194 
00195   const Set<MultipleDeriv>& findR(int order, 
00196     const EvalContext& context) const ;
00197 
00198   const Set<MultipleDeriv>& findV(int order, 
00199     const EvalContext& context) const ;
00200 
00201   const Set<MultipleDeriv>& findC(int order, 
00202     const EvalContext& context) const ;
00203 
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00205 
00206   const Set<MultipleDeriv>& findW(const EvalContext& context) const ;
00207 
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00209   const Set<MultipleDeriv>& findR(const EvalContext& context) const ;
00210 
00211   const Set<MultipleDeriv>& findV(const EvalContext& context) const ;
00212 
00213   const Set<MultipleDeriv>& findC(const EvalContext& context) const ;
00214 
00215 
00216   virtual void displayNonzeros(std::ostream& os, 
00217     const EvalContext& context) const ;
00218 
00219 
00220 
00221   Set<MultipleDeriv> setProduct(const Set<MultipleDeriv>& a,
00222     const Set<MultipleDeriv>& b) const ;
00223 
00224   Set<MultipleDeriv> setDivision(const Set<MultipleDeriv>& a,
00225     const Set<MultipleDeriv>& b) const ;
00226 
00227   Set<MultiSet<int> > setDivision(const Set<MultiSet<int> >& s,
00228     int index) const ;
00229       
00230 
00231   void determineR(const EvalContext& context,
00232     const Array<Set<MultipleDeriv> >& RInput) const ;
00233 
00234 
00235   virtual RCP<Array<Set<MultipleDeriv> > > 
00236   internalDetermineR(const EvalContext& context,
00237     const Array<Set<MultipleDeriv> >& RInput) const ;
00238 
00239 
00240   const Set<MultipleDeriv>& getR(int order, const EvalContext& context) const ;
00241 
00242       
00243 
00244   Array<Set<MultipleDeriv> > 
00245   computeInputR(const EvalContext& context,
00246     const Array<Set<MultiSet<int> > >& funcIDCombinations,
00247     const Array<Set<MultiIndex> >& spatialDerivs) const ;
00248 
00249 
00250 
00251   virtual void registerSpatialDerivs(const EvalContext& context, 
00252     const Set<MultiIndex>& miSet) const ;
00253       
00254 
00255   static Time& evaluationTimer() ;
00256       
00257 protected:
00258 
00259 
00260   void registerEvaluator(const EvalContext& context,
00261     const RCP<Evaluator>& evaluator) const 
00262     {return evaluators_.put(context, evaluator);}
00263 
00264 
00265   static bool isEvaluatable(const ExprBase* expr);
00266 
00267 
00268   Map<EvalContext, RCP<Evaluator> >& evaluators() const 
00269     {return evaluators_;}
00270 
00271 
00272 
00273   int maxOrder(const Set<MultiIndex>& m) const ;
00274 
00275 
00276   const Set<MultiIndex>& activeSpatialDerivs(const EvalContext& context) const ;
00277 
00278 
00279   std::string derivType(const DerivSubsetSpecifier& dss) const;
00280 
00281 
00282   void printR(int verb, const RCP<Array<Set<MultipleDeriv> > >& R) const ;
00283 
00284 private:
00285       
00286 
00287   static int numDerivSubsetTypes() {static int rtn=4; return rtn;}
00288 
00289 
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00292   mutable Map<EvalContext, RCP<Evaluator> > evaluators_;
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00298   mutable Map<EvalContext, RCP<SparsitySuperset> > sparsity_;
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00301   Array<int> orderOfDependency_;
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00304   Set<MultiSet<int> > funcIDSet_;
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00309   mutable Set<NonzeroSpecifier> knownNonzeros_;
00310 
00311   mutable bool nodesHaveBeenCounted_; 
00312 
00313   typedef Array<Map<EvalContext, Set<MultipleDeriv> > > contextToDSSMap_ele_t;
00314   mutable Array<contextToDSSMap_ele_t> contextToDSSMap_;
00315 
00316   mutable bool rIsReady_;
00317 
00318   mutable Array<Map<EvalContext, Set<MultipleDeriv> > > allOrdersMap_;
00319 
00320   mutable Map<EvalContext, Set<MultiIndex> > activeSpatialDerivMap_;
00321 };
00322 }
00323 
00324 #endif